化工机械基础(7).ppt

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1、概述过程装备用材料的种类(1)金属材料黑色金属(如钢材)、有色金属(如铝、铜等)。(2)非金属材料如橡胶、石棉、塑料等。(3)复合材料如玻璃纤维增强塑料(FRP)。第二篇工程材料第六章过程装备材料7/28/202116.1.1.1金属材料的主要性能(1)力学性能它是指材料在外力作用下表现出来的性能，一般有以下几个主要指标:6.1过程装备用金属材料6.1.1金属材料的基本知识7/28/202121)机械强度它是指材料抵抗外力作用避免引起破坏的能力，它是过程装备设计与选材的主要依据之一，是材料的重要机械性能指标。反映材料强度

2、高低的指标有:屈服极限(ReL或Rp0.2)、抗拉强度(Rm)，高温时需要考虑蠕变极限(蠕变极限σn：1万小时变形量1%)。交变载荷作用时则需要考虑疲劳极限(σ-1：以106-107次不被破坏的应力)。7/28/202132)塑性塑性是指材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力，通常用伸长率δ和断面收缩率Z表示。3)韧性韧性是指材料在断裂前吸收变形能量的能力。韧性是材料对缺口或裂纹敏感程度的反映。评定材料韧性的指标通常以标准试样的冲击吸收功(AK)表示（使其破坏所消耗的功或吸收的能除以试件的截面面积）。7/28/202144

3、)硬度硬度是指材料抵抗其它物体压入的能力，它是衡量材料软硬的判据。工程上常用的硬度指标为布氏硬度(HBS、HBW)、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)和维氏硬度(HV)等。硬度的大小说明材料的耐磨性及切削加工的可能性，通常材料硬度愈高，零件耐磨性愈好，但其切削加工性能较差。材料的硬度与强度之间存在近似的对应关系:材料的强度愈高，其硬度也高。7/28/20215(2)耐腐蚀性能它是指材料在使用工艺条件下抵抗腐蚀性介质侵蚀的能力。对于均匀腐蚀，在过程设备设计中通常是采用普通钢材再留有一定的腐蚀裕量来解决的。对于有局部腐蚀的过

4、程设备，则必须从选择相应的耐腐蚀材料及防护措施着手解决。7/28/20216(3)加工工艺性能金属材料的加工工艺性能是指保证加工质量的前提下，加工的难易程度。金属材料的主要加工工艺性能有：焊接性能、铸造性能、压力加工性能、机加工性能及热处理性能等。7/28/20217金属材料具有许多优良性能是和金属原子的聚集状态以及它的组织有关的。固态物质，根据其内部原子的聚集状态的不同分为晶体和非晶体两大类。所谓非晶体是其内部原子杂乱无章地不规则的堆积。晶体则是其内部原子有规则的排列，所有的固态金属都是晶体。6.1.1.2金属材料的晶

5、体结构7/28/20218晶体是由许多金属原子(或离子)在空间按一定几何形式规则地紧密地排列而成。把每一个原子看成一个小球，把这些小球用线条连接起来，就这样得到一个空间格架，这种空间格架叫“晶格”，晶格的最小几何组成单元叫“晶胞”，如下图所示：(1)金属晶体结构的概念7/28/20219各种金属晶格结构是不同的，常见的金属晶格结构如下图所示：7/28/202110(2)金属材料具有不同的性能与其不同的晶体结构有关。例如，纯铁在910°C以下具有体心立方晶格结构，称为α-Fe；铁在910°C～1394°C为面心立方晶格结构

6、，称为γ-Fe。这两种晶格结构的铁，其溶碳能力是不同的：碳溶解到α-Fe中形成的固溶体叫铁素体，其最大溶碳量不超过0.0218%；碳溶解到γ-Fe中形成的固溶体叫奥氏体，其最大溶碳量可达2.11%。这两种性质完全不同的组织形式在钢中的存在状态也直接影响着钢的性能。7/28/2021116.1.1.3铁碳合金相图铁碳合金相图是用图解的方法表示铁碳合金在极其缓慢的冷却速度下，合金的成分、组织和性能之间的关系及其变化规律，又称铁碳合金平衡图。铁碳合金相图是人们在长期的生产和科学实验中总结出来的，对于了解钢中组织结构变化和制定热

7、处理工艺具有极为重要的意义。整个铁碳合金相图可以看成是由Fe-Fe3C、Fe3C-Fe2C、Fe2C-FeC和FeC-C等各部分相图组成。然而，铁碳合金当含碳量超过5%时机械性能和工艺性能都差而没有实际应用价值，Fe3C的含碳量达到6.69%，故实际上普遍应用的铁碳合金相图是指Fe-Fe3C相图部分。7/28/202112图简化的Fe-Fe3C相图7/28/202113(1)铁碳合金相图中的基本相铁素体碳溶于α-Fe中形成的固溶体称为铁素体，用F表示。由于铁素体中碳的溶解度很小，最大溶解度在727°C时为0.0218%，

8、室温时溶碳量仅为0.0008%，因此，铁素体的强度和硬度低、塑性好，力学性能与纯铁相似。奥氏体碳溶解到γ-Fe中形成的固溶体称为奥氏体，用A表示。由于奥氏体中碳的溶解度较大，在727°C时为0.77%，在1148°C时达到最大溶碳量2.11%，因此，奥氏体的强度和硬度不高，但塑性好，容易压力加工。7/28/20211