化工设备机械设计基础-5-1课件

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1、第二篇化工容器及设备第8章化工设备常用材料1.金属材料2.非金属材料3.复合材料8-1化工设备常用金属材料的基本性能金属材料的基本性能包括机械性能、化学性能（耐蚀性能）、物理性能和加工工艺性能。一.机械性能1.强度：定义：材料抵抗外载荷的能力大小指标。屈服极限：强度极限：高温要考虑蠕变极限和持久极限屈强比＝2.塑性：定义：材料破坏前的变形能力大小，是设计的主要依据。主要参数有：①弹性模量E,②延伸率,③截面收缩率。化工设备要求材料塑性要好，一般要求，另外对冷弯成型材料要求冷弯后不开裂。3.韧性：定义：材料对缺口或裂纹敏感程度的反映。用冲击韧性

2、表示，好，材料在缺口或裂纹引起应力集中，能防止其快速扩展。材料的冷脆性：低温（前提下）材料由塑性变为脆性，破坏时应力较低，又无可见变形，危险性极大。4.硬度：定义：材料对局部塑性变形的抵抗能力。说明材料的耐磨性及切削加工性能。常用硬度指标有布氏硬度指标HB和洛氏硬度指标HR。非金属材料以摩氏硬度表示。举例：管子与管板硬度选择，管板硬度大于管子硬度；螺栓硬度大于螺母硬度。5.高温下材料的极限性能材料的蠕变：金属材料在高温和应力共同作用下会产生不可回复的变形，应变随时间延长而增加。蠕变极限或持久极限，参见图13-1，随温度上升而下降。二.耐蚀性能

3、（金属腐蚀的评定方法）化工材料的选择对耐蚀性起决定性作用。（1）根据重量的变化评定金属的腐蚀：材料的腐蚀速度用重量损失率根据金属重量损失或增加来评定金属的腐蚀速度的方法应用极为广泛。它是通过试验的方法测出金属试件在单位表面积、单位时间腐蚀而引起的重量变化。可用下式表示腐蚀速度。K=P0-P1/Ft(g/m2h)式中K--腐蚀速度(g/m2h)P0--腐蚀前试件的重量，g；P1--腐蚀后试件的重量，g；F—试件与腐蚀介质接触的面积，m2；t—腐蚀作用的时间，h。根据重量的变化评定金属的腐蚀速度时，一方面没有考虑金属的相对密度，因此当重量损失相同

4、时，相对密度不同的金属其截面尺寸的减少则不同；另一方面质量表示法只能用于实验室的腐蚀评定中，对现场设备的腐蚀评定显得无能为力，为了表示材料腐蚀前后尺寸的变化，常用金属厚度的减少量，既腐蚀深度来表示腐蚀速度，它与质量法的关系为（2）根据腐蚀深度评定金属的腐蚀Ka=24x365K/1000γ=8.76K/γ(mm/a)式中Ka—用每年金属厚度的减少量表示的腐蚀速度,mm/a；γ—金属的相对密度,g/cm2金属腐蚀性能的三级标准耐腐蚀性能腐蚀速度／(mm/a)耐腐蚀级别耐蚀可用不可用<0.10.1~1.0>1.0123或腐蚀速度来表示。三.物理性质

5、导热系数，重度比热，熔点，线膨胀系数等。三.防护方法1.设置保护层(实质将介质与金属隔绝，避免金属直接接触）、衬里（耐蚀金属、陶瓷、聚氯乙稀、酚醛塑料、玻璃钢、橡胶）、表面酸处理（喷涂、镀镍铬、喷铝、涂漆）。四.加工工艺性可焊性、可锻性、可铸性、切削加工性和热处理性能。8-2金属材料的腐蚀与防护一.金属腐蚀的原理按原理分类：1.化学腐蚀：金属于干燥气体和非电解质溶液直接发生化学作用而引起破坏—单纯的化学反应过程。举例:①铁碳合金高温氧化：③金属CCl4，甲醇等介质中的化学腐蚀化学腐蚀的产物在金属表面形成，常称表面膜。(2)氢腐蚀在合成氨、石油

6、加氢及其他一些化工工艺中，常遇到反应介质是氢占很大比例的混合气体，而且这些过程又多是在高温高压下进行的，例如合成氨的压力常采用31.4MPa,温度一般为4700C~5000C。氢气在较低温度和压力（≤2000C≤5MPa)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产生腐蚀，结果使材料的强度和塑性显著下降，甚至鼓泡和开裂，损坏材料，这种现象常称为“氢腐蚀”。Fe3C+2H2=3Fe+CH4↑2.电化学腐蚀：金属与电解质溶液接触时发生电化学作用引起的腐蚀。举例：金属在酸、盐、盐溶液、工业用水、大气中的腐蚀，都属于电化学腐蚀。金属

7、Zn、Cu放入H2SO4(稀)中，发生原电池化学反应,，Zn被腐蚀。低电极电位（即负电性强）的被腐蚀。电化学腐蚀过程是由阳极过程、电子流动、阴极过程三个环节组成，缺一不可。二.金属腐蚀破坏的特性（参考书P409）根据腐蚀破坏的形成不同，可以分为全面腐蚀和局部腐蚀两大类。全面腐蚀(均匀腐蚀)：腐蚀作用均匀的发生在整个金属表面。危险性小。局部腐蚀(非均匀腐蚀)：其特点是腐蚀作用在金属构件的不同区域发生。又分：区域腐蚀、孔蚀（点蚀）、晶间腐蚀、选择腐蚀（见书173）、缝隙腐蚀。金属腐蚀破坏的形式根据腐蚀的破坏形式，可分为均匀腐蚀与非均匀腐蚀，后者又

8、称局部腐蚀。而局部腐蚀又可分为区域腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、表面下腐蚀等。3.晶间腐蚀晶间腐蚀是一种局部的、选择性的腐蚀破坏。这种腐蚀破坏沿金属晶粒的边缘进行，腐蚀性