化工设备常用材料及其选择

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1、化工设备机械基础2021/10/2化工生产和化工机械化工生产是以流体（气体、液体、粉体）为原料，以化学处理和物理处理为手段，以获得设计规定的产品为目的的工业生产。化工生产过程的决定因素：化学工艺过程化工机械装备化工机械通常分为：化工设备（静设备）化工机器（动设备）2021/10/2化工设备：2021/10/22021/10/22021/10/2化工生产自身的特点：1、生产的连续性强2、生产的条件苛刻介质的腐蚀性强；温度和压力变化大介质大多易燃易爆有毒性生产原理的多样性2021/10/2本课程主要内容：1、化工

2、设备材料及其选择（第1章）2、化工容器的设计（第2-6章）1）内压薄壁圆筒与封头的应力分析及强度设计；2）外压圆筒与封头的强度设计；3）容器的零部件（法兰开孔补强）。3、典型化工设备的机械设计（第7-8章）1）换热器；2）塔设备；2021/10/2要求：了解材料的各种性能，影响材料性能的因素，化工设备常用材料，学会根据工艺条件选用化工设备材料；掌握薄壁容器筒体与各种封头的强度、稳定设计原则，掌握中、低压容器的强度、稳定设计方法；掌握容器零部件的设计计算和选用标准；掌握列管式换热器、塔设备结构设计与机械设计方

3、法。2021/10/2本章重点：材料的力学性能及化工设备材料的选择本章难点：材料的性能计划学时：8学时第1章化工设备材料及其选择2021/10/21.1概述1.1.1化工设备选材的重要性和复杂性1、操作条件的限制压力：从高真空到几千大气压,故有强度要求温度：-250℃～2000℃，材料受冷、热介质：酸碱（腐蚀）、易燃、易爆、毒性以及核反应堆中子照射（变脆)2、制造条件的限制设备在制造过程中，要经过各种冷、热加工使它成型，例如下料、卷板、焊接、热处理等，要求材料的加工性能要好。2021/10/21.1概述1.1

4、.2选用材料的一般要求（1）材料品种应符合我国资源和供应情况；（2）材质可靠，能保证使用寿命；（3）足够的强度，良好的塑性和韧性，对腐蚀性介质能耐腐蚀；（4）便于制造加工，焊接性能良好；（5）成本低，经济上合算。选材要抓住主要矛盾，遵循适用、安全和经济的原则。2021/10/21.2材料的性能材料的性能：力学性能、物理性能、化学性能、工艺性能物理性能：密度、熔点、线膨胀系数、电阻率、弹性模数、泊桑比等；化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性工艺性能：指在保证加工质量的前提下加工过程的难易程度。主要有：铸造性能、锻造性能

5、、焊接性能、切削加工性能、热处理性能。2021/10/21.2材料的性能1.2.1、力学性能材料的力学性能：材料抵抗外力而不产生超过允许的变形或不被破坏的能力。主要特征指标：强度、塑性、弹性、韧性、硬度等一、强度强度是固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。2021/10/21.2材料的性能拉伸试验试样按标准制备，然后将试件装在材料试验机上，启动加力机构，缓慢增加拉力P直至断裂为止。在加力过程中随时记录载荷P和相应的变形量Δl的数值。同时还要注意观察试件变形和破坏的现象。l0=10d02021/10

6、/21.2材料的性能2021/10/21.2材料的性能ε=Δl/l0σ=P/Fo低碳钢单向拉伸实验结果如图所示应力-应变关系曲线2021/10/21.2材料的性能金属材料的变形和破坏过程：（1）弹性变形阶段（2）弹－塑性变形阶段（3）断裂断裂的两种形式：脆性断裂：断裂之前没有明显塑性变形阶段的。（更危险）韧性断裂：经过大量塑性变形之后才发生断裂的。2021/10/21.2材料的性能1、低碳钢在外力作用下的变形和破坏过程强度极限σb屈服强度σs比例极限σp弹性极限σe……2021/10/21.2材料的性能（1）

7、弹性变形阶段与虎克定律（Ob段）在弹性阶段内，应力与应变成直线关系E为弹性模量，其单位和应力相同，如何理解弹性模量？……(1)(1)式称为虎克定律，该定律也可用于受压杆件，但符号为负2021/10/21.2材料的性能横向线应变：dd1拉伸ε'为横向线应变研究表明在弹性阶段杆件的横向应变ε'和轴向应变ε之比的绝对值是一个常数，称为横向变形系数或者泊桑比2021/10/21.2材料的性能（2）屈服阶段（bc段）在此阶段，曲线上升坡度变缓，在C点附近，应力几乎不变的情况下，试件的应变量在增加，此时我们认为材料对外力

8、“屈服”2021/10/21.2材料的性能屈服金属材料承受载荷作用，当载荷不再增加或缓慢增加时，仍继续发生明显的塑性变形，这种现象，习惯上称为“屈服”。屈服点（σs）发生屈服现象时的应力．即开始出现塑性变形时的应力，称为“屈服点”，用σs(MPa)表示。它即代表材料抵抗产生塑性变形的能力。注：应力不是力，是压强。2021/10/21.2材料的性能载荷不再增加，甚至有所降低时，试件还在继续伸长的最小载