第一章化工设备材料

24 学时
• 第三篇 典型化工设备机械设计
14学时
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参考书目
1、〈理论力学〉上册，哈尔滨工业大学理论 力学教研室，高等教育出版社
2、〈材料力学〉上册，刘鸿文主编，高等教 育出版社
3、〈工程力学〉，朱熙然主编，上海交通大 学出版社
4、〈金属材料及热处理〉，史美堂主编，上 海科学技术出版社
5、〈金属工业学〉上册，范全福主编，高等 教育出版社
6、〈化工机械制造〉，第八章、第九章，姚
23.慧10.20珠20 、郑海泉编，-化--精品学--- 工业出版社
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第一篇 材料与焊接
第一章 化工设备材料 第一节 概 述
根据物料与适宜工作条件选材 物料腐蚀性 压力与温度 蠕变、氢腐蚀、低温脆性等
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四、加工工艺性能
1、可铸性：收缩与偏析 2、可锻性 3、焊接性 4、可切削加工性
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第三节 碳钢与铸铁
“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； 一般含碳量0.02％～2％称为钢； 大于2％称为铸铁； 当含碳量小于0.02％时称纯铁(工业纯铁)； 含碳量大于4.3％的铸铁极脆
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第二节 材料的性能
力学性能、物理性能、化学性能和加工性能等 一、力学性能
决定许用应力 0
n
强度、硬度、弹性、塑性、韧性等
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1、强度 是指材料抵抗外加载荷而不致失效破坏的能力
按所抵抗外作用形式可分为
抵抗外力的静强度 抵抗冲击外力的冲击强度 抵抗交变外力的疲劳强度
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”。 纯铁的同素异构转变是在910℃恒温下完成
的。在固态下重新排列、结晶过程。是钢进
行热处理的依据。
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3、碳钢的基本组织
碳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 式的物体
• 疲劳强度σ-1：σ-1,以106-107次不被破坏的应力
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2、硬度
• 局部抵抗能力 • 弹性、强度与塑性的综合性能指标 • 压入硬度：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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一、铁碳合金的组织结构
1、金属的组织与结构
在金相显微镜下 看到的金属的晶 粒，简称组织
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电子显微镜观察到金属原子各种规则排列，称为金 属的晶体结构，简称结构；
不同温度下纯铁体心立方与面心立方晶格
体心立方晶格塑性比面心立方晶格的好， 而后者的强度高于前者。
这三种不同的存在形式，形成了不同的 碳钢组织。
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（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（室温下 0.006％），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。
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（3）渗碳体
碳和铁形成一种化合物（Fe3C）称渗碳体。 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。
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二、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。
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三、化学性能
1、耐腐蚀性 金属和合金对周围介质侵蚀的抵抗能力 2、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
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化工设备机械基础
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现代化企业的雄姿
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现代化企业的雄姿
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现代化企业的雄姿
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教材：
高等学校理工科规划教材 “化工设备机械基础”，刁玉玮
主编大连理工大学出版社
按环境温度可分为
常温下抵抗外力的常温强度 高温下抵抗外力的高温强度 低温下抵抗外力的低温强度
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常温强度指标：
• 屈服强度σs和抗拉(压)强度σb (σy) • 屈强比σs/ σb适当 • 蠕变强度σn ：在高温时，材料抵抗发生缓慢
塑性变形的能力
• 持久强度σD ：在给定温度下，促使试样经 过一定时间发生断裂的应力
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（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。
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3、塑性
延伸率δ
P1
0 %0 L1L1 L
0 %0
断面收缩率ψ AA1 10% 0
A
化工设备材料一般要求δ5=10%-20%
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4、冲击韧性
冲击韧度αk，使其破坏所消耗的功或吸收的 能除以试件的截面面积
低温容器所用钢板αk值不得低于30J/cm2
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铸铁一般碳以石墨形式存在，有不同的组织形貌。
球墨铸铁强度最高；细片状石墨次之； 粗片状石墨最差。
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2、纯铁的同素异构转变
体心立方晶格的纯铁称a-Fe，面心立方晶 格的铁称为g-Fe。
a-Fe加热可变为g-Fe，反之高温下的g-Fe冷 却可变为a-Fe。
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绪言
一、目的和意义 • 合理设备可以简化流程，降低成本 • 设备的结构和材质 • 具备基本工程力学知识，了解化工
设备常用材料特性，掌握典型化工 设备的设计计算。
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二、主要内容及学时安排
• 第一篇 化工设备材料
6 学时
• 第二篇 化工容器设计