1化工设备材料及其选用A

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第1章 化工设备材料及其选择
第一节 概 述
选用材料的一般要求是： (1)材料品种应符合我国资源和供应情况； (2)材质可靠，能保证使用寿命； (3)要有足够的强度，良好的塑性和韧性，对腐 蚀性介质能耐腐蚀； (4)便于制造加工，焊接性能良好； (5)经济。
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第1章 化工设备材料及其选择
第一节 概 述
(2)零件表面状况：疲劳裂纹源大多起始于零件的 表面。零件表面的加工缺陷大大降低了疲劳强度。
(3)载荷类型：载荷类型不同，疲劳强度不同。 (4)工作温度：温度升高，裂纹易产生和扩展，疲
劳强度降低。 (5)腐蚀介质：零件在腐蚀环境中，疲劳强度明显
降低。
第二节：材料的性能
二、塑性
金属在断裂前产 生永久变形而不破坏 的能力。
4、高温性能： 蠕变：金属在高温长时间应力作用下，所加应力远小 于σs 逐渐产生明显的塑性变形的现象。导致零件尺寸变 化，甚至断裂造成事故。 应力松弛：承受弹性变形的零件，在工作过程中总变 形量不变，但随时间的延长，工作应力逐渐衰减的现象。 原因是零件的弹性变形逐渐变为了塑性变形。 蠕变强度：高温长时间载荷作用下，在给定温度下和 规定时间内，使试样产生一定蠕变量的应力值。
疲劳强度
第二节：材料的性能
疲劳曲线:钢铁所受重复或交变应力σ与其断裂前所受的 应力循环次数N之间有关系。两者之间的关系曲线叫。
钢的疲劳强度σ-1 ≈σb(40～50%），循环次数为107；有 色金属的疲劳强度σ-1 ≈σb(25～50%），循环次数为10８ 。
第二节：材料的性能
疲劳强度影响因素
(1)材料本质：材料的成分、组织以及纯度和夹杂 物对疲劳强度有显著影响。
中、高温容器：钢材在 中、高温的长期作用下，金相组织和机 械性能等将发生明显的变化，并要承受一定的介质压力，选择设备 用钢时，需考虑材料的组 织稳定性和中、高温的机械性能。
低温设备：着重考虑设备在低温下的脆性破 裂问题。
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第二节
第1章 化工设备材料及其选择
材料的性能
使用性能 金属材料的性能
工艺性能
由冷弯试验测定的。 冷弯试验：金属材料和焊接接头在
• 1、伸长（延伸） 率
试样拉断后标距 增长量ΔL与原长L。 之比。
L 100%
L 1
L 0
100%
L
L
0
0
第二节：材料的性能
二、塑性
•
2、断面收缩率
试样拉断后断口处横截面积的改变
量与原始横截积之比。
F
100%
F 0
F 1
100%ห้องสมุดไป่ตู้
F
F
0
0
第二节：材料的性能
二、塑性
3、冷弯(角) 衡量金属材料和焊缝塑性的指标，
第二节：材料的性能
一、强度指标
•
1、弹性强度（弹性极限）
弹性强度：材料保持完全弹性变形时的 最大应力。
弹性变形：外力解除后变形全部消除恢 复原状的变形。
e Pe / F0 (MPa)
第二节：材料的性能
一、强度指标
•
2、屈服强度（屈服极限）
材料产生屈服现象时的最小应力。
没有明显屈服的材料，用发生 0.2%塑性变形时的应力值σ0.2代表其 屈服强度。
持久强度是一定温度和一定应力下材料抵 抗断裂的能力。在相同的条件下，能支持的时 间越久，则该材料抵抗断裂的能力越大。
疲劳强度
第二节：材料的性能
疲劳：在多次重复或交变应力作用 下，使金属材料在远小于金属的屈服强 度时发生断裂的现象。
疲劳强度：材料经交变应力无数次 循环作用而不发生断裂的最大应力σ-1。
P / F (MPa)
s
s
0
第二节：材料的性能
一、强度指标
•
3、抗拉强度（强度极限）
材料抗拉伸断裂前承受的最大应力。
设计时塑性材料多用σs；脆性材料多用σb作为极限应力。 σs/σb之比叫“屈强比”。屈强比越小，可靠性越大； 但比值太小，材料利用率太低。
抗弯强度
第二节：材料的性能
一、强度指标
500 100MPa 1105
在500℃温度下，工作1×105h后变形量为1%的蠕变强 度为100Mpa。
一、强度指标
第二节：材料的性能
第二节：材料的性能
持久强度(σD)
在给定温度下，促使试样或工件经过一定 时间发生断裂的应力叫做持久强度。
在化工容器用钢中，设备的设计寿命一般 为十万小时，以σ105表示试件经十万小时断裂 的应力。
化工设备机械基础A
（32学时）
教师： Email: xiongjianjun@126.com
Tel: 13912005119 846878578
化工设备机械基础A
第一章：化工设备材料及其选用 第二章：化工容器设计概述 第三章：内压薄壁容器的应力分析 第四章：内压薄壁圆筒与封头的强度设计 第五章：外压圆筒与封头的设计 第六章：容器零部件 第七章：管壳式换热器的机械设计 第八章：塔设备的机械设计 第九章：搅拌器的机械设计
力学性能 物理性能 化学性能
铸造性能 锻造性能 焊接性能 切削加工性能
第1章 化工设备材料及其选择
第二节：材料的性能
金属材料的力学性能
硬度 弹性 塑性 强度 冲击韧性
第二节：材料的性能
拉伸试验
拉伸试验机
第二节：材料的性能
一、强度指标
材料强度：在外力作用下，材料抵抗变 形和断裂的能力。
P / F0 (MPa)
压力容器用钢材：
中、低压和高压容器：常处于有腐蚀性介质的条件 下工作，除 承受较高的介质内压 (或外压) 外有时还会受到冲击和疲劳载荷的作 用；在 制造过程中，要经过各种冷、热加工使之成型；
对钢板的要求：除随介质的不同要有耐腐蚀的要求以外，应有 较高的强度、良 好的塑性、韧性和冷弯性能，缺口敏感性要低，加 工和焊接性能良好。对低合金钢板材要注意 是否有分层、夹渣、白 点和裂纹等缺陷。
第1章 化工设备材料及其选择
第一节 慨 述 第二节 材料的性能 第三节 金属材料的分类及牌号 第四节 碳钢与铸铁 第五节 低合金钢及化工设备用特种钢 第六节 有色金属材料 第七节 非金属材料 第八节 化工设备的腐蚀及防腐措施 第九节 化工设备材料的选择
第1章 化工设备材料及其选择
第一节 概 述
化工设备的种类： 按操作压力分为：真空、常压、低压、中压以至高 压和超高压； 按操作温度分为：低温、常温、中温和高温。 处理的介质大多数又有腐蚀性，或为易燃、易 爆、 有毒、剧毒等。 有时具体设备既有温度、压力要求，又有耐腐蚀要求， 而且 这些要求有时还互相矛盾，某些条件又经常变化。