6化工设备常用材料
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。
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(3)渗碳体(Cementite)
碳和铁形成一种化合物(Fe3C)称渗碳体。 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C量大于2%时,部分C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。
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。
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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。
•1、退火和正火
•铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。
•(1)退火:是将工件加热至某一温度(临界点以上)
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(4)珠光体(Pearite)
铁素体与渗碳体的机械混合物 (F+Fe3C ) 用符号P表示 。
力学性能介于铁素体和渗碳体之间,综合 了铁素体和渗碳体优点,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。其组织为层片状结构,其综 合力学性能好。
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3、碳钢的基本组织
C在铁中的存在形式有固溶体、化合物和 混合物三种。 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。
三种不同的存在形式,形成了不同的碳 钢组织。
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组元:纯铁、 Fe3C
符号 表示
固相 相
固溶 体
金属 化合 物
铁素体 奥氏体 渗碳体
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4、冲击韧性
冲击韧度αk,使其破坏所消耗的功或吸收
的能除以试件的截面面积
低温容器所用钢板αk值不得低于30J/cm2
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二、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。
•(1) 密度
• 单位体积内的质量。如要求质量轻和惯性小的 零件,均采用密度小的铝合金制造。
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三、化学性能
1、耐腐蚀性
金属和合金对周围介质侵蚀的抵抗能力
2、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
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四、加工工艺性能
1、可铸性:收缩与偏析 2、可锻性 3、焊接性 4、可切削加工性
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2、硬度
局部抵抗能力 弹性、强度与塑性的综合性能指标 硬度:布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC、 HRB)和维氏硬度(HV) 低碳钢 σb=0.36 HB 高碳钢 σb=0.34 HB 灰铸铁 σb=0.1 HB
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3、塑性
延伸率 δ • 断面收缩率 ψ • 化工设备材料一般要求δ5=10%-20%
液相
F A Fe3C L
概念
碳溶于α-Fe中 的间隙固溶体
碳溶于γ-Fe中 的间隙固溶体
具有复杂晶格的 间隙化合物
性能
具有良好的塑性和韧性 ,但强度硬度不高
与溶碳量和晶粒大小有 关,硬度较低而塑性较 高,易于锻压成形
硬度很高而塑性和韧性 几乎为零,脆性极大
•基本组织: 单相组织: F、A、 Fe3C 莱氏体Ld:(A+ Fe3C )在共晶点上得到,塑性韧性很差,是硬而脆的组织 珠光体P:( F+ Fe3C )在共析点上得到,具有良好的力学性能
(5)莱氏体(Ledeburite)
❖ 莱氏体是由A+Fe3C组成的一种机械混合物,用 符号Ld表示,其组织结构为渗碳体基体上分布的 奥氏体,主要体现了渗碳体特点,硬度很高,塑 性极差,几乎为零 。是一种较粗而硬的金相组织 ,存在于白口铸铁、高碳钢中。
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(6)马氏体(白色)
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。
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第三节 碳素钢
一、常存杂质元素对钢材性能的影响
硫、磷、锰、硅、氧、氮、氢等
1硫
有害元素。FeS和 Fe形成低熔点(985℃) 化合物。钢材热加工1150~1200℃,过早熔化
而导致工件开裂,称“热脆”。
高级优质钢:S<0.02%~0.03%; 优质钢:S<0.03%~0.045%; 普通钢:S<0.055%~0.7%以下。
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• 1、强度:是指材料抵抗外加载荷而 不致失效破坏的能力
• 按所抵抗外作用形式分为:
•
抵抗恒定外力——静强度
•
抵抗冲击外力——冲击强度
•
抵抗交变外力——疲劳强度
• 按环境温度分为:
•
常温下抵抗外力——常温强度
•
高温下抵抗外力——高温强度
•
低温下抵抗外力——低温强度
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6化工设备常用材料
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第六章 化工设备材料
•第一节 概 述
• 根据物料与适宜工作条件选材
• 物料腐蚀性:铸铁抗硫化氢 • 压力与温度 • 蠕变、氢腐蚀、低温脆性等
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材料的性能:
力学性能、物理性能、化学性能和机 加工性能
• 一、力学性能——决定许用应力 • 强度、硬度、弹性、塑性、韧性等
5氧
有害元素。在炼钢末期要加入锰、硅、 铁和铝进行脱氧,但不可能除尽。
常温强度指标:
屈服强度和抗拉(压)强度 屈强比适当 蠕变极限σn 疲劳极限σr , r= σmin/ σmax ,应力循环系数或应力比,如σ-1,以 106-107次不被破坏的应力
(r—循环特性)
补充:静应力与变应力 稳定变应力——周期、应力幅和平均应力都
不随时间变化的变应力
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•(2) 熔点
• 熔点是金属或合金从固态向液态转变时的温度 。熔点高的金属材料可以用来制造耐高温零件。
•(3) 导热性
•
金属传导热量的能力称为导热性。一般说
,金属纯度越高,其导热能力就越大。制造散热器
、热交换器与活塞等零件时,常选用导热性好的金
属。
•(4) 导电性
• 金属传导电流的性能。纯金属的导电性比合金好 。常用纯铜、纯铝做导电材料,用导电性差的铜合金和 铝合金作电热元件。
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(1)铁素体(ferrite)
C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(室温下 0.006%),强度、硬度低,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 。
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(2)奥氏体(Austenite)
C溶解在g-Fe铁中形成固溶体称奥氏体。 g-Fe原子间隙较大,C的溶解度比a-Fe中大
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2磷
有害元素。虽能使强度、硬度增高,但 塑性、冲击韧性显著降低。
特别是在低温时,使钢材显著变脆,称
“冷脆”。 使冷加工及焊接性变坏,
高级优质钢: P<0.025%; 优质钢: P<0.04%; 普通钢: P<0.085%。
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3锰
脱氧剂。有益元素。 MnS(1600℃),部分消除硫的有害作用。 锰具有很好的脱氧能力,与FeO成为MnO进 入炉渣,从而改善钢的品质,特别是降低脆性 ,提高强度和硬度。 在0.5%~0.8%以下时,看成是常存杂质。 优质碳素结构钢中,正常含锰量是0.5%~ 0.8%;高锰结构钢可达0.7%~1.2%。
具有很高的硬度,但很脆,延伸性低, 几乎不能承受冲击载荷。
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二 、 铁 碳 合 金 状 态 图
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•按组织不同: • 含C量<0.77%——亚共析钢。 • 含C量>0.77%——过共析钢 • 含C量=0.77%——共析钢
•钢在加热时形成单一的奥氏体组织。
•2020/10/3
•2020/10/3
4硅
脱氧剂。有益的元素。 硅与FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣 而被除去。 硅在钢中溶于铁素体内使强度、硬度 增加,塑性、韧性降低。 镇静钢中的含硅量常在0.1%~0.37%, 沸腾钢中只含有0.03%~0.07%。 由于钢中硅含量一般不超过0.5%,对 钢性能影响不大。
•2020/10/3
•(5) 热膨胀性
• 金属随着温度变化而膨胀、收缩的特性。
•(6) 磁性
• 金属在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的能力。铁 磁性材料(在外加磁场中,能被强烈磁化到很大程度)、 顺磁性材料(在外加磁场中呈现十分微弱的磁性)、抗磁 性材料(能够抗拒或减弱外加磁场磁化作用的金属材料) 铁磁性材料可用于制造变压器、电动机、测量仪表等。 抗磁性材料则可用作要求避免磁场干扰的零件和结构材 料。
正火和退火主要有四个区别:
(1)正火的温度较高,退火的温度较低. (2)正火的冷却速度比退火的冷却速度快. (3)使用效果不同,在渗碳处理以后,正火能消除网状渗碳 体,退火则不能.对含碳量在0.25%以下的, 正火后可提高 硬度,改善切削加工性能,退火却做不到。 (4)正火的周期短,操作方便;退火的周期长,操作较麻烦( 指需要控制一定的冷却速度)。
高温回火温度为500℃~680℃。 综合性能:强度、韧性、塑性等都较好
淬火加高温回火习惯上称为“调质处理”。
用于各种轴类零件、连杆、齿轮、受力螺栓等。
•2020/10/3
时效热处理:材料经固溶处理或冷塑变形 后,在室温或高于室温条件下,其组织和 性能随时间而变化的过程。