第1章环境工程设备材料

《第1章环境工程设备材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第1章环境工程设备材料（98页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、环境工程设备与设计,主讲教师：食品学院 张仲欣 电 话：64222390 13525918503 E-mail：zhzhx,本课件使用说明,1、红颜色：标题； 蓝颜色：需记笔记的内容； 绿颜色：重点； 黑颜色：解释性材料； 棕颜色：重复前页的标题。 2、页面切换声：“咔嚓”； 页面上增加内容声：“铛”或“嗒嗒”。,教材：,普通高等教育“十一五”国家级规定教材 环境工程设备 金兆丰主编 化学工业出版社 主要参考书： 化工设备机械基础 董大勤主编 化学工业出版社,本课件使用说明,主要内容及学时安排,绪论 2学时 第一章 环境工程设备材料 8 学时 第二章 容器设计与制造 16 学时 第三章 管道与

2、阀门 6 学时 第四章 机械传动与减速器 10 学时 第五章 环境工程设备设计实例 6 学时,本课程的学习方法,一、开设本课程的目的与意义 1.了解环境工程设备的相关知识，能认识设备。 2.掌握环境工程设备的结构、原理、工作过程、特点等，为设备的选型配套打基础。 3.掌握环境工程设备设计的基础知识与方法，为设备的设计与改造打基础。,二、本课程的学习方法 1.提倡记笔记，必须做作业。 2.期末考试：平时占30%， 卷面占70%。 3.答疑时间：周三晚8点-10点， 地点：2-231（最西头）。,绪论,主要内容： 1.环境工程设备的定义和分类 2.机械类与容器类环保设备 3.标准化知识简介 4.环

3、境工程设备的选用与设计原则,1.定义： 以控制环境污染为目的的设备，称为环境保护设备或环保设备 环境保护设备是水污染治理设备、空气污染治理设备、固体废弃物处理设备、噪声与振动控制设备、放射性与电磁波污染防护设备的总称。,一、环境工程设备的定义与分类,按类别、亚类别、组别和型别四个层次进行分类。 （1）按类别：即按控制的污染物对象分类 水污染治理设备 空气污染治理设备 固体废弃物处理处置设备 噪声与振动控制设备 放射性与电磁波污染防护设备,2.分类：,2.分类：,（2）按亚类别：即按环保设备的原理和用途分类 物理法 化学法 物理化学法 （3）按组别：即按功能原理分类 如用于分离的原理有： 沉淀

4、澄清 上浮 气浮 离心 磁分离,2.分类：,（4）按型别分类：即按结构特性和工作方式 如气浮分离器的典型结构有： 溶气气浮 真空气浮 分散空气气浮 电解气浮 泡沫分离器,二、机械类与容器类环保设备,单体设备可分为机械类与容器类两种类型 机械类设备可分为通用设备与专用设备 容器类设备可分为常压容器、中低压容器、高压容器等 常压：只承受容器内介质的静压 低压：介质工作压力1.6MPa 中压：介质工作压力为1.610MPa 高压：介质工作压力为10100MPa 容器类环境工程设备一般是指没有运动构件的设备，主要是指设备的外壳。,三、标准化知识简介,1.标准化的发展历史：由统一性决定 2.标准化的主要

5、作用：便于设计、生产、使用 3.标准化和标准的定义：大家都遵守的规则 4.标准的分类：国家、部门、行业、企业 5.标准的代号和编号：由名称、代号、编号、年份组成。如钢制压力容器（ GB150-1998 ）,6.ISO9000和ISO14000：ISO为国际标准，9000为质量标准，1400为环保标准,四、环境工程设备的选用与设计原则,1.成套设备与单体设备：成套设备满足工艺要求，单体设备尽量选通用设备。 2.通用设备的选用原则：适用、先进、安全、经济 3.专用设备的设计原则：满足工艺要求、结构简单、成本低,第1章 环境工程设备材料,主要内容： 1.材料的基本性能 2.碳钢与铸铁 3.合金钢 4

6、.有色金属及其合金 5.非金属材料与复合材料 6.材料的腐蚀与防腐 7.环境工程设备材料选择,第一节 材料的基本性能,主要包括：力学性能、物理性能、化学性能和加工性能 一、力学性能 力学性能是指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。,一、力学性能,1. 强度 是指材料抗变形或断裂的能力 。 （1）材料拉伸时的应力应变曲线 应力：单位面积所受的力,应变：单位长度所产生的变形,应力的单位为MPa，即106N/m2,1.强度,材料拉伸时的应力应变曲线 材料拉伸试验： 试棒制备,材料拉伸过程演示,l0=10d

7、0,l0= 5d0,一般d0=10mm,1.强度,材料拉伸时的应力应变曲线（画出）,1.强度,p比例极限 e弹性极限 s屈服极限（屈服点） b强度极限 E=tan()材料的弹性模量 在比例极限内，=E,1. 强度,长期静载对强度的影响：蠕变极限n 交变载荷对强度的影响：疲劳极限-1 交变载荷大小用应力循环系数或应力比衡量， r= min/max 疲劳极限-1以106107次交变这材料不被破坏的应力,许用应力,不同的设计对应不同的强度极限。 安全系数是对设备安全性的保护，一般n=25。,2. 硬度,硬度是指固体材料对外界物体机械作用（如压陷、刻划）的局部抵抗能力。 是弹性、强度与塑性的综合性能指

8、标。 常用硬度表示方法： （1）布氏硬度(HB)：用于软质材料， 如低碳钢，HB200300 布氏硬度与抗拉强度的对应关系： 低碳钢 b=0.36 HB 高碳钢 b=0.34 HB 灰铸铁 b=0.1 HB （2）洛氏硬度(HRC、HRB)：用于硬质材料， 如高碳钢或合金钢，HRC4060,3. 塑性,延伸率 ,断面收缩率,化工设备材料一般要求5=1020%,其中p为断裂时的应变。L1和s1为断裂时的长度和断面面积。,4.冲击韧性 冲击韧性k：使其破坏所消耗的功或吸收的能除以试件的截面面积，即,低温容器所用钢板的k值 不得低于0.3MJ/m2,二、物理性能,密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系

9、数、导电性、磁性、弹性模量与泊松比等。,三、化学性能 1. 耐腐蚀性 材料对周围介质侵蚀的抵抗能力 2. 抗氧化性 材料抵抗高温氧化的能力。,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,第一节 材料的基本性能,【作业】 1.一个总重为700N的电机，用一个M8吊环螺钉起吊。螺纹根部直径为6.4mm，其截面上的应力有多大？ 2.一钢管，中径为D，厚度为，要受F的拉力。已知断面上的许用应力为m。F允许多大？(圆环面积近似用中径周长乘以厚度),第一节 材料的基本性能,【作业答案】 1.=22MPa 2.F=Dm,第二节 碳钢与铸铁,碳钢即“铁碳合金”是

10、由95以上的铁和0.054的碳及1左右的杂质元素所组成的合金。 一般含碳量0.022的称为钢； 大于2称为铸铁； 含碳量小于0.02的称为纯铁(工业纯铁)； 含碳量大于4.3的铸铁极脆。 后二者的工程应用价值都很小。,一、铁碳合金的组织结构,1.金属的组织与结构,组织：在金相显微镜下看到的金属的晶粒，简称组织。,结构：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。,1.金属的组织与结构,铸铁中的碳一般以石墨的形式存在，有不同的组织形貌。石墨在铸铁中的三种存在形式如下：,球墨铸

11、铁强度最高；细片状石墨次之；粗片状石墨最差。,1.金属的组织与结构,2.纯铁的同素异构转变,体心立方晶格的纯铁称-Fe， 面心立方晶格的铁称为-Fe。 -Fe加热可变为-Fe， 反之高温下的-Fe冷却可变为-Fe。 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。,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。) 这三种不同的存在形式，形成了不同的碳钢组织。,（1）铁素体 碳溶解在-

12、Fe中形成固溶体称铁素体。 -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。 （2）奥氏体 碳溶解在-Fe铁中形成固溶体称奥氏体。 -Fe原子间隙较大，碳的溶解度比-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-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。,3.碳钢的基本组织,（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。 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

13、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。,3.碳钢的基本组织,（4）珠光体 铁素体与渗碳体的机械混合物。 力学性能介于铁素体和渗碳体之间，即其强度、硬度比铁素体显著提高；塑性、韧性比铁素体差，但比渗碳体要好得多。,3.碳钢的基本组织,（5）莱氏体 珠光体和初次渗碳体的共晶混合物。 具有较高的硬度，是一种较粗而硬的金相组织，存在于白口铸铁、高碳钢中。 （6）马氏体 钢和铁从高温急冷下来的组织，是碳在-Fe中过饱和的固溶体。 具有很高的硬度，但很脆，延伸性低，几乎不能承受冲击载荷。,3.碳钢的基本组织,从铁碳合金状态图中可以看出：温度和含碳量对钢铁组织

14、影响的规律是： 温度由高到低：液体奥氏体珠光体 含碳量由低到高：铁素体渗碳体莱氏体 即：不同含碳量的铁在不同的温度下有不同的组织结构。,3.碳钢的基本组织,三、钢的热处理,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。常用的热处理方法有：,1. 退火和正火 退火：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。 目的：细化晶粒，提高力学性能；降低硬度、提高塑性、便于冷加工；消除部分内应力，防止工件变形。 正火是置于空气中冷却。晶粒变细，韧性可显著提高。 铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。 2. 淬火和回火 淬火：加热至淬火温

15、度(临界点以上3050)，并保温一段时间，然后投入到淬火剂中冷却。 目的：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。,三、钢的热处理,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。 目的：降低或消除零件淬火后的内应力，提高韧性。 在150250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。 中温回火温度是300450。 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。 高温回火温度为500680。 综合性

16、能：强度、韧性、塑性等都较好 淬火高温回火习惯上称为“调质处理”。 用于各种轴类零件、连杆、齿轮、受力螺栓等。,2. 淬火和回火,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。 时效处理可进一步消除内应力，稳定零件尺寸，它与回火作用相似。,2. 淬火和回火,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。 4. 化学热处理 有渗碳、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。,三、钢的热处理,四、碳钢