《化工设备材料》PPT课件

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1、第二篇压力容器第八章化工设备材料了解材料各项性能的意义、碳钢与铸铁、常用有色金属和非金属材料的分类。熟悉化工设备中常用金属材料的机械性能指标和主要化学成分含量。掌握化工设备材料选用的原则，掌握几种常用化工设备材料（普低钢和低合金钢）的牌号、性能、用途；掌握常用金属材料热处理的方法和作用。化学工业是国民经济的基础产业，各种化学生产工艺的要求各不尽相同，如：压力从真空到高压甚至超高压、温度从低温到高温以及腐蚀性、易燃、易爆物料等，使得设备处在极其复杂的操作条件下运行。由于不同的生产条件对设备材料有不同的要求，因此，合理的选用材料是设计化工设备的主要环节。例如：对于高温

2、容器，由于钢材在高温的长期作用下，材料的力学性能和金属组织都会发生明显的变化，加之承受一定的工作压力，因此在选材时必须考虑到材料的强度及高温条件下组织的稳定性。容器内部盛装的介质大多具有一定的腐蚀性，因此需要考虑材料的耐腐蚀情况。对于频繁开、停车的设备或可能受到冲击载荷作用的设备，还要考虑材料的疲劳等；而低温条件下操作的设备，则需要考虑材料低温下的脆性断裂问题。材料的性能:力学性能、物理性能、化学性能和加工性能。力学性能:决定许用应力--强度、硬度、弹性、塑性、韧性等。物理性能：密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系数、导电性、磁性、弹性模量与泊松比等。化学性能：耐

3、腐蚀性--金属和合金对周围介质侵蚀的抵抗能力；抗氧化性--高温氧化，降低表面硬度和抗疲劳强度，选耐热材料。加工工艺性能：可铸性－收缩与偏析；可锻性；焊接性；可切削加工性。第一节金属的晶体结构一、金属原子结构特点与金属键金属原子结构特点：最外层的电子数很少，一般只有一二个；而且这些最外层电子与原子核的结合力较弱，因此很容易脱离原子核的束缚而变成自由电子。金属键：在金属中，暂时摆脱原子核束缚的电子成为共有的自由电子，在所有的金属正离子之间穿梭运动，好像带负电的气体充满其间，把带正电的金属离子牢固地束缚在一起。这种金属原子之间的结合方式称为金属键。二、金属的晶体结构金属

4、的结晶过程金属的结晶过程第二节铁碳合金“铁碳合金”由95％以上铁和0.05％～4％碳及1％左右杂质元素所组成合金。含碳量0.02％～2％称为钢；含碳量大于2％称为铸铁；含碳量小于0.02％时称纯铁(工业纯铁)；含碳量大于4.3％的铸铁极脆（一）铁铁在910oc以上是具有面心立方结构的γ－Fe(图a);铁在910oc以下是具有体心立方结构的α－Fe(图b)。a-Fe加热可变为g-Fe，反之高温下的g-Fe冷却可变为a-Fe。在固态下晶体构造随温度发生变化的现象，称“同素异构转变”。铁的同属异构转变是构成铁碳合金一系列性能的依据。－Fe变成－Fe铁的同素异构转变（

5、二）碳碳在铁碳合金中的存在形式有三种：碳溶解到铁的晶格中形成固溶体碳与铁形成化合物混合物：碳以石墨状态单独存在。1、固溶体：两种或两种以上的元素在固态下互相溶解，而仍然保持溶剂晶格原来形式的物体。如碳原子挤到铁的晶格中间去又不破坏铁所具有的晶格结构。（1）铁素体碳溶解在a-Fe中形成固溶体称铁素体。a-Fe原子间隙小，溶碳能力低（最大溶解度不超过0.02％），强度和硬度低，但塑性和韧性很好。低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的性能。室温时，钢的组织中只有铁素体，没有奥氏体。（2）奥氏体碳溶解在g-Fe铁中形成固溶体称奥氏体。g-Fe原子间隙较大，碳的溶解度比a-Fe

6、中大得多，如在723℃时可溶解0.8％，在1147℃时可达最大值2.06％。奥氏体组织是在a-Fe发生同素异构转变时产生的。由于奥氏体有较大的溶解度，故塑性、韧性较好，且无磁性。2、化合物－渗碳体当铁碳合金中的碳不能全部溶入铁素体或奥氏体中时，剩余的碳将与铁形成化合物－碳化铁（Fe3C），这种化合物称为渗碳体。渗碳体的熔点约1600℃，硬度高，塑性几乎等于零。铁碳合金含碳量小于2％时，其组织是在铁素体中散布着渗碳体，是碳素钢。含碳量大于2％时，部分碳以石墨形式存在，称铸铁。抗拉强度和塑性都比碳钢低。但铸铁具有一定消震能力。3、混合物－碳以石墨状态单独存在当铁碳合金

7、中的碳含量较高，合金从液态以缓慢的速度冷却下来时，合金中没有溶入固溶体的碳将由极大部份以石墨状态存在。（4）珠光体铁素体与渗碳体的机械混合物。力学性能介于铁素体和渗碳体之间，即其强度、硬度比铁素体显著提高；塑性、韧性比铁素体差，但比渗碳体要好得多。（5）莱氏体珠光体和初次渗碳体的共晶混合物。具有较高的硬度，是一种较粗而硬的金相组织，存在于白口铸铁、高碳钢中。（6）马氏体钢和铁从高温急冷下来的组织，是碳原子在a-Fe中过饱和的固溶体。具有很高的硬度，但很脆，延伸性低，几乎不能承受冲击载荷。二、铁碳合金状态图铁碳合金状态图中主要点、线含义：图中AC、CD两曲线称为“液

8、相线”，合