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化工设备常用材料
化工设备常用材料•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。
第一节概述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。
第二节材料的性能材料的性能材料的力学性能材料的物理性能材料的化学性能材料的加工性能一、力学性能力学性能是指金属材料在外力作用下抵抗变形或破坏的能力，如强度、硬度、弹性、塑性、韧性等。
这些性能是化工设备设计中材料选择及计算时决定许用应力的依据。
㈠强度材料的强度是指材料抵抗外加载荷而不致失效破坏的能力。
一般来讲，材料强度仅指材料在达到允许的变形程度或断裂前所能承受的最大应力，像弹性极限、屈服点、抗拉强度、疲劳极限和蠕变极限等。
材料在常温下的强度指标有屈服强度和抗拉（压）强度。
屈服强度表示材料抵抗开始产生大量塑性变形的应力。
抗拉强度表示材料抵抗外力而不致断裂的最大应力。
在工程上，不仅需要材料的屈服强度高，而且还需要考虑屈服强度与抗拉强度的比值（屈强比），根据不同的设备要求，其比值应适当。
化工设备常用材料
8
磷（P） 来源：炼钢原料和燃料。（有害元素）
有益作用
少量能溶入铁素体（F）中 ，使强度、硬度显著提高 。
有害影响
引起钢的塑性和韧性急剧下 降，尤其在低温时脆性更大 ，这种现象称为冷脆性。含 量﹤0.045％
9
硫（S） 来源：炼钢原料和燃料。（有害元素）
在钢中形成FeS , FeS与Fe形成低熔点（985℃） 共晶体 分布在晶界上，使得对钢进行热加工时 容易脆化开裂，这种现象称为热脆性。含量＜ 0.05％
10
氢（H） 来源：炼钢原料和燃料。（有害元素）
造成氢脆、白点等缺陷
11
杂质元素总结
Mn Si
PSH
元素有益与有害是相对的：硅锰虽有益，但也 不是多多益善；硫磷虽有害，但炼铁过程中又 不可避免其存在，因此应严格控制其含量。
12
牌号
普通碳素钢
屈服极限代号Q 屈服极限数值（MPa）（强度指标） 质量等级符号（A、B、C、D） 脱氧方法（F、b、Z、TZ）
三、化工设备常用材料
1
黑色金属（钢、铸铁）
碳素钢
合金钢
有色金属（铜、铝、铅及其合 金等）
2
1.碳素钢
碳素钢简称碳钢，是最基本的铁碳合 金。它是指在冶炼时没有特意加入合 金元素，且含碳量小于2.11％的铁碳 合金。
3
按含碳 量
碳素钢的分类
按质量按用途ຫໍສະໝຸດ 按脱氧 程度4（1）按钢的质量分类
S≤0.050% P≤0.045%
弹簧
板簧
弹簧垫圈
21
（3）按冶炼时的脱氧程度不同分类
脱氧程度不完全的钢F 沸腾钢
脱氧程度最 彻底的钢TZ
特殊 镇静钢
碳素钢 半 镇静钢
《化工设备常见材料》课件
包装材料、建筑材料、家电产品等。
主要合成塑料种类
聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。
合成塑料的特点
具有优良的绝缘性、耐腐蚀性和加工 性能，可根据需要定制各种形状和用 途的产品。
05
无机非金属材料
水泥
水泥是一种重要的建筑材料，主要用于混凝土的制备。
水泥的凝固时间可以通过添加不同比例的缓凝剂进行调 节。
水泥的强度等级分为325、425、525和625四个等级， 数字越大，强度越高。
水泥的储存应避免潮湿环境，以免结块和硬化。
耐火材料
01
02
03
04
耐火材料是指在高温下不易熔 化或变形的材料，用于制造炉
具、高温管道等。
耐火材料的种类繁多，包括硅 质、粘土质、高铝质、刚玉质
等。
耐火材料的性能取决于其化学 成分和显微结构，如气孔率、 体积密度、常温耐压强度等。
耐火材料在使用过程中应定期 进行维护和检查，以确保其性
复合材料
由两种或两种以上材料组 成，具有各组成材料的优 点。
化工设备材料的特点
高耐腐蚀性
能够承受各种化学介质的腐蚀，保证设备的 长期稳定运行。
良好的加工性能
能够根据需要进行加工和制造，满足设备的 各种形状和尺寸要求。
高强度和刚度
能够承受各种外力和压力，保证设备的机械 性能。
良好的热稳定性和耐热性
能够在高温或低温环境下保持材料的性能和 稳定性。
塑料的种类
常见的塑料有聚乙烯、聚丙烯 、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等， 每种塑料都有其特定的性能和 用途。
塑料的选用原则
选择塑料时，应考虑其耐腐蚀 性、机械强度、加工性能和成
本等因素。
橡胶
01
02
主要合成塑料种类
聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。
合成塑料的特点
具有优良的绝缘性、耐腐蚀性和加工 性能，可根据需要定制各种形状和用 途的产品。
05
无机非金属材料
水泥
水泥是一种重要的建筑材料，主要用于混凝土的制备。
水泥的凝固时间可以通过添加不同比例的缓凝剂进行调 节。
水泥的强度等级分为325、425、525和625四个等级， 数字越大，强度越高。
水泥的储存应避免潮湿环境，以免结块和硬化。
耐火材料
01
02
03
04
耐火材料是指在高温下不易熔 化或变形的材料，用于制造炉
具、高温管道等。
耐火材料的种类繁多，包括硅 质、粘土质、高铝质、刚玉质
等。
耐火材料的性能取决于其化学 成分和显微结构，如气孔率、 体积密度、常温耐压强度等。
耐火材料在使用过程中应定期 进行维护和检查，以确保其性
复合材料
由两种或两种以上材料组 成，具有各组成材料的优 点。
化工设备材料的特点
高耐腐蚀性
能够承受各种化学介质的腐蚀，保证设备的 长期稳定运行。
良好的加工性能
能够根据需要进行加工和制造，满足设备的 各种形状和尺寸要求。
高强度和刚度
能够承受各种外力和压力，保证设备的机械 性能。
良好的热稳定性和耐热性
能够在高温或低温环境下保持材料的性能和 稳定性。
塑料的种类
常见的塑料有聚乙烯、聚丙烯 、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等， 每种塑料都有其特定的性能和 用途。
塑料的选用原则
选择塑料时，应考虑其耐腐蚀 性、机械强度、加工性能和成
本等因素。
橡胶
01
02
常用的精细化工设备材料、性能和防护
• 古代铁匠打铁时烧红的铁块即处于奥氏体状态。
2.1 常用的金属材料
• 马氏体不锈钢：马氏体的三维组织形态通常有片状或 者板条状，但是在金相观察中（二维）通常表现为针 状。马氏体的晶体结构为体心四方结构。高的强度和 硬度是钢中马氏体的主要特征之一。
• 将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却 （淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织 即为马氏体。
常用的另一类材料是非金属材料,非金属材料的耐腐蚀 性能在许多环境下优于金属材料,在精细化工企业大量使 用上述金属和非金属材料制造反应设备、输送设备、泵、 阀门及管道等器件。
2 精细化工设备材料与防护 \ 2.1 常用的金属材料
2.1 常用的金属材料
（1）碳钢 碳钢是含碳量小于2. 11%的铁碳合金，碳钢在大气和水中 易生锈，在很多介质中的耐腐蚀性也不好：在碱性溶液 和强氧化性酸（如浓硫酸）中生成了保护膜，腐蚀性很 小；在中性、含氧量高的溶液中，和还原性酸中，腐蚀 很快。如磺化和硝化反应可以用碳钢做反应器。
以上为具有面心立方晶格结构的 -铁。 • 碳溶解到α-铁中形成的固溶体称铁素体，它的溶碳能力极低，最大溶解度不超过0.02%。而
碳溶解到 -铁中形成的固溶体则称奥氏体，它的溶碳能力较高，最高可达2%。 • 奥氏体是铁碳合金的高温相。钢在高温时所形成的奥氏体，如以极大的冷却速度过冷到
230℃以下，奥氏体中的碳原子已无扩散的可能，奥氏体将直接转变成一种含碳过饱和的α 固溶体，称为马氏体。由于含碳量过饱和，引起马氏体强度和硬度提高、塑性降低，脆性 增大。 • 不锈钢的耐蚀性主要来源于铬。只有含铬量超过12%时钢的耐蚀性能才会大大提高，因此， 不锈钢中的含铬量一般均不低于12%。由于含铬量的提高，对钢的组织也有很大影响，当 铬含量高而碳含量很少时，铬会使铁碳平衡图上的-相区缩小，甚至消失，这种不锈钢为 铁素体不锈钢。当含铬量较低（但高于12%），碳含量较高，合金在从高温冷却时，极易 形成马氏体，故称这类钢为马氏体型不锈钢。镍可以扩展-相区，使钢材具有奥氏体组织。 如果镍含量足够多，使钢在室温下也具有奥氏体组织结构，则称这种钢为奥氏体型不锈钢。
2.1 常用的金属材料
• 马氏体不锈钢：马氏体的三维组织形态通常有片状或 者板条状，但是在金相观察中（二维）通常表现为针 状。马氏体的晶体结构为体心四方结构。高的强度和 硬度是钢中马氏体的主要特征之一。
• 将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却 （淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织 即为马氏体。
常用的另一类材料是非金属材料,非金属材料的耐腐蚀 性能在许多环境下优于金属材料,在精细化工企业大量使 用上述金属和非金属材料制造反应设备、输送设备、泵、 阀门及管道等器件。
2 精细化工设备材料与防护 \ 2.1 常用的金属材料
2.1 常用的金属材料
（1）碳钢 碳钢是含碳量小于2. 11%的铁碳合金，碳钢在大气和水中 易生锈，在很多介质中的耐腐蚀性也不好：在碱性溶液 和强氧化性酸（如浓硫酸）中生成了保护膜，腐蚀性很 小；在中性、含氧量高的溶液中，和还原性酸中，腐蚀 很快。如磺化和硝化反应可以用碳钢做反应器。
以上为具有面心立方晶格结构的 -铁。 • 碳溶解到α-铁中形成的固溶体称铁素体，它的溶碳能力极低，最大溶解度不超过0.02%。而
碳溶解到 -铁中形成的固溶体则称奥氏体，它的溶碳能力较高，最高可达2%。 • 奥氏体是铁碳合金的高温相。钢在高温时所形成的奥氏体，如以极大的冷却速度过冷到
230℃以下，奥氏体中的碳原子已无扩散的可能，奥氏体将直接转变成一种含碳过饱和的α 固溶体，称为马氏体。由于含碳量过饱和，引起马氏体强度和硬度提高、塑性降低，脆性 增大。 • 不锈钢的耐蚀性主要来源于铬。只有含铬量超过12%时钢的耐蚀性能才会大大提高，因此， 不锈钢中的含铬量一般均不低于12%。由于含铬量的提高，对钢的组织也有很大影响，当 铬含量高而碳含量很少时，铬会使铁碳平衡图上的-相区缩小，甚至消失，这种不锈钢为 铁素体不锈钢。当含铬量较低（但高于12%），碳含量较高，合金在从高温冷却时，极易 形成马氏体，故称这类钢为马氏体型不锈钢。镍可以扩展-相区，使钢材具有奥氏体组织。 如果镍含量足够多，使钢在室温下也具有奥氏体组织结构，则称这种钢为奥氏体型不锈钢。
化工设备常用材料
结晶过程：液体中能量比较低的原子成为晶核，其它原子 通过碰撞造成晶体成长。最后结晶完成形成固体，以晶界 划定晶粒大小，晶界上有时会聚集叫多杂质，而影响金属 性能。 金属性能与晶格类型、晶粒大小等有关。 • • 结晶时，冷却速度越快，结核越多，结晶结束时的 晶粒越小。
结晶分类：通常称的结晶和重结晶。 9 同素异构转变：固体状态下的金属由于加热或冷却而引 起的晶格结构的转变。如 α－Fe 体心立方
钢的分类： • 按含碳量分：
低碳钢：C％≤0.3％ 中碳钢：0.3％～0.6％ 高碳钢：≥0.6％
碳钢特点：价格便宜，强度、韧性适中，加工性能好，可通 过热处理进一步改进性能，但抗腐蚀性能差，编号采用前苏 联的编制方式，限制了钢材的品种和质量。 铸铁特点 • • 含碳量比钢高，杂质比较多，塑性差，一般用于复杂零 件的铸造成型，如汽车发动机箱壳，泵体等。 分类： 9 灰口铸铁，碳以片状石墨存在，断口呈灰色，抗压强 度大，但拉伸强度和冲击韧性差，可用于铸造承受压 力，要求消振、耐磨的零件，如支架、本体、机座。 9 可锻铸铁，碳主要以团状存在，有一定的强度和较高 的塑性和韧性，可用于锻造零件。 9 球墨铸铁，碳以球状石墨存在，对基体削弱小，强度、 塑性和韧性比前两者都高，如汽车发动机曲轴。
§5.2 碳钢和铸铁 碳钢和铸铁是工程最广泛应用的金属材料，它们主要由碳和 ％铁这两种元素组成。含碳量0.02％~2％的称为钢，含碳量 大于2％的称为铸铁。 合金钢除了碳和铁以外，含有镍、铬等金属元素。 碳钢主要成分：Fe、C、Si、Mn、P、S ，与炼钢原料与过 程有关。 铁矿石、焦炭、造渣剂、氧气等。炼铁→炼钢→特种钢、 型材 Si、Mn、P、S是杂质。S：热脆，热加工时形成低沸点 的硫化物，造成构件开裂 ；P：冷脆，在低温时，使构 件塑性下降。 钢材性能与含碳量的关系
化工设备常用材料PPT课件
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• （6）时效
• 操作方法：将钢件加热到80~200度，保温5~20小 时或更长时间，然后随炉取出在空气中冷却。
• 目的：1. 稳定钢件淬火后的组织，减小存放或使用期 间的变形；2.减轻淬火以及磨削加工后的内应力，稳 定形状和尺寸。
• 应用要点：1. 适用于经淬火后的各钢种；2.常用于要 求形状不再发生变化的紧密工件，如紧密丝杠、测量 工具、床身机箱等。
• 16MnDR：可用于-40℃的钢种；液氨储罐等设备 • 15MnNiDR：提高了低温韧性；-40℃级低温球形容器 • 09MnNiDR：-70℃级低温压力容器用钢；用于制造液丙烯（-47.7℃）、液硫化氢（-
61℃ ）等设备
• 15CrMoR
• 低合金珠光体热强钢 • 中温抗氢钢板 • 用于制造壁温不超过560℃的压力容器
钢、钛等耐腐蚀材料，其厚度一般为基层厚度的1/10~1/3。 • 复合板应用特点： • 用复合板制造耐腐蚀压力容器，可大量节省昂贵的耐腐蚀材料，从
而降低压力容器的制造成本。 • 复合板的焊接比一般钢板复杂，焊接接头往往是耐腐蚀的薄弱环节，
因此壁厚较薄、直径小的压力容器最好不用复合板。
第11页/共46页
第26页/共46页
• （4）回火
• 操作方法：将淬火后的钢件重新加热到Ac1以下某一温度，经保温后， 于空气或油、热水、水中冷却。
• 目的：1.降低或消除淬火后的内应力，减少工件的变形和开裂；2.调整 硬度，提高塑性和韧性，获得工作所要求的力学性能；3.稳定工件尺寸。
• 应用要点：1.保持钢在淬火后的高硬度和耐磨性时用低温回火；在保持 一定韧度的条件下提高钢的弹性和屈服强度时用中温回火；以保持高的 冲击韧度和塑性为主，又有足够的强度时用高温回火；2.一般钢尽量避 免在230~280度、不锈钢在400~450度之间回火，因为这时会产生一 次回火脆性。
• （6）时效
• 操作方法：将钢件加热到80~200度，保温5~20小 时或更长时间，然后随炉取出在空气中冷却。
• 目的：1. 稳定钢件淬火后的组织，减小存放或使用期 间的变形；2.减轻淬火以及磨削加工后的内应力，稳 定形状和尺寸。
• 应用要点：1. 适用于经淬火后的各钢种；2.常用于要 求形状不再发生变化的紧密工件，如紧密丝杠、测量 工具、床身机箱等。
• 16MnDR：可用于-40℃的钢种；液氨储罐等设备 • 15MnNiDR：提高了低温韧性；-40℃级低温球形容器 • 09MnNiDR：-70℃级低温压力容器用钢；用于制造液丙烯（-47.7℃）、液硫化氢（-
61℃ ）等设备
• 15CrMoR
• 低合金珠光体热强钢 • 中温抗氢钢板 • 用于制造壁温不超过560℃的压力容器
钢、钛等耐腐蚀材料，其厚度一般为基层厚度的1/10~1/3。 • 复合板应用特点： • 用复合板制造耐腐蚀压力容器，可大量节省昂贵的耐腐蚀材料，从
而降低压力容器的制造成本。 • 复合板的焊接比一般钢板复杂，焊接接头往往是耐腐蚀的薄弱环节，
因此壁厚较薄、直径小的压力容器最好不用复合板。
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• （4）回火
• 操作方法：将淬火后的钢件重新加热到Ac1以下某一温度，经保温后， 于空气或油、热水、水中冷却。
• 目的：1.降低或消除淬火后的内应力，减少工件的变形和开裂；2.调整 硬度，提高塑性和韧性，获得工作所要求的力学性能；3.稳定工件尺寸。
• 应用要点：1.保持钢在淬火后的高硬度和耐磨性时用低温回火；在保持 一定韧度的条件下提高钢的弹性和屈服强度时用中温回火；以保持高的 冲击韧度和塑性为主，又有足够的强度时用高温回火；2.一般钢尽量避 免在230~280度、不锈钢在400~450度之间回火，因为这时会产生一 次回火脆性。
08. 化工设备常用材料
二、碳钢与铸铁分类、牌号、性能及应用
一、铁碳合金的组织结构与其性能的关系 铁碳合金：以铁为主，溶合少量碳所组成的合金。
1.铁的组织结构（两种排列方式）
在晶胞的八个 结点上和六个 面上各有一个 原子 体心立方晶格的纯铁称α-Fe。 在晶胞的八个 结点上和晶胞 中心各有一个 原子 面心立方晶格的铁称为γ-Fe。
A
2.11%
渗 碳 体
铁与碳结合生成的新 Fe3C 相 铁碳合金的基本 相 复杂晶格
6.69%
硬而脆 是钢中的强 化相
四、金属结晶过程示意图
金属的结晶过程就是从液态金属转变成金属晶体的过程。即金 属原子重新排列过的程。当液态金属过冷到一定温度后，开始从液 体中形成一批尺寸极小的原子（1.活动能力弱的原子 2.固态杂质 微粒）呈规则排列的晶体萌芽----形成晶核。晶核生成后，液态金 属原子便环绕着晶核，按一定的晶格形式排列，使晶核不断长大， 成为晶粒。晶核成长同时，液态金属中不断有新的晶核形成与成长， 直至成长着的晶粒彼此接触，在接触处被迫停止生长，并形成明显 的交界线，即晶界。当金属全部凝固后，金属内便由无数大小、形 态各异的晶粒构成。
3.碳素钢:
渗碳体在一定条件下可以分解为铁和碳，其中碳以石墨形式 出现。铁碳合金中，碳和硅的含量愈高，冷却愈慢，愈有利于碳 以石墨形式析出，析出的石墨散布在合金组织中。 铁碳合金中， 当含碳量小于2.11％时，其组织是在铁素体中散布着渗碳体，这 就是碳素钢。随着含碳量的增加，碳素钢的强度与硬度也随之增 大。
(Fe3CI)。 GS线 ：代号A3，奥氏体冷却到此线时，开始析出铁素体，使奥氏体含碳量沿 此线向0.77%递增。
五、钢在加热和冷却时组织变化及其对钢性能的影响 3.碳钢在加热时的相变： （1）铁素体+碳化铁两相组织向奥氏体的转变
化工设备常用材料
中碳钢，含碳量ωc >0.25％～0.60％，钢 的强度与塑性适中，焊接性能较差，不适 于制造设备壳体，多用于制造各种机械零 件如轴、齿轮、连杆等。 常用牌号有30、35、40、45、50、55、60 等，其中以45钢应用最广。
高碳钢，含碳量ωc >0.60％，钢的强度和 硬度均较高，塑性差，常用来制造弹簧、 刀具等 由于高碳钢焊接性能差,不适于制造石油化 工设备。 常用的高碳钢牌号有65、70钢。
材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称 为变形。 外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。
五万吨水压机
1、弹性和刚度
弹性：即材料承受最大弹 性变形时的应力。指标为 弹性极限e。
刚度：材料受力时抵抗弹
性变形的能力。指标为弹
性模量E： E tg （MPa ）
1、切削加工性能
HB180---200切削性好 2、铸造性能 流动性、收缩性、偏析
3、 金属的可焊性
是指被焊金属材料在一定条件下获得优质焊接接头的 难易程度。
金属的可焊性主要与下列因素有关:
1、材料本身的成分组织； 2、焊接方法； 3、焊接工艺条件；
碳当量CE =C+Mn/6+(Cr+Mo+ V) /5+ (Ni+Cu)/15
2.低合金钢
① 在低合金钢中熔入的合金元素主要是：硅-
Si、 锰-Mn、铬-Cr、硼-B 、 钨-W 、 钒-V、镍-Ni、 钛-Ti 、 铌-Nb、 铝-Al等，Mn、Si、Cr、Nb、V 可提高钢的强度。 ② 典型牌号：16Mn、 16MnR 、 15MnTi 、15MnV ③ 应用：建筑结构、锅炉、容器、车辆、船舶、压 力容器、 输油管等。 ④ 特点：含C量低，焊接性能好。
6化工设备常用材料
回火可以降低或消除零件淬火后的内 应力，提高韧性。
在150℃～250℃范围内的回火称“低 温回火”。回火马氏体有较高的硬度和耐 磨性，内应力和脆性有所降低。刃具、量 具，要进行低温回火处理。
2024/7/4
36
中温回火温度是300℃～450℃。 有一定的弹性和韧性，并有较高硬度。 轴类、刀杆、轴套等进行中温回火。
2024/7/4
20
3、碳钢的基本组织
C在铁中的存在形式有固溶体、化合物和 混合物三种。 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。
三种不同的存在形式，形成了不同的碳 钢组织。
2024/7/4
21
组元：纯铁、 Fe3C
固相 相
固溶 体
金属 化合 物
铁素体 奥氏体 渗碳体
r= σmin/ σmax ,应力循环系数或应力比，如σ-1,以 106-107次不被破坏的应力
（r—循环特性）
2024/7/4
4
补充:静应力与变应力 稳定变应力——周期、应力幅和平均应力都
不随时间变化的变应力
2、硬度
局部抵抗能力 弹性、强度与塑性的综合性能指标 硬度：布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC、HRB) 和维氏硬度(HV) 低碳钢 σb=0.36 HB 高碳钢 σb=0.34 HB 灰铸铁 σb=0.1 HB
2024/7/4
38
3、表面淬火
使零件表面层比心部具有更高的强度、 硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部则具有 一定的韧性。
2024/7/4
39
4、化学热处理
渗碳、渗氮(氮化)、渗铬、渗硅、渗铝、氰 化(碳与氮共渗)等。
渗碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性； 渗铝可提高耐热、抗氧化性； 氮化与渗铬的零件，表面比较硬，可显著提 高耐磨和耐腐蚀性； 渗硅可提高耐酸性等。
在150℃～250℃范围内的回火称“低 温回火”。回火马氏体有较高的硬度和耐 磨性，内应力和脆性有所降低。刃具、量 具，要进行低温回火处理。
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中温回火温度是300℃～450℃。 有一定的弹性和韧性，并有较高硬度。 轴类、刀杆、轴套等进行中温回火。
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3、碳钢的基本组织
C在铁中的存在形式有固溶体、化合物和 混合物三种。 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。
三种不同的存在形式，形成了不同的碳 钢组织。
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组元：纯铁、 Fe3C
固相 相
固溶 体
金属 化合 物
铁素体 奥氏体 渗碳体
r= σmin/ σmax ,应力循环系数或应力比，如σ-1,以 106-107次不被破坏的应力
（r—循环特性）
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补充:静应力与变应力 稳定变应力——周期、应力幅和平均应力都
不随时间变化的变应力
2、硬度
局部抵抗能力 弹性、强度与塑性的综合性能指标 硬度：布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC、HRB) 和维氏硬度(HV) 低碳钢 σb=0.36 HB 高碳钢 σb=0.34 HB 灰铸铁 σb=0.1 HB
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3、表面淬火
使零件表面层比心部具有更高的强度、 硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部则具有 一定的韧性。
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4、化学热处理
渗碳、渗氮(氮化)、渗铬、渗硅、渗铝、氰 化(碳与氮共渗)等。
渗碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性； 渗铝可提高耐热、抗氧化性； 氮化与渗铬的零件，表面比较硬，可显著提 高耐磨和耐腐蚀性； 渗硅可提高耐酸性等。
化工设备材料PPT课件
第21页/共68页
—Fe
7.3.4 加热、冷却过程中铁—碳合金组织的转变
碳在铁中存在状态有2种 （1）固溶体 ——碳溶解在铁中，碳原子在铁的晶格空隙处
铁原子
碳原子
第22页/共68页
—Fe的固溶体称 铁 素 体（溶碳 量小，在723 ℃时最大 0.025%） —Fe的固溶体称 奥 氏 体（溶碳量 大，在1146℃时最大 2.06%。
A 灰铸铁
• 这种铸铁中的C以自由状态的片状石墨形式 存在，断口灰色。适用于支架、阀体、泵体 等。
• 以HT加数字表示，如HT100，HT150。 • HT — 灰铁, 数字 — 表示最低抗拉强度
第11页/共68页
B 可煅铸铁（展性铸铁）
• 这种铸铁中C以团絮状存在，适用于低压阀门、管道配件等。 • 以KT表示。有黑心（H），白心（B），珠光体（Z）的不同种类标记和数
第24页/共68页
温度 ①② ③
E` 温度
⑤⑥
120
④
0
奥氏体
100
铁素体+
0
G 奥氏体
800
S
P
渗碳体+ 奥氏体
723℃
K
600
珠光体=铁素体+渗碳体
400
时间 Fe 0.4 0.8 1.2 1.6 2.06
(a)
(b)
(c)
图7-8
时间
第25页/共68页
7.3.5 冷却速度对钢材组织及机械性能的影响
量。
成长中的晶粒 新的晶核生成
晶界
晶核 液态
（图7-4）
第19页/共68页
7.3.3 铁的同素异构转变
在固态下的金属由于加热或冷却而引起晶格结构 的转变——同素异构转变
—Fe
7.3.4 加热、冷却过程中铁—碳合金组织的转变
碳在铁中存在状态有2种 （1）固溶体 ——碳溶解在铁中，碳原子在铁的晶格空隙处
铁原子
碳原子
第22页/共68页
—Fe的固溶体称 铁 素 体（溶碳 量小，在723 ℃时最大 0.025%） —Fe的固溶体称 奥 氏 体（溶碳量 大，在1146℃时最大 2.06%。
A 灰铸铁
• 这种铸铁中的C以自由状态的片状石墨形式 存在，断口灰色。适用于支架、阀体、泵体 等。
• 以HT加数字表示，如HT100，HT150。 • HT — 灰铁, 数字 — 表示最低抗拉强度
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B 可煅铸铁（展性铸铁）
• 这种铸铁中C以团絮状存在，适用于低压阀门、管道配件等。 • 以KT表示。有黑心（H），白心（B），珠光体（Z）的不同种类标记和数
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温度 ①② ③
E` 温度
⑤⑥
120
④
0
奥氏体
100
铁素体+
0
G 奥氏体
800
S
P
渗碳体+ 奥氏体
723℃
K
600
珠光体=铁素体+渗碳体
400
时间 Fe 0.4 0.8 1.2 1.6 2.06
(a)
(b)
(c)
图7-8
时间
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7.3.5 冷却速度对钢材组织及机械性能的影响
量。
成长中的晶粒 新的晶核生成
晶界
晶核 液态
（图7-4）
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7.3.3 铁的同素异构转变
在固态下的金属由于加热或冷却而引起晶格结构 的转变——同素异构转变
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