第一篇：化工设备机械基础概念总结(自己总结的)

钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却方式，改变金相组织以满足所要求的物理、化学与力学性能，称为热处理.退火：把钢（工件）放在炉中缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间，随炉缓慢冷却下来的一种热处理工艺。目的：消除组织缺陷、降低硬度、提高塑性、便于冷加工、消除内应力、防止工件变形。正火是把钢（工件）放在炉中缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间，置于空气中冷却。目的：细化晶粒，提高韧性，有比退火为高的强度与硬度。正火与退火不同之处，在于正火是将加热后的工件从炉中取出置于空气中冷却。铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。淬火是把钢（工件）放在炉中缓慢加热至淬火温度(临界点以上30℃～50℃)，并保温一段时间，后投入淬火剂中冷却。淬火后得到的组织是马氏体。增加硬度、强度和耐磨性。淬火剂有空气、油、水、盐水，冷却能力递增.碳钢在水和盐水中淬火，合金钢在油中淬火.回火是淬火后进行的一种较低温度的加热与冷却热处理工艺。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”。目的不降低硬度消除内应力。刃具、量具，要进行低温回火处理。中温回火温度是300℃～450℃。目的消除内应力降低硬度提高弹性。弹簧、刀杆、轴套等进行中温回火。高温回火温度为500℃～680℃。调质处理：淬火后的高温回火。目的获得较高的综合机械性能。用于各种轴类零件、连杆、齿轮、受力螺栓等。时效热处理：材料经固溶处理或冷塑变形后，在室温或高于室温条件下，其组织和性能随时间而变化的过程。时效可进一步消除内应力，稳定零件尺寸，它与回火作用相类似.“蠕变”现象： 高温高压的蒸汽管道下挠变形；高温高压下法兰及螺栓蠕变变形而泄漏；铅丝在常温下受重力作用而变长变细。“蠕变强度”：材料在高温下，抵抗发生缓慢塑性变形的能力，以sn 表示，单位MPa。“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.铁在910oc以上是具有面心立方结构的γ－Fe;铁在910oc以下是具有体心立方结构的α－Fe.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。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。硫 有害元素。FeS和 Fe形成低熔点(985℃)化合物。钢材热加工1150～1200℃，过早熔化而导致工件开裂，称“热脆”,磷 有害元素。虽能使强度、硬度增高，但塑性、冲击韧性显著降低。氧有害元素FeO、MnO、SiO2、Al2O3，使强度、塑性降低。尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。氮:长时间放置或在200～300℃加热氮以氮化物形式的析出，硬度、强度提高，塑性下降，发生时效。氢: 有害元素来源——钢由高温奥氏体冷至常温时，氢的溶解度降低，来不及到钢的表面逸出而积聚，并产生高压力，在钢材内产生“白点”。——裂纹源.按用途：建筑及工程用钢、结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢和特殊性能钢（不锈钢、耐热钢）按含碳量：低碳钢、中碳钢和高碳钢;按脱氧方式：镇静钢和沸腾钢;按品质：普通钢、优质钢和高级优质钢,Q235-A，屈服强度数值（MPa）普通碳素钢 质量等级A，B，C，D。脱氧方法为F，b，Z，TZ。化工压力容器用钢一般选用镇静钢。普通碳素钢有 Q195、Q215、Q235、Q255及 Q275五个钢种。铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和特殊性能铸铁等。按合金元素总含量分:合金含量<5%，低合金钢,合金含量5%-10%，合金钢,合金含量>10%，高合金钢.铬 提高耐腐蚀性能和抗氧化性能。含量达到13％时，能使钢的耐腐蚀能力显著提高，并增加钢的热强性。提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，但使塑性和韧性降低。提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。铝强脱氧剂，显著细化晶粒，提高冲击韧性，低冷脆性。提高抗氧化性和耐热性，对抵抗H2S介质腐蚀有良好作用。价格便宜，在耐热钢中常以它来代替铬。专业用钢锅炉用钢，压力容器用钢、焊接气瓶用钢等。在钢号后面分别加注 g、R或HP等，如20g、16MnR和15MnVHP等。特殊性能钢:不锈钢、耐热钢和高温合金及低温用钢.通常按钢的金相组织分为铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢和马氏体不锈钢等.防止晶间腐蚀的方法降低含碳量 <0.06%时不易产生，<0.03%时可靠地克服，超低碳不锈钢，如00Cr19Nil0 2）稳定碳原子，加入Ti，Nb，V，Mo稳定剂，广泛用，0Cr18Nil0Ti、0Cr18NillNb3）形成双相组织，加入铁素体促成元素Ti，Al，Si，Mo，铁素体含铬高、补充快，5%以内，阻断腐蚀通路。4)控制热规范，快速加热和冷却，或非常缓慢。5）补充热处理稳定化退火（免疫处理）压力容器用钢的基本要求: 较高的强度良好的塑性、韧性、制造性能和与介质相容性.压力容器设计中，常用的强度判据包括抗拉强度бb 屈服点бs 持久极限,蠕变极限,疲劳极限б-1常用的塑性判据:断面收缩率,延伸率δ5常用的韧性判据:冲击吸收功Akv ,韧脆转变温度，断裂韧性。压力容器用非金属材料要求：除要求有良好的耐腐蚀性外，还应有足够的强度，好的热稳定性，良好的加工制造性能。氢腐蚀：氢气在较低温度和压力(＜200℃，＜5.0MPa)下；对普通碳钢及低合金钢不会有明显的腐蚀，但是；在高温高压下则会对它们产生腐蚀，结果使材料；的机械强度和塑性显著下降，甚至损坏，这种现；象常称为“氢腐蚀”。晶间腐蚀：发生在晶界，晶粒之间结合力下降，与元素Cr的含量有关。应力腐蚀：金属在腐蚀介质和拉应力，的共同作用下产生的一种，破坏形式。腐蚀与拉应力，起互相促进的作用，金属设备的防腐措施衬覆保护层 金属保护层、非金属保护层 电化学保护 阴极保护(牺牲阳极保护)、阳极保护添加缓蚀剂 缓蚀剂要求严格，必须根据设备所处的具体操，塔的迎风面受到风压载荷，并随高度而增加。基本假设：小位移假设，直法线假设不挤压假设。自重载荷，风载荷，地震载荷，偏心载荷。

第二篇：化工设备机械基础总结

总结

《化工设备机械基础》是这学期新开的课，这门课程是一门综合性的机械类课程。这门课程涉及的内容较广，目的是获得基础力学和金属材料知识，具备设计常、低压化工设备和对再用压力容器进行强度、稳定校核的能力，能够对通用的传动零件进行简单的选型、核算和正常的维护使用，并了解压力容器监督管理法规，在今后工作中遵守实施。

这本书的内容分为力学基础、压力容器和典型化工设备三个部分。这三个部分既有相对独立性，又有相互之间的联系，本学期主要学习了压力容器这部分。

这本书的内容注重课本知识与实际应用的联系，加强基础和学以致用。讲述的方法适应化工工艺专业，内容深入浅出，还有一定的自学内容，用以提升自学能力。课本的附录很多，很好的补充了相关的知识，方便学习。

通过这门课的学习，我掌握了杆件、平板、回转形壳体的基础力学理论和金属材料的基础知识；了解了压力容器的设计、制作、材料使用和监查管理的有关标准和法规；具备设计、使用和管理中、低压压力容器与化工设备的能力。

在学习化工设备机械基础之前觉得是门较难的学科，不仅有很多的内容，而且还都复杂，实际应用性强。后来学了之后觉得学习化工设备机械基础应该有自己的方法，勤于思考是学习道路中必不可少的，重视教科书，把其原理、公式、概念、应用等认真思考，不放过细节。对抽象的概念千方百计领悟其意义，适当地与同学老师交流、讨论。在交流中摒弃错误。勤于应用也很重要，在学习阶段要有意识地应用原理，去做好每一道习题，“应用”对加深对原理的理解有神奇的功效，有许多难点是通过解题才真正明白的。做习题不在于多，而在于精。对于典型的题做完后一定要总结和讨论。宁肯精做一题，也不马虎做十题。除此之外，勤于对比与总结，这也是学习的一条捷径，总结在课程中多次出现的问题，进行总结定会给你豁然开朗的感觉。在总结中会发现，各知识点之间存在着一定的联系，通过对比，对其相互关系、应用条件等会有更深的理解，初学化工设备机械基础一定要有自己的笔记本，在课堂上做笔记，在自习时进行总结，并随时记下自己学习中的问题。只有经历刻苦学习转化为自己的东西才是终身有用。

一学期的学习结束了，在这一学期里获益匪浅，在这门学科里学到了以前学不到的知识，也开阔了我的视野，让我更好的将知识应用于实际。

第三篇：化工设备机械基础总结

化工设备机械基础

课程总结

一、课程介绍

1、篇章概述 1）化工机械力学基础

化工机械力学基础的任务就是研究构件在外力的作用下的变形和破坏规

律，为设计构件选择适当的材料和尺寸，以达到强度、刚度和稳定性 要求，使设备满足适用、安全和经济的原则，而提供必要的基础理 论知识。主要从以下两个方面来学习：

1、研究构件的受力的情况，进行受 力大小的计算；

2、研究材料的力学性能和构件的受力变形与破坏规 律，进行构件强度、刚度或稳定性的计算。2）化工机械材料基础

化学工业是国名经济的基础产业，各种化学生产工艺的要求不尽相 同。如压力从常压到高压甚至到超高压，温度从低温到高温，以及腐 蚀性、易燃、易爆物料等，是设备所运行的极其复杂的操作条件。由 于不同的生产条件对设备材料有不同的要求，因此，合理选择材料是 设计化工设备的主要环节。

材料的性能包括材料的力学性能、物理性能、化学性能和加工性能等。力学性能是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。

3、压力容器与化工设备

在化工厂中，可以看到许多设备，有的用来贮存物料，例如各种贮存罐、计量罐、高位槽；有的进行物理过程，例如换热器、蒸馏塔沉降器、过滤器；有的用来进行化学反应，例如聚合釜、反应器、合成炉。这些设备虽然尺寸大小不一，形态结构各异，内部构件形式更是多种多样，但是他们都有一个外壳，这个外壳就称为容器。容器的结构有筒体、封头、法兰、人孔、支座、接口管、液面计等。因此，了解各个结构的形式性能，选择合适的零件，使容器能够满足工艺要求至关重要。

4）机械传动与化工机器

化工生产中，所用的机器种类很多，但任何一部机器都是由原动机、工作机和传动部分组成的。将原动机的能量能够有效用于工作机，还需要一个中间环节，即组成传动机构的传动装置。因此，了解传动是机器能更好的运行时需要的。

2、课程学习目标

（1）掌握对化工设备中的受力构件进行强度、刚度和稳定性计算的基本理论和方法。

（2）能为常用化工设备合理地选择材料。（3）掌握化工设备通用零部件的选用方法。（4）了解压力容器监察管理法规。

3、课程特点

我国从上个世纪８０年代开始将分散在不同课程中的机械知识综合成《化工设备机械基础》课程，其主要特点有以下几点：

（１）高度的综合性 本课程内容包括静力学、材料力学、化工设备材料、化工容器、化工设备和课程设计，内容十分丰富。

（２）内容的选取着眼于适合化工、轻工等绝大多数非机械类专业的教学要求、针对性强，立足于加强基础和学以致用。

（３）密切联系生产实际，实践性强

二、学习内容总结

第一篇 化工机械力学基础、通过学习，我对力学的基本概念有了更深入的了解，掌握了力、约束和约束反力、刚体、平衡、力矩、力偶、力的平移、平面力系的简化和合力矩定理等基本概念；能熟练画出力物体的受力图；会列平面力系的平衡方程并求解平衡系统的约束反力；掌握了直杆轴向拉伸及压缩的内力和应力的求解及直杆轴向拉伸和压缩时的变形的求解；了解应力集中的概念并掌握了剪切与挤压的实用计算；掌握了扭转的概念和实例及扭转时外力和内力的计算；掌握了圆轴扭转时的强度条件、变形和刚度条件；掌握了弯曲的概念和实例、剪力和弯矩的求解及会作剪力图和弯矩图；掌握了纯弯曲时梁横截面上的正应力概念并会计算惯性矩；掌握了弯曲正应力的强度条件；掌握了纯弯曲时梁横截面上的切应力概念、梁的弯曲变形及高粱弯曲强度和刚度措施。

第二篇 化工机械材料基础 掌握了广义虎克定律、强度理论及材料的疲软性能；掌握了化工机械常用材料，如碳钢、铸铁、低合金钢、化工设备特种钢、有色金属、非金属材料的成分、牌号、性能及用途；掌握了化工材料的腐蚀与防护及化工材料的防腐设计。

第三篇 压力容器与化工设备 掌握了容器的结构与分类；掌握了内压薄壁容器的设计、薄壁容器的几何特征 及内压薄壁容器的应力分析；掌握了容器的压力试验；掌握了内压容器封头的设计；掌握了外压容器球壳与凸形封头设计，了解加强圈的作用及结构；掌握了容器零部件，如法兰、容器支座、开孔补强、接管、视镜、人孔和手孔、视镜、设备吊耳；掌握了塔设备，如板式塔、填料塔的结构及用途；掌握了搅拌器类型、如何选用及附件

第四篇 机械传动与化工机器

了解了带传动的类型、结构、特点；了解了齿轮传动的特点和分类；了解了 蜗杆传动的组成、特点和类型等等

三、学习感悟

化学工业在国民经济中占有重要地位，它与农业、工业、国防以及人民的衣 食住行都有极为密切的关系。因为工艺是通过设备实现的，所以化工设备在化学工业中起着相当重要的作用。选择合理的设备对工艺来说十分重要，因而我们要懂设备，懂设备选型、选材及设备的设计等。这对我们将来要从事的化工方面的工作极为重要。

通过课程总结，我才发现原来在潜移默化中，我学到了这么多的东西。为次，我非常感谢教我们的罗老师。在到山西医药化工有限公司实习经历，让我深刻的感触到了，我们所学知识的用处很广，不同的生产需要不同的满足生产需要的设备，每个设备的外形、结构、附件都各不同，因此，需要我们了解并掌握机械方面的知识，来为我们的职业服务。在实习厂，我见到了各种法兰、封头、人孔、视镜、反应设备、塔设备、换热器等，我发觉自己很够认出它们，并知道它们的作用是什么、怎么选用等等。当亲眼见到这些实物时，我不禁想起了课堂上学的点点滴滴，因此，我发自内心的感谢罗老师的教导。

当然我也发现了自己学习中的不足，不能够将理论跟实践很好的联系起来。比如，当看到

第四篇：化工设备机械基础知识总结

化工设备机械基础知识总结

一．拉伸与压缩

1.内力（正应力）：σ=N/A=F/A 单位 ：MPa=N/mm²

2.强度条件：σmax=N/A≤[σ].通过强度条件校核强度：σmax=N/A≤[σ]，截面设计：A≥N/[σ] ,确定许用载荷：N≤[σ]/A.3.应变：纵向应变：ε=ΔL/L.虎克定律：①ΔL=FL/EA,推出：σ=Eε.二．弯曲 1.内力：

①剪力弯矩通过截面法受力分析可得。

②应力：σ=Eε=Ey/ρ.ρ(变形的曲率半径)y(该点到中性层的距离)计算公式：σ=My/Ιz M同一截面的弯矩由受力分析可得，y到中性轴的距离，Ιz 横截面惯性矩

，矩形截面：Ιz=bh³/12,圆形截面：Ιz=πD4/64.最大正应力：σmax= M/W Z,抗弯截面模量Wz，Wz=Ιz/ymax，Ymax是上下边缘到中性轴的距离。

2.应变：ε=y/ρ，ρ(变形的曲率半径)y(该点到中性层的距离)。3.强度条件：σmax=Mmax/Wz≤[σ],校核强度:Mmax/Wz≤[σ]，截面设计:Wz ≥Mmax/[σ]。

4.提高梁弯曲强度的主要途径：①选择合理的截面：（1）根据应力分布规律的选择：可以将矩形截面靠近中性轴的这部分的面积移到离中性轴较远的上下边缘作为翼板。（2）根据截面模量的选择：截面竖放不易弯曲。（3）根据材料特性的选择，对于抗压强度和抗拉强度相等的塑性材料（如钢材），一般采用对称于中性轴的截面。而对于抗压

第 1 页 强度和抗拉强度不等的脆性材料，最好使中性轴偏于相对较弱的一边。②合理布置支座和载荷作用位置。三．剪切

1.内力。①剪应力：τ=Q/A（Q剪力受力分析可得，A受剪构件的横截面积）剪切强度条件： Τ= Q/A≤[τ]可以通过材料拉伸时 的许用应力[σ] 来估计许用剪切应力。塑性材料[τ]=（0.6~0.8）[σ]，而脆性材料是[τ]=（0.8~1.0）[σ] ②

挤压应力:σjy=F/Ajy(Ajy挤压面积。方键是Ajy=L〃h/2,对于圆柱面为了简化计算，一般采用挤压面的正投影。Ajy=d〃h)挤压强度条件σjy=F/Ajy ≤[σjy]可以通过[σ]估计，[σjy]=（1.7~2.0）[σ] 四．扭转

1.外力矩的计算：T=60P/2πn或者T=6.55P/n.2.应力的计算：许用剪应力τp=τmax/ρmax〃ρ,抗扭截面模量Wρ =Iρ/ρmax，maxτ=Tn/Wρ, τp=Tnρ/Iρ,极惯性矩Iρ，圆截面Iρ=πD4/32≈0.1D4,Wρ=πD3/16≈0.2D3,圆环（内径d外径D α=d/D）：Iρ=πD4/32（1-α4）≈0.1D4（1-α4）Wρ=πD3/16≈0.2D3（1-α4）。3.强度条件：τmax=Tmax/Wρ,如果把Wρ=πD3/16带入就得到设计圆轴的直径。扭转时的许用剪应力[τ]=(0.5~0.6)[σ](塑性材料)[τ]=(0.8~1.0)[σ]（脆性材料）

4.纯剪切：互相垂直面上只有剪应力作用的情况叫做纯剪切。

剪切虎克定律：τ=Gγ(τ剪应力不超过比例极限τp，G剪切弹性模量，反映材料抵抗剪切变形的能力，γ剪应变，角变形。)G=E/2(1+μ)(E抗压

第 2 页 弹性模量，μ横向变形系数)。

5.扭转变形和刚度条件：扭转角φ=Tn〃l/G〃Iρ相对扭转角φ0=Tn/G〃Iρ ×180/π.刚度条件φ0=Tn/G〃Iρ ×180/π

≤[φ0]([φ0]许用扭转角)。

五．压杆

欧拉公式：Fcr=π2EI/(μL)2

L :杆长

EI：最小抗弯刚度

μ ：长度系数。

长度系数μ的不同取值：1.两端铰链=1 2.一端固定一端自由=2 3.两端固定=0.5 4.一端固定一端铰链=0.7 5.一端固定一端平移而不转=1.欧拉公式的适用范围：λ≥λp=(π2E/σp)1/2.I i2 iAI Aλ=μl/i 1.λ≥λp的称为细长杆：用欧拉公式计算应力σcr=π2E/λ2 2.λs≤λ≤λp的称为中长杆：用直线公式计算：σcr=a-bλ。

3.而对于λs≥λ的粗短杆来说，就直接用普通的强度计算：σcr=σs（屈服极限）

稳定性条件：1.折减系数法：安全系数法：ncrF Aφ——折减系数

Fcrncr ncrcrncrF。

I Aλ=μl/i

I i2 iA解题步骤⑴ 计算柔度

⑵确定杆的类型然后计算临界力 ⑶ 稳定性校核

第 3 页 增加杆的稳定性的方法： 核心就是让σcr增大

1、尽是减小压杆长度

2、增强支承的刚性：尽是选取μ小的支撑形式

3、合理选择截面形状

4、合理选用材料：①大柔度杆，选取普通钢；②中、小柔度杆，选取高强度钢。六．化工设备材料 碳素钢：

普通碳素钢：Q+三位数（MPa最低屈服极限超过就破坏）+A/B/C/D(D为最高质量等级)+脱氧程度（F/Z(不用标)/b/TZ）优质碳素钢：

①两位数（含碳量--万分之几）②含锰较高（末尾标Mn）③锅炉用钢（末尾标g）压力容器用钢（标R）

④铸造而得的碳钢件（标有ZG字样+两组数字（一个是屈服极限一个是强度极限的数值））铸铁：

灰铸铁：HT+数字（最低抗拉强度）

可锻铸铁：KT+H/B/Z分别是黑心，白心，珠光体。+数组（最低抗拉强度）+数组2（最低延伸率）

第 4 页 球墨铸铁：QT+两组数字（同可锻铸铁一样的意思）合金钢

结构钢：两位数（含碳量--万分之几）+合金元素符号+合金元素含量（%，1.5%以下不标）

工具钢：1位数（平均含碳量，千分之一，含碳量超过1.0%不标）+合金元素符号+合金元素含量 特殊性能钢：同合金工具钢

0表示含碳量低于或等于0.08%（微碳）00含碳量低于0.03%（超低碳）注：钢号末尾（A）表示高级优质钢

第 5 页

第五篇：化工设备机械基础_PPT

化工设备机械基础_PPT.txt珍惜生活——上帝还让你活着，就肯定有他的安排。雷锋做了好事不留名，但是每一件事情都记到日记里面。本文由xiaoniuwfql贡献

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化工设备机械基础

压力容器的常规设计方法

内压、外压（内压、外压（中、低压）低压）

几类常用化工设备

换热设备、塔设备、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 化工容器及设备》 余国琮主编，北京： 版社，1980 版社，《化工容器设计》，化工设备设计全书编委员会，上海： 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，上海科学技术出版社，1987 《过程设备设计》，郑津洋等主编，北京：化学工业出 过程设备设计》 郑津洋等主编，北京： 版社，版社，202_ GB150-98《钢制压力容器》，北京：学苑出版社，1998 《钢制压力容器》 北京：学苑出版社，GB151-99《钢制管壳式换热器》，北京：学苑出版社，《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 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

中低压容器设计（（二）理论篇——中低压容器设计（内压和外压）理论篇 中低压容器设计 内压和外压）

内压容器

液位计 管口 人孔

外压容器的失稳

封头

支座

筒体

典型设备（（三）实践篇——典型设备（换热器、塔设备、搅拌器）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

第一章

化工设备材料

化工设备材料及其选择

教学重点： 教学重点：

化工设备材料的选择。化工设备材料的选择。

教学难点： 教学难点：

材料的性能。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 2.制造条件的限制 3.材料自身性能的限制 3.材料自身性能的限制

二、选材要遵循

适用、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）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，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。下不产生超过允许的变形或不被破坏的能力。

强 度

塑 性

韧 性

硬 度

1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变、强度： 形和断裂的特性。形和断裂的特性。

屈服强度ζ 屈服强度 s(ζ0.2)抗拉强度ζb 抗拉强度 蠕变强度ζ 蠕变强度 n 持久强度ζ 持久强度 D 疲劳极限ζ 疲劳极限 n 金属材料承受载荷作用，金属材料承受载荷作用，当载荷不再增加或缓慢 增加时，增加时，仍继续发生明 显的塑性变形，显的塑性变形，这种现 象就称为屈服。象就称为屈服。

常温拉应力下20号钢的拉抻试验 常温拉应力下 号钢的拉抻试验 l0=10d0 l0= 5d0 或

开始出现塑性变形时的应 称为“屈服点” 力，称为“屈服点”ζs 从开始加载到发生断裂所 能达到的最大应力值，能达到的最大应力值，叫 ζ 做抗拉强度。做抗拉强度。b

1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变、强度： 形和断裂的特性。形和断裂的特性。

屈服强度ζ 屈服强度 s(ζ0.2)抗拉强度ζb 抗拉强度 蠕变强度ζ 蠕变强度 n 持久强度ζ 持久强度 D 疲劳极限ζ 疲劳极限 n 金属在拉伸条件下，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，大应力值，叫作抗 拉强度。拉强度。

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。形和断裂的特性。

屈服强度ζ 屈服强度 s(ζ0.2)抗拉强度ζb 抗拉强度 蠕变强度ζ 蠕变强度 n 持久强度ζ 持久强度 D 疲劳极限ζ 疲劳极限 n 材料在高温下，材料在高温下，在 一定的应力下，一定的应力下，抵 抗发生缓慢塑性变 形的能力。形的能力。

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。形和断裂的特性。

屈服强度ζ 屈服强度 s(ζ0.2)抗拉强度ζb 抗拉强度 蠕变强度ζ 蠕变强度 n 持久强度ζ 持久强度 D 疲劳极限ζ 疲劳极限 n 材料在高温下，材料在高温下，抵抗 发生断裂的能力。发生断裂的能力。

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。形和断裂的特性。

屈服强度ζ 屈服强度 s(ζ0.2)抗拉强度ζb 抗拉强度 蠕变强度ζ 蠕变强度 n 持久强度ζ 持久强度 D 疲劳极限ζ 疲劳极限 n 材料在交变载荷作用下，材料在交变载荷作用下，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，服点时就已经断裂了，这 种现象就是疲劳。我们把 种现象就是疲劳。经过10 经过 6~108次循环试验 而不发生断裂的最大应力，而不发生断裂的最大应力，作为疲劳强度。作为疲劳强度。

2、塑性：、塑性： 金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的 能力。能力。

主要有两个塑性指标： 主要有两个塑性指标：

延伸率δ 延伸率

l K l K ? l0 δ= ×100% = ×100% l0 l0 FK FK ? F0 ψ= × 100% = × 100% F0 F0 断面收缩率Ψ 断面收缩率

3、韧性：、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。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—— 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—— 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 冲击试样的安放 1-摆锤 2-试样 3-机座 摆锤 试样 机座

图1-2 冲击试验原理 1-摆锤 2-试样 摆锤 试样

为面积）冲击功 Ak = GH 1 ? GH 2，而冲击韧度 α k = Ak / F F为面积）（为面积

问题 判断正误并说出理由 韧性高的材料，塑性好； 韧性高的材料，塑性好；塑性较高 的材料，韧性也好。的材料，韧性也好。

注意！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，变形的能力。韧性高的材料，一般 都有较高的塑性指标； 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。的材料，却不一定都有高的韧性。其所以如此，其所以如此，就是因为静载菏下能 够缓慢塑性变形的材料． 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。下不一定能迅速塑性变形。

（2）缺口敏感性）指在带有一定应力集中的缺口条件下，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 抵抗裂纹扩展的能力。下，抵抗裂纹扩展的能力。55 10 8 10 R1 2(a)U型缺口 型缺口 55 10 8 10 R0.25 45° °(a)V型缺口 型缺口

图1-3 冲击试验的标准试样

4、硬度：、硬度： 金属材料抵抗其它更硬的物体压入其内的能力。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。弹性变形、塑性变形或破断的能力。布氏硬度HB（一般在（一般在HB450以上就不能使 布氏硬度 以上就不能使 洛氏硬度HR(可以用于硬度很高的材 用)、洛氏硬度 可以用于硬度很高的材 维氏硬度HV(比洛氏硬度更适合于测 料)、维氏硬度 定极薄试样的硬度)显微硬度。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、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，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。但使用时要考虑温度的变化。T ζs δ T ζs δ

二、物理性能

相对密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性、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。弹性模数与泊桑比等。

1、线膨胀系数α 线膨胀系数α

2、弹性模量E、弹性模量E 材料在弹性范围内，应力和应变成正比，材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即ζ＝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 比例系数 称为弹性模量，称为弹性模量 的应力和应变关系。的应力和应变关系。对不同材料，材料的弹性模量越大． 对不同材料，材料的弹性模量越大．使它产生一定量的弹 对同一种材料，弹性模数E随温 性变形的应力也越。对同一种材料，弹性模数 随温 度的升高而。

α = 1 ?l l ?t

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 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，表示。长之比，以μ表示。对于各种钢材它近乎为一个常数，表示 对于各种钢材它近乎为一个常数，即μ＝0.3。＝。b1 l l1 b ε′ μ= ε

其中 ε ′ = b1 ? b ?b = b b l ?l ?l = 1 l l ε =

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、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。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 在现代工业生产中的许多高温化工设备，条件下，不仅有自由氧的氧化腐蚀过程，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，等的氧化腐蚀作用，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。含量对钢的氧化是有一定影响的。

几种材料在不同温度和浓度的酸、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 材料

硝酸(%)×(℃)℃ ×

硫酸(%)(℃)℃

盐酸(%)×(℃)℃ ×

氢氧化钠(%)(℃)℃

硫酸铵

硫化氢

尿素

氨(℃)℃

(%)(℃)(%)(℃)(%)(℃)(%)℃ ℃ ℃ × 耐 × × × × 耐 ×(25)灰铸铁

70~80 20(80~100)(70)(任)(480)任(34)(100)≤35 ≥70 100 ≤90 × 50 × 10 120 260 480 100 × 35 × 沸

高硅铸铁 ≥40 ≤沸 沸 50~100 ＜120(＜35)30 ＜ STSi15R ＜40 ＜70 碳钢 × 70~80 20 ×(80~100)(70)沸(80~100)＜40(沸)沸(＜10)(＜40)＜ ＜ 40(30)× × 60 × × 沸 × ×

耐 潮湿 100 耐 × 80 200 ×(沸)沸(70)＜50 18-8型 型(60~80)不锈钢 95(80~95)铝 ＞95 铜 铅 钛 × × 任

× ×

× ×

饱 10 250 20 × 100 100 ×

溶液 与 100 气体 气 × 气 耐 耐 300 × 300 20 ＜60(＜27)(55)＜(80~100)(20)＜75(96)5 50(20)35 × ×(10)(40)(浓)(110)浓

干燥 20 气

＜10 ＜40

四、加工工艺性能 金属和合金的工艺性能是指铸造性、可锻性、金属和合金的工艺性能是指铸造性、可锻性、可 焊性、切削加工性、焊性、切削加工性、热处理性能等直接影响化工 设备和零部件的制造工艺方法，设备和零部件的制造工艺方法，也是选择材料时 必须考虑的因素。必须考虑的因素。良好的冷热加工性能 良好的焊接性能

第三节 金属材料的分类及牌号

一、分类

1、金属的分类、生铁 黑色金属 钢 金属 铜及其合金 炼钢生铁 铸造生铁 合金生铁 纯铜（紫铜）纯铜（紫铜）铜锌合金（黄铜）铜锌合金（黄铜）铜锡合金（锡青铜）铜锡合金（锡青铜）无锡合金（铝青铜等）无锡合金（铝青铜等）铝及铝合金 钛及钛合金 镁及镁合金 铅、锡及其合金 其它有色及其合金 锌及其合金 镍、钴及其合金

有色金属

轻金属及其合金

2、钢的分类、二、钢铁牌号及表示方法（GB/T221-202_）钢铁牌号及表示方法（GB/T221-202_）

1、碳素结构钢：、碳素结构钢： 1）普通碳素结构钢（GB700-88））普通碳素结构钢（）代表钢材屈服点的字母 ＋ 屈服点的数值 ＋ 材料质量等级符号 ＋ 脱氧方法符号，脱氧方法符号，常用Q235B，Q235C，Q235A·F，常用，2）优质碳素结构钢（GB711-88））优质碳素结构钢（）较普通碳素结构含S、量较少 表面质量较好。量较少，较普通碳素结构含、P量较少，表面质量较好。常用

10、常用、15、20g、20R和20等。、和 等

表1-2 压力容器用碳素钢镇静钢板的适用范围表

钢板 牌号

使用温 度℃

设计压力 MPa 壳体钢 板厚度 mm 其它限制 不得用于毒 性程度为高 度或极度危 害介质的压 力容器 Q235-B 0~350 ≤1.6 ≤20 Q235-C 0~400 ≤2.5 ≤30

二、钢铁牌号及表示方法（GB/T221-202_）钢铁牌号及表示方法（）

2、合金（高强度）钢、合金（高强度）在碳素钢的基础上加入少量合金元素。在碳素钢的基础上加入少量合金元素。特别： 特别：锅炉钢和容器钢 主要用于壳体或锅炉承压元件。主要用于壳体或锅炉承压元件。如16MnR，15MnVR，18MnMoNb等。，等 性能指标等见附录。性能指标等见附录。

二、钢铁牌号及表示方法： 钢铁牌号及表示方法：

3、特殊性能钢、主要指不锈耐酸钢 铬不锈钢，铬不锈钢，如1Cr13 铬镍不锈钢，铬镍不锈钢，如0Cr18Ni9 节镍不锈钢

第四节

一、金属的腐蚀 1.定义： 1.定义： 定义

化工设备的腐蚀及防腐

金属与周围介质发生化学或电化学作用而引起的 破坏现象。破坏现象。2.类型（腐蚀过程有无电流产生）2.类型（腐蚀过程有无电流产生）类型 1）化学腐蚀（如氢腐蚀）化学腐蚀（如氢腐蚀）2）电化学腐蚀（如晶间腐蚀，应力腐蚀）电化学腐蚀（如晶间腐蚀，应力腐蚀）

二、常见腐蚀类型

1.氢腐蚀 氢气在较低温度和压力(200℃，＜5.0 氢气在较低温度和压力(＜200℃，＜5.0MPa)下，＜ 对普通碳钢及低合金钢不会有明显的腐蚀，但是 对普通碳钢及低合金钢不会有明显的腐蚀，在高温高压下则会对它们产生腐蚀，在高温高压下则会对它们产生腐蚀，结果使材料 的机械强度和塑性显著下降，甚至损坏，这种现 的机械强度和塑性显著下降，甚至损坏，象常称为“氢腐蚀” 象常称为“氢腐蚀”。

二、常见腐蚀类型 2.晶间腐蚀 发生在晶界，晶粒之间结合力下降，与元素Cr的含量有关。发生在晶界，晶粒之间结合力下降，与元素Cr的含量有关。Cr的含量有关

奥氏体不锈钢晶粒——阴极 阴极 奥氏体不锈钢晶粒 晶粒边界析出的碳化铬

贫铬区——阳极 阳极 贫铬区

晶粒边界

图1-1 奥氏体不锈钢的晶间腐蚀

二、常见腐蚀类型 3.应力腐蚀 金属在腐蚀介质 和拉应力的共同 作用下产生的一 种破坏形式。种破坏形式。腐 蚀与拉应力起互 相促进的作用。相促进的作用。

原始裂纹 保护膜 应力方向 金属本身 腐蚀性介质

裂纹尖端 裂纹将扩展的区域

图1-2 应力腐蚀的裂纹扩展

三、金属腐蚀的破坏形式

1.均匀腐蚀 2.非均匀腐蚀 区域腐蚀、点腐蚀、区域腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀

第五节

化工设备材料的选择

一、选材的一般原则 1.遵循标准 2.根据钢材的选用范围 3.经济性 综合考虑：压力、综合考虑：压力、温度和介质

二、选材实例分析

选择浓硫酸贮罐材料

作业

组前4题

一、2题A组前 题 题 组前 3题选择材料，1，3 题选择材料，题选择材料

二、判断题和填空题