化工机械设备基础 第六章 压力容器与化工设备常用材料

第二篇化工设备设计基础第六章压力容器与化工设备常用材料第一节容器的结构与分类一、容器的结构——反应设备——换热设备——分离设备——贮运设备离心机钛钢复合反应釜冷凝器吸收塔二、容器的分类1．按形状分类——方形——球形——圆筒形2．按容器厚度分类薄壁容器：厚度与其最大截面的内径之比小于等于0.1厚壁容器：厚度与其最大截面的内径之比大于0.13．按承压性质和能力分类内压、外压容器4．按壁温分类——常温容器-20-200度——高温容器达到材料蠕变温度下工作420-550度——中温容器指壁温在常温和高温之间的容器。——低温容器-20度下6．按结构材料分类5．按支承形式分类立式、卧式金属容器、非金属容器第二节容器机械设计的基本要求容器的总体尺寸——工艺尺寸容器零部件的机械设计(1)强度(2)刚度(3)稳定性(4)耐久性(5)密封性(5)节省材料，便于制造(5)方便操作，便于运输使用年限为10-15年。第三节容器的标准化设计一、标准化的意义——从产品的设计、制造、检验和维修等方面：1、有利于成批生产，缩短生产周期，提高产品质量，降低成本，从而提高产品的竞争能力；2、增加零部件的互换性，有利于设计、制造、安装和维修，提高劳动生产率。3、标准化为组织专业化生产提供f有利条件，有利于合理地利用国家资源，节省原材料。4、能够有效地保障人民的安全与健康；5、采用国际性的标准化，可以消除贸易障碍，提局竞争能力。二、容器零部件标准化的基本参数公称直径DN——钢板卷制的筒体和成型封头：内径；——管子：不是它的内径，也不是外径，而是小于管子外径的一个数值。公称压力PN——如果是选用标准零部件，则必须将操作温度的最高工作压力(或设计压力)调控到所规定的某一公称压力等级，然后根据DN和PN选定该零件的尺寸。——如果零部件未选用标准件，则设计压力就小必符合规定的公称压力。第四节化工容器常用金属材料的基本性能选用材料的一般要求：1)材料品种符合中国资源与供应情况；2)材质可靠，能保证使用寿命；2)足够的强度；4)便于制造加工，焊接性能好；5)经济合算。一、力学性能弹性塑性强度硬度韧性碳钢焊接1、强度是固体材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的特征。屈服极限σs强度极限σb持久极限σD——交变载荷，钢材在设计温度下经l0万小时断裂的持久强度的平均值。屈强比——σs/σb，材料屈服后强化能力的高低2．塑性金属在外力作用下产生塑性变形但不被破坏的能力。延伸率——δ断面收缩率——ψ抗拉强度与变形温度的关系3、韧性材料对缺口或裂纹敏感程度的反映。冲击韧性(J/m2)。无塑性转变温度（最低使用温度）——冲击韧性的数值随温度降低而减小。在某一温度区内冲击韧性的数值突然明眼下降，材料变脆的温度。断裂韧性——含裂纹构件抵抗裂纹失稳扩展的能力4、硬度衡量固体材料软硬程度的力学性能指标。表征材料表面局部抵抗压力变形和断裂的能力。布氏硬度洛氏硬度维氏硬度抗拉强度与硬度的关系：冷拉异型钢5、材料在高温下的力学性能温度升高，塑性增强，硬度下降二、物理性能相对密度、熔点、热膨胀系数、导热系数和导电性等三、化学性能材料在所处的介质中的化学稳定性1．耐腐蚀性腐蚀速度——介质对材料的腐蚀速度在0.1mm/a以下时，材料是耐腐蚀的。2．抗氧化性四、工艺性能锻造性、焊接性、切削加工性、热处理性能和冷弯性五、其他性能1．组织稳定性2．抗松弛性3．应变时效敏感性第五节碳钢与铸铁一、钢铁(铁碳合金)是由95％以上的铁和0.05％~4％的碳及1％的杂质元素所组成的台金。钢——C%=0.02-2％铸铁——C%2％，碳以石墨存在纯铁(工业纯铁)——C%0.02％纯铁在不同温度下具有两种不同的晶体结构α铁γ铁同素异构转变910℃灰口铸铁碳钢结构1)铁素体——碳溶解在α-Fe中形成的固溶体。强度、硬度低．2)奥氏体——碳溶解在γ-Fe中形成的固溶体。强度、硬度较低，塑性韧性较好。铁素体——碳溶解在α-Fe中奥氏体——碳溶解在γ-Fe中含碳量对碳钢机械性能的影响3)渗碳体——铁、碳合金中的碳不能全部溶入Fe中，其余部分的碳和铁形成一种化合物(一碳化铁)。熔点约为1600℃，硬度高(约HB800)．塑性几乎等于零钢二、钢的热处理钢的热处理方法有退火、正火、淬火、回火等。1．退火和正火退火——把工件放在炉中缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间，随后随炉缓慢冷却下来，一般需20-40h或更长时间。正火——加热后的工件从炉中取出置于空气中冷却下来．冷却速度要比退火快一些，因而晶粒变细。目的——消除内应力，减少变形，改善组织，降低硬度，便于切削加工。各种退火、正火的加热温度及冷却速度2．淬火和回火淬火——将工件加热至淬火温度(临界点以上30-50℃)，并保温一段时间，然后投入淬火剂中冷却的一种热处理工艺。淬火剂有空气、油、水、盐水；其冷却能力按上述顺序递增。碳钢一般在水和盐水中淬火．合金钢导热性能比碳钢差，为防止产生过高应力．一般在油中淬火。淬火可以增加零件的硬度、强度和耐磨性。淬火时冷却速度太快，容易引起零件变形或裂纹。冷却速度太慢则达不到技术要求。因此，淬火常常是产品质量的关键所在。回火——零件淬火后进行的较低温度的加热与冷却热处理工艺。降低或消除零件淬火后的内应力，使金相组织趋于稳定淬火温度范围高频感应电炉、链条淬火3)化学热处理——将零件放在某种化学介质中，通过加热、保温、冷却等方法，使介质中的某些元素渗入零件表面，改变表面层的化学成分和组织结构，从而使零件去面具有某些性能。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；井式气体渗碳真空渗锌炉第六节低合金钢及化工设备用的特种钢一、合金元素对钢的影响铬——提高耐腐蚀性能、抗氧化性能、提高钢的强度、硬度和耐磨性，但它使钢的塑性和韧性降低。锰——提高钢的强度，增加锰含量对提高低温冲击韧性有好处。镍——提高淬透性、强度，而又保持良好的塑性和韧性。硅——可提高强度、高温疲劳强度、耐热性等等3Cr2W8V718T10等模具钢低合金钢(亦称低合金高强度钢)——是在碳素钢的基础上加入少量Si，Mn，Ti，V，Nb，P等合金元素构成的．含碳量较低，多数均小于0.2％，其组织多数仍为铁素体和珠光体组织。大大提高钢材的强度，并改善了钢材的耐腐蚀性能和低温性能。第七节钢材的品种和规格钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢等第八节有色金属材料铝合金一、铝及其合金二、铜及其合金纯铜青铜烹饪器酒器乐器兵器