化工设备机械基础PPT课件
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适用、安全和经济的原则
第二节 材料的性能
一、力学性能 材料在外力（或外加能量）作用下抵抗外力
所表现的行为，包括变形和抗力，即在外力作用 下不产生超过允许的变形或不被破坏的能力。
强
塑
韧
硬
度
性
性
度
1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变 形和断裂的特性。
屈服强度σs(σ0.2) 抗拉强度σb 蠕变强度σn 持久强度σD
屈服强度σs(σ0.2) 抗拉强度σb 蠕变强度σn 持久强度σD 疲劳极限σn
金属在拉伸条件下， 从开始加载到发生 断裂所能承受的最 大应力值，叫作抗 拉强度。
1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变 形和断裂的特性。
屈服强度σs(σ0.2) 抗拉强度σb 蠕变强度σn 持久强度σD
材料在高温下，在 一定的应力下，抵 抗发生缓慢塑性变 形的能力。
布氏硬度HB（一般在HB450以上就不能使 用) 、 洛氏硬度HR (可以用于硬度很高的材 料) 、 维氏硬度HV ( 比洛氏硬度更适合于测 定极薄试样的硬度) ，显微硬度。
小结
材料的力学性能所包括的强度、塑性、韧性、 硬度四个指标中，强度和塑性占主导地位， 但使用时要考虑温度的变化。
T
ss
T
ss
化工设备机械基础
压力容器的常规设计方法
内压、外压（中、低压）
几类常用化工设备
换热设备、塔设备、搅拌设备
参考书目
《化工容器及设备》，余国琮主编，北京：化学工业出 版社，1980
《化工容器设计》，化工设备设计全书编委员会，上海： 上海科学技术出版社，1987
《过程设备设计》Βιβλιοθήκη Baidu郑津洋等主编，北京：化学工业出 版社，2005
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 象就称为屈服。
疲劳极限σn
常温拉应力下20号钢的拉抻试验
l0=10d0 l0= 5d0 或
开始出现塑性变形时的应
力，称为“屈服点”ss
从开始加载到发生断裂所 能达到的最大应力值，叫
做抗拉强度。sb
1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变 形和断裂的特性。
冲击功AkGH 1GH 2，而冲击韧度k Ak /F（F为面积）
问题
判断正误并说出理由
韧性高的材料，塑性好；塑性较高 的材料，韧性也好。
注意！韧性是材料在外加动载荷 突然袭击时的一种及时和迅速塑性 变形的能力。韧性高的材料，一般 都有较高的塑性指标；但塑性较高 的材料，却不一定都有高的韧性。 其所以如此，就是因为静载菏下能 够缓慢塑性变形的材料．在动载荷 下不一定能迅速塑性变形。
疲劳极限σn
1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变 形和断裂的特性。
屈服强度σs(σ0.2) 抗拉强度σb 蠕变强度σn 持久强度σD
材料在高温下，抵抗 发生断裂的能力。
疲劳极限σn
1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变 形和断裂的特性。
屈服强度σs(σ0.2) 抗拉强度σb 蠕变强度σn 持久强度σD 疲劳极限σn
GB150-98《钢制压力容器》，北京：学苑出版社，1998 GB151-99《钢制管壳式换热器》，北京：学苑出版社，
1999
绪论
一、问题的提出
（一）设备是工艺的基础 （二）材料是设备的基础
二、课程内容
（一）基础篇——材料
材料的性能
常用三类钢
碳钢
合金钢
特殊性能钢
（二）理论篇——中低压容器设计（内压和外压）
性变形的应力也越 。对同一种材料，弹性模数E随温
度的升高而
。
3、泊桑比
泊桑比是拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸 长之比，以μ表示。对于各种钢材它近乎为一个常数， 即μ＝0.3。
=
其中 b b1 b
b
b
l l1 l
l
l
三、化学性能
1、耐腐蚀性 金属和合金对周围介质，如大气、水汽、各种电解液 侵蚀的抵抗能力叫做耐腐蚀性。 2、抗氧化性 在现代工业生产中的许多高温化工设备，在高温工作 条件下，不仅有自由氧的氧化腐蚀过程，还有其他气 体介质如水蒸气，CO2、SO2等的氧化腐蚀作用，因此 锅炉给水中的含氧量和其他介质中的硫及其他杂质的 含量对钢的氧化是有一定影响的。
材料在交变载荷作用下， 会在远低于材料本身的屈 服点时就已经断裂了，这 种现象就是疲劳。我们把 经过106~108次循环试验 而不发生断裂的最大应力， 作为疲劳强度。
2、塑性： 金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的 能力。
主要有两个塑性指标：
延伸率δ
lK10% 0lKl010% 0
l0
l0
断面收缩率Ψ
表1-1 几种材料在不同温度和浓度的酸、碱和盐类介质中的耐腐蚀性
介质 硝酸
硫酸
盐酸 氢氧化钠 硫酸铵 硫化氢 尿素
内压容器
外压容器的失稳
液位计
管口
人孔
封头
支座
筒体
（三）实践篇——典型设备（换热器、塔设备、搅拌器）
换热器
塔设备
搅拌器
第一篇 化工设备材料
第一章 化工设备材料及其选择
教学重点：
化工设备材料的选择。
教学难点：
材料的性能。
第一节 概述
一、化工设备选材的重要性和复杂性 1.操作条件的限制 2.制造条件的限制 3.材料自身性能的限制 二、选材要遵循
二、物理性能
相对密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性、 弹性模数与泊桑比等。
1、线膨胀系数α
1 l
l t
2、弹性模量E
材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ＝Eε，这个 比例系数E称为弹性模量，表示金属材料在弹性变形阶段 的应力和应变关系。
对不同材料，材料的弹性模量越大．使它产生一定量的弹
（2）缺口敏感性
指在带有一定应力集中的缺口条件下，并且在静载荷作用条件 下，抵抗裂纹扩展的能力。
10
55
10
8
R1
2
(a) U型缺口
55
10
8
R0.25 45°
(a) V型缺口
图1-3 冲击试验的标准试样
10
4、硬度： 金属材料抵抗其它更硬的物体压入其内的能力。 表示金属材料在一个小的体积范围内抵抗 弹性变形、塑性变形或破断的能力。
FK10 % 0FKF010 %0
F0
F0
3、韧性： 表示材料弹塑性变形为断裂全过程吸收能量 的能力，也就是材料抵抗裂纹扩展的能力。
承受静载荷抗裂纹扩展的能力—— 缺口敏感性
承受动载荷时抗裂纹的能力—— 冲击韧性
（1）冲击韧度
图1-1冲击试样的安放 1-摆锤 2-试样 3-机座
图1-2 冲击试验原理 1-摆锤 2-试样
第二节 材料的性能
一、力学性能 材料在外力（或外加能量）作用下抵抗外力
所表现的行为，包括变形和抗力，即在外力作用 下不产生超过允许的变形或不被破坏的能力。
强
塑
韧
硬
度
性
性
度
1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变 形和断裂的特性。
屈服强度σs(σ0.2) 抗拉强度σb 蠕变强度σn 持久强度σD
屈服强度σs(σ0.2) 抗拉强度σb 蠕变强度σn 持久强度σD 疲劳极限σn
金属在拉伸条件下， 从开始加载到发生 断裂所能承受的最 大应力值，叫作抗 拉强度。
1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变 形和断裂的特性。
屈服强度σs(σ0.2) 抗拉强度σb 蠕变强度σn 持久强度σD
材料在高温下，在 一定的应力下，抵 抗发生缓慢塑性变 形的能力。
布氏硬度HB（一般在HB450以上就不能使 用) 、 洛氏硬度HR (可以用于硬度很高的材 料) 、 维氏硬度HV ( 比洛氏硬度更适合于测 定极薄试样的硬度) ，显微硬度。
小结
材料的力学性能所包括的强度、塑性、韧性、 硬度四个指标中，强度和塑性占主导地位， 但使用时要考虑温度的变化。
T
ss
T
ss
化工设备机械基础
压力容器的常规设计方法
内压、外压（中、低压）
几类常用化工设备
换热设备、塔设备、搅拌设备
参考书目
《化工容器及设备》，余国琮主编，北京：化学工业出 版社，1980
《化工容器设计》，化工设备设计全书编委员会，上海： 上海科学技术出版社，1987
《过程设备设计》Βιβλιοθήκη Baidu郑津洋等主编，北京：化学工业出 版社，2005
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 象就称为屈服。
疲劳极限σn
常温拉应力下20号钢的拉抻试验
l0=10d0 l0= 5d0 或
开始出现塑性变形时的应
力，称为“屈服点”ss
从开始加载到发生断裂所 能达到的最大应力值，叫
做抗拉强度。sb
1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变 形和断裂的特性。
冲击功AkGH 1GH 2，而冲击韧度k Ak /F（F为面积）
问题
判断正误并说出理由
韧性高的材料，塑性好；塑性较高 的材料，韧性也好。
注意！韧性是材料在外加动载荷 突然袭击时的一种及时和迅速塑性 变形的能力。韧性高的材料，一般 都有较高的塑性指标；但塑性较高 的材料，却不一定都有高的韧性。 其所以如此，就是因为静载菏下能 够缓慢塑性变形的材料．在动载荷 下不一定能迅速塑性变形。
疲劳极限σn
1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变 形和断裂的特性。
屈服强度σs(σ0.2) 抗拉强度σb 蠕变强度σn 持久强度σD
材料在高温下，抵抗 发生断裂的能力。
疲劳极限σn
1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变 形和断裂的特性。
屈服强度σs(σ0.2) 抗拉强度σb 蠕变强度σn 持久强度σD 疲劳极限σn
GB150-98《钢制压力容器》，北京：学苑出版社，1998 GB151-99《钢制管壳式换热器》，北京：学苑出版社，
1999
绪论
一、问题的提出
（一）设备是工艺的基础 （二）材料是设备的基础
二、课程内容
（一）基础篇——材料
材料的性能
常用三类钢
碳钢
合金钢
特殊性能钢
（二）理论篇——中低压容器设计（内压和外压）
性变形的应力也越 。对同一种材料，弹性模数E随温
度的升高而
。
3、泊桑比
泊桑比是拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸 长之比，以μ表示。对于各种钢材它近乎为一个常数， 即μ＝0.3。
=
其中 b b1 b
b
b
l l1 l
l
l
三、化学性能
1、耐腐蚀性 金属和合金对周围介质，如大气、水汽、各种电解液 侵蚀的抵抗能力叫做耐腐蚀性。 2、抗氧化性 在现代工业生产中的许多高温化工设备，在高温工作 条件下，不仅有自由氧的氧化腐蚀过程，还有其他气 体介质如水蒸气，CO2、SO2等的氧化腐蚀作用，因此 锅炉给水中的含氧量和其他介质中的硫及其他杂质的 含量对钢的氧化是有一定影响的。
材料在交变载荷作用下， 会在远低于材料本身的屈 服点时就已经断裂了，这 种现象就是疲劳。我们把 经过106~108次循环试验 而不发生断裂的最大应力， 作为疲劳强度。
2、塑性： 金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的 能力。
主要有两个塑性指标：
延伸率δ
lK10% 0lKl010% 0
l0
l0
断面收缩率Ψ
表1-1 几种材料在不同温度和浓度的酸、碱和盐类介质中的耐腐蚀性
介质 硝酸
硫酸
盐酸 氢氧化钠 硫酸铵 硫化氢 尿素
内压容器
外压容器的失稳
液位计
管口
人孔
封头
支座
筒体
（三）实践篇——典型设备（换热器、塔设备、搅拌器）
换热器
塔设备
搅拌器
第一篇 化工设备材料
第一章 化工设备材料及其选择
教学重点：
化工设备材料的选择。
教学难点：
材料的性能。
第一节 概述
一、化工设备选材的重要性和复杂性 1.操作条件的限制 2.制造条件的限制 3.材料自身性能的限制 二、选材要遵循
二、物理性能
相对密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性、 弹性模数与泊桑比等。
1、线膨胀系数α
1 l
l t
2、弹性模量E
材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ＝Eε，这个 比例系数E称为弹性模量，表示金属材料在弹性变形阶段 的应力和应变关系。
对不同材料，材料的弹性模量越大．使它产生一定量的弹
（2）缺口敏感性
指在带有一定应力集中的缺口条件下，并且在静载荷作用条件 下，抵抗裂纹扩展的能力。
10
55
10
8
R1
2
(a) U型缺口
55
10
8
R0.25 45°
(a) V型缺口
图1-3 冲击试验的标准试样
10
4、硬度： 金属材料抵抗其它更硬的物体压入其内的能力。 表示金属材料在一个小的体积范围内抵抗 弹性变形、塑性变形或破断的能力。
FK10 % 0FKF010 %0
F0
F0
3、韧性： 表示材料弹塑性变形为断裂全过程吸收能量 的能力，也就是材料抵抗裂纹扩展的能力。
承受静载荷抗裂纹扩展的能力—— 缺口敏感性
承受动载荷时抗裂纹的能力—— 冲击韧性
（1）冲击韧度
图1-1冲击试样的安放 1-摆锤 2-试样 3-机座
图1-2 冲击试验原理 1-摆锤 2-试样