• 化学工业是国民经济的基础产业，各种化学生产工艺的要求 各不尽相同，如：压力从真空到高压甚至超高压、温度从低 温到高温 以及腐蚀性、易燃、易爆物料等，使得设备处在极 其复杂的操作条件下运行。由于不同的生产条件对设备材料 有不同的要求，因此，合理的选用材料是设计化工设备的主 要环节。
• 例如：对于高温容器，由于钢材在高温的长期作用下，材料 的力学性能和金属组织都会发生明显的变化，加之承受一定 的工作压力 ，因此在选材时必须考虑到材料的强度及高温条 件下组织的稳定性。容器内部盛装的介质大多具有一定的腐 蚀性，因此需要考虑材料的耐腐蚀情况。对于频繁开、停车 的设备或可能受到冲击载荷作用的设备，还要考虑材料的疲 劳等；而低温条件下操作的设备，则需要考虑材料低温下的 脆性断裂问题。
• g－Fe变 成a－Fe
铁的同素异构转变
（二）碳 碳在铁碳合金中的存在形式有三种：
• 碳溶解到铁的晶格中形成固溶体 • 碳与铁形成化合物 • 混合物：碳以石墨状态单独存在。
1、固溶体：两种或两种以上 的元素在固态下互相溶解，而 仍然保持溶剂晶格原来形式的 物体。如碳原子挤到铁的晶格 中间去又不破坏铁所具有的晶 格结构。
三、钢的热处理
钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却 方式，改变金相组织以满足所要求的 物理、化学与力学性能，称为热处理。
中大得多，如在723℃时可溶解0.8％， 在1147℃时可达最大值2.06％。 奥氏体组织是在a-Fe发生同素异构转变 时产生的。由于奥氏体有较大的溶解 度，故塑性、韧性较好，且无磁性。
2、化合物－渗碳体
• 当铁碳合金中的碳不能全部溶入铁素体或奥氏体中 时，剩余的碳将与铁形成化合物 －碳化铁（Fe3C）， 这种化合物称为渗碳体。
• 材料的性能:力学性能、物理性能、化学性能和加工 性能。
• 力学性能:决定许用应力--强度、硬度、弹性、塑性、 韧性等。
• 物理性能：密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀 系数、导电性、磁性、弹性模量与泊松比等。
• 化学性能：耐腐蚀性--金属和合金对周围介质侵蚀的 抵抗能力；抗氧化性--高温氧化，降低表面硬度和抗 疲劳强度，选耐热材料。
具有很高的硬度，但很脆，延伸性低， 几乎不能承受冲击载荷。
二、 铁 碳 合 金 状 态 图
• 铁碳合金状态图中主要点、线含义：
• 图中AC、CD两曲线称为“液相线”，合金在这两曲线以上 均为液态，从这两曲线以下开始结晶。
• AE、CF线称为“固相线”，合金在该线以下全部结晶为固 态。
• ECF水平线段，温度为1147℃，在这个温度时剩余液态 合金将同时析出奥氏体和渗碳体的机械混合物-莱氏体 。 ECF线又称“共晶线”，其中C点称为“共晶点”。
第二篇 压力容器
第八章 化工设备材料
•了解材料各项性能的意义、碳钢与铸铁、常用有色金 属和非金属材料的分类。 •熟悉化工设备中常用金属材料的机械性能指标和主要 化学成分含量。 •掌握化工设备材料选用的原则，掌握几种常用化工设 备材料（普低钢和低合金钢）的牌号、性能、用途； •掌握常用金属材料热处理的方法和作用。
• ES（Acm）与GS（A3）分别为奥氏体的溶解度曲线，在 ES线以下奥氏体开始析出二次渗碳体，在GS线以下析出 铁素体。
• PSK(A1)线为“共析线”，在723℃的恒温下，奥氏体 将全部转变为铁素体和渗碳体的共析组织-珠光体。

钢在加热时形成单一的奥氏体组织。
所有生铁组织中都有莱氏体，多数碳以石墨 状存在，用作铸件的生铁称为铸铁。
（一）铁 铁在910oc以上是具有面心立方结构的γ－Fe(图 a); 铁在910oc以下是具有体心立方结构的α－Fe(图b)。
a-Fe加热可变为g-Fe，反之高温下的g-Fe冷却可变为a-Fe。 在固态下晶体构造随温度发生变化的现象，称“同素异 构转变”。 铁的同属异构转变是构成铁碳合金一系列性能的依据。
（4）珠光体
铁素体与渗碳体的机械混合物。 力学性能介于铁素体和渗碳体之间，即
其强度、硬度比铁素体显著提高；塑 性、韧性比铁素体差，但比渗碳体要 好得多。
（5）莱氏体
珠光体和初次渗碳体的共晶混合物。 具有较高的硬度，是一种较粗而硬的金
相组织，存在于白口铸铁、高碳钢中。
（6）马氏体
钢和铁从高温急冷下来的组织，是碳原 子在a-Fe中过饱和的固溶体。
• 二、金属的晶体结构
• 金属的结晶过程
• 金属的结晶过程
第二节 铁碳合金
“铁碳合金”由95％以上铁和0.05％～4 ％碳及1％左右杂质元素所组成合金。
• 含碳量0.02％～2％称为钢； • 含碳量大于2％称为铸铁； • 含碳量小于0.02％时称纯铁(工业纯铁)； • 含碳量大于4.3％的铸铁极脆
（1）铁素体
碳溶解在a-Fe中形成固溶体称铁素体。 a-Fe原子间隙小，溶碳能力低（最大溶解
度不超过0.02％），强度和硬度低，但 塑性和韧性很好。 低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的性 能。 室温时，钢的组织中只有铁素体，没有奥 氏体。
（2）奥氏体
碳溶解在g-Fe铁中形成固溶体称奥氏体。 g-Fe原子间隙较大，碳的溶解度比a-Fe
• 加工工艺性能：可铸性－收缩与偏析；可锻性；焊 接性；可切削加工性。
第一节 金属的晶体结构
一、金属原子结构特点与金属键
• 金属原子结构特点：最外层的电子数很少，一般只 有一二个；而且这些最外层电子与原子核的结合力 较弱，因此很容易脱离原子核的束缚而变成自由电 子。
• 金属键：在金属中，暂时摆脱原子核束缚的电子成 为共有的自由电子，在所有的金属正离子之间穿梭 运动，好像带负电的气体充满其间，把带正电的金 属离子牢固地束缚在一起。这种金属原子之间的结 合方式称为金属键。
• 渗碳体的熔点约1600℃，硬度高，塑性几乎等于零。 • 铁碳合金含碳量小于2％时，其组织是在铁素体中散
布着渗碳体，是碳素钢。
• 含碳量大于2％时，部分碳以石墨形式存在，称铸铁。 抗拉强度和塑性都比碳钢低。但铸铁具有一定消震 能力。
3、混合物－碳以石墨状态单独存在
当铁碳合金中的碳含量较高，合金从液态以 缓慢的速度冷却下来时，合金中没有溶入固溶 体的碳将由极大部份以石墨状态存在。