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1、 本文由xiaoniuwfql贡献ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。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
2、京： 版社， 版社，2005 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
3、 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page 1 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
4、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 屈服强度 s(0.2) 抗拉强度b 抗拉强度 蠕变强度 蠕变强度n 持久强度 持久强度 D 疲劳极限 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=10d0l0= 5d0或开始出现塑性变形时的应 称为“屈服点” 力，
5、称为“屈服点”s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 做抗拉强度。 做抗拉强度。 b1、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 屈服强度 s(0.2) 抗拉强度b 抗拉强度 蠕变强度 蠕变强度n 持久强度 持久强度 D 疲劳极限 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 屈服强度 s(0.2) 抗拉强度b 抗拉强度 蠕变
6、强度 蠕变强度n 持久强度 持久强度 D 疲劳极限 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 屈服强度 s(0.2) 抗拉强度b 抗拉强度 蠕变强度 蠕变强度n 持久强度 持久强度 D 疲劳极限 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 屈服强度 s(0.2) 抗拉强度b 抗拉强度 蠕
7、变强度 蠕变强度n 持久强度 持久强度 D 疲劳极限 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 6108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 延伸率page 2 l K l K ? l0 = 100% = 100% l0 l0FK FK ? F0 = 10
8、0% = 100% F0 F0断面收缩率 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 k = Ak / F F为面积）（ 为面积问题 判断正
9、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
10、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 10810R12(a) U型缺口 型缺口55 10810R0.2545 (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
11、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。Tspage 3 Ts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 线膨胀系数 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，
12、 材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即E，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 。 =1 ?l l ?t3、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，
13、即0.3。 。b1l l1b = 其中 =b1 ? b ?b = b b l ?l ?l = 1 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、 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
14、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7080 20 (80100) (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 50100 120 (35) 30 STSi15R 40
15、 70 碳钢 7080 20 (80100) (70) 沸 (80100) 40 (沸) 沸 (10) (40) page 4 40 (30) 60 沸 耐 潮湿 100 耐 80 200 (沸) 沸 (70)50 18-8型 型 (6080) 不锈钢 95 (8095) 铝 95 铜 铅 钛 任 饱 10250 20 100 100 溶液 与 100 气体 气 气 耐 耐 300 30020 60 (27) (55) (80100) (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）
