（5）疲劳强度（R-1）

疲劳——构件或零件受到大小和方向变化的交变载荷 作用，应力远小于屈服点就断裂的现象 “疲劳极限” （MPa）——构件或零件 在交变载荷作用下不致断裂的最大应力。 如：
频繁开、停车——容器内压力或温度波动； 活塞式压缩机压缩气体——容器及管道内压力波动； 离心泵频繁开停机或震动——泵轴受力成交变式。
1.2 材料的性能
（2）断面收缩率（Z）

试样受力拉断后，断面缩小的面积与原始截面面积之比的百分率
S0 S u Z 100% S0
Su-试样断裂后的最小横截面积，mm2 S0-试样的原始横截面积，mm2
如：纯铁的延伸率为50%，
20R的Z5不小于25% ； 16MnR的Z5不小于21%； 1Cr18Ni9Ti的Z5不小于40%。
Fm Rm S0

拉断前试件承受的最大载荷（N）
屈强比：Rel / Rm
13
1.2 材料的性能

屈强比越大，屈服点与抗拉强度愈接近，塑性储备越 小，这时有可能发生脆性断裂；这类材料如木棒 屈强比越小，屈服点愈小于抗拉强度，这时塑性储备

愈大，但材料的强度往往得不到充分的发挥；这类材
料如竹条。
因此，在工程上希望所选用的材料具有合适的 屈强比。

有足够的力学性能 具有良好的加工性能
具有良好的耐腐蚀性能
经济合算

其它各种性能符合设计要求
1.2 材料的性能
1.2.1 力学性能
在外力作用下不产生超过允许的变形或不被破坏的能力
第一章
化工设备材料及其选择
化工设备机械基础 6
1.2 材料的性能
脆性断裂 韧性断裂
第一章
化工设备材料及其选择
C ≤ 0.25% C : 0.25%~0.60% C ≥ 0.60%
高合金钢 合金元素总含量≥ 10%
1 A D D D2 d 2 2


1.2 材料的性能
布氏硬度的特点

优点
因为其压痕面积大，能反映材料的综合性能指标，因而代表性 全面；
试验数据稳定； 比较准确，用途很广； 试验数据可以从小达到统一起来（用大球与小球测得的数据具 有可比性）。
• 缺点
钢球本身变形问题； 因压痕大，可能使薄件材料受到破坏，因此不宜用于薄件试验。
第1章 化工设备材料及其选择
Q235AF Q345R 16MnR
HT250 QT400-18 ZG20Cr13
T2 T3 H80
聚乙烯塑料
聚四氟乙烯 塑料
教学内容
1.1、化工设备概述 1.2、材料的性能 1.3、金属材料的分类与牌号 1.4、碳钢与铸铁 1.5、低合金钢 1.6、有色金属材料与非金属 1.7、非金属材料 1.8、化工设备防腐及防腐措施 1.9、化工设备选材的原则
工作的容器。对碳素钢或低合金钢容器，温度超过 420℃，合金钢超过450℃，奥氏体不锈钢超过550℃。
容器
常温容器：-20 ℃—200 ℃ 中温容器：温度介于高温与常温之间的容器 低温容器 浅冷容器： - 40 ℃ ≤t ≤ - 20 ℃ 深冷容器： t < - 40 ℃
1.1 概 述
2. 设备选材的基本要求
1.2 材料的性能
洛氏硬度HR

（始于1919年）
压头分为两种：
硬质压头：顶角为120o的金刚石圆锥体，适用于钢材；
软质压头：直径为1.5875mm、3.175mm的钢球，适用于有色金属。
优点：
• 不存在压头变形问题（两种压头适用于不同的材料）； • 压痕小，不伤工件表面； • 操作迅速，效率高。
• 断面收缩率愈大，塑性愈好；
• 由于断面收缩率与材料尺寸无关，故它能更加可靠地反映出材 料塑性的变化。
1.2 材料的性能
（3）冷弯性能---是钢材塑性指标和冶金质量的 综合指标。
室温下对试板以一定的内半径（R=0.5～3板厚）
进行弯曲，是否出现裂纹或起层。在试样被弯曲受拉伸
面出现第一条裂纹前,金属材料的变形越大,塑性越好.
1.2 材料的性能
（3） 蠕变极限（Rnt）
“蠕变”现象：在高温时，在一定的应力下，应变随时 间而增加的现象，或金属在高温和存在内应力情况下逐 渐产生塑性变形的现象。

高温高压的蒸汽管道下挠变形； 高温高压下法兰及螺栓蠕变变形而泄漏； 铅丝在常温下受重力作用而变长变细。
蠕变极限Rnt （MPa）：
试件原始长度
1 l l t mm
mm/（mm ·℃）
温度差 ℃
异种钢焊接——收缩率不同，引起变形或损坏； 复合钢板（如不锈钢与碳钢)——热变性不同,容器壳体将会？ 设备衬里（如碳钢壳体内喷涂铝）——热变性不同时？ 固定管板式换热器的管子与壳体——线膨胀量相差过大，将会？ 33 碳钢表面电镀一层铜——升温后会？
布氏硬度（HBW 洛氏硬度（HRA、HRB、HRC) 维氏硬度（HV)等
23
1.2 材料的性能
布氏硬度HBW
（始于1900年，历史悠久） 由于测量压痕深度t困难， 因此一般测压痕直径d。

F 2F HBW 0.102 0.102 A金球直径，mm A—压痕表面积，mm2 d—压痕直径，mm
化工设备机械基础 7
1.2 材料的性能
应力（ σ ）——单位面积上所承受的力
按照载荷（Load）作用的形式不同，应力又可 以分为拉伸压缩应力、弯曲应力和扭转应力。
当材料在外力作用下不能产生位移时，它的几 何形状和尺寸将发生变化，这种形变称为应变ε。
1.2 材料的性能
1. 强度
固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性


影响因素：合金成分、表面状态、组织结构、夹杂物的多少
与分布状况、应力集中情况。
17
1.2 材料的性能 2、塑性
在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力
◎锻件裂纹; ◎卷板裂纹; ◎焊缝热影响区裂纹
1.2 材料的性能
(1)断后伸长率（A）

试样受力拉断后，总伸长的长度 与原始长度之比的百分率
缺点：不同硬度级测得的硬度数据不能从小到大统一起来。
1.2 材料的性能
维氏硬度HV

（始于1925年）
原理类似于布氏硬度，而压头为锥面夹角为136o 的四方角锥体，由金刚石制成； 优点：
• 因为四方角锥压头，当负荷改变时，压入角不变，因此负荷 可以任意选择（最大优点）；
• 通过维氏硬度试验得到的硬度值和通过布氏硬度试验得到的 硬度值完全相等；
• 试验数据可以从小到大统一起来； • 精度极高。
缺点：效率较低。
1.2 材料的性能
4、冲击功（KV2）
材料在外加动载荷作用下的一种吸收机械能，迅速
塑性变形，抵抗断裂的能力。
28
冲击韧性值的试验确定
摆锤冲断试样所失去的位能为冲击功（试件所吸收的 功）： KV2 =G(H1-H2) 焦耳 ！吸收功的高低取决于 ——材料能否迅速塑性变形的能力。
21
1.2 材料的性能
塑性指标的实际意义：

便于成型加工和焊接。如弯卷、锻压、冷 冲、焊接等；

使构件在承载后由于变形而避免发生断裂。
——压力容器及其零件都需要具备这个性质。
22
1.2 材料的性能
3、硬度

金属材料表面抵抗其它硬物压入的能力 硬度高材料强度也高，耐磨性较好； —综合性能指标
常用硬度指标：
热加工——如热卷，锻造，焊接，热处理，热冲压，铸造等等。
35
1.2 材料的性能
1.2.4.加工工艺性能

指在保证加工质量的前提下，加工过程的难易程度.

可焊性能—母材及焊剂熔融状态的流动性、凝固收
缩率、热塑性等；


铸造性能—流动性、凝固收缩率等；
可锻性能—抗热裂性、抗氧化性、热塑性等； 切削加工性能 热处理性能
Lu L0 A 100% L0
• Lu-室温下将断后的两部分试样紧密地对接在 一起，保证两部分的轴线位于同一条直线上， 测量试样断裂后的标距，mm • L0-室温下施力前的试样标距 • Lu-L0-试样断后标距的残余伸长，即断后试件 的绝对伸长，mm
• 断后伸长率愈大，材料的塑性愈好；
• 试样的总伸长为均匀伸长与局部缩颈伸长，故A与试样尺寸有关。
36
1.3 金属材料的分类及牌号
1.3.1 分类 1.黑色金属 Fe Cr Mn及其合金的统称 1）生铁 碳含量（2.11 ~ 6.67%）
炼钢生铁（生铁）
普通生铁 合金生铁 白口铸铁 灰口铸铁
用途
铸造生铁（铸铁）
可锻铸铁
球墨铸铁 特种铸铁
1.3 金属材料的分类及牌号
2）钢 碳含量（< 2.11 %）
1.1 概 述
1. 设备的分类 按压力分类:
外压容器 容器 低压容器(L) 0.1≤ P<1.6MPa
内压容器
中压容器(M) 1.6≤ P<10MPa 高压容器(H) 超高压容器(U) 10≤ P<100MPa P≥ 100MPa
1.1 概 述
按温度分类:
高温容器：高温容器指在壁温达到材料蠕变温度下
1.2 材料的性能
5、缺口敏感性
——在带有一定应力集中的缺口条件下，材料抵抗裂纹 扩展的能力。 韧性范畴——静载荷下抵抗裂纹扩展的性能。 冲击韧性？——是动载荷作用下抵抗裂纹扩展的能力。
32
1.2 材料的性能
1.2.2 物理性能
——密度，熔点，线膨胀系数，导热系数，比热容，电阻率， 磁导率，弹性模量，泊松比等。 化工设备设计与制造主要考虑的物理性能： 试件伸长量 mm 1.线膨胀系数