水工艺设备常用材料培训课程

,水工艺设备基础,水工艺设备基础,2011.9,付英,15863798335,给水排水工程专业基础课程,土木建筑学院,绪 论,课程的诞生,课程设置背景,课程的性质与任务,课程涉及的知识点,课程教学基本要求,教材建设,课程的教学安排,八,.,参考资料,内容,:,第一篇 基础知识,第,1,章 水工艺设备常用材料,主要内容：,1.1,金属材料,1.2,无机非金属材料,1.3,高分子材料,1.4,复合材料,重点与难点,水工艺设备常用材料的种类、基本性能与特点；如何根据材料的性能、特点和水工艺设备要求，确定不同材料的适用条件和范围。,1.1,金属材料,钢,碳钢,:,合金钢,(,不锈钢,),：,1.1.1,金属材料的分类,碳钢,、,铸铁,、,合金钢,、,不锈钢、有色金属,。,1.1,金属材料,1,、钢的分类（化学成分、质量、用途）,（,1,）按化学成分分类,1.1,金属材料,（,2,）按质量分类,按钢中,硫（,S,）,和,磷（,P,）,的含量可分为：,普通钢,优质钢,高级优质钢,1.1,金属材料,（,3,）按用途分类,结构钢,工具钢,特殊性能钢,1.1,金属材料,2,、钢的编号,编号要求：,1,、用简明符号将钢中,所含元素,的,百分数,表示出来。,2,、通过编号说明,钢的性能特征,。,编号分类：,1,、,字母和数字（中国、德国、日本等）,2,、数字（美国）,（,1,）普通碳素结构钢（,2,）优质碳素结构钢,（,3,）碳素工具钢,（,4,）合金结构钢,（,5,）合金工具钢,1.1,金属材料,1.1.2,金属材料的基本性能,物理性能,机械性能,化学性能,工艺性能,化学成分,1.1,金属材料,水工艺与工程中容器和设备主要零部件的制造工艺过程主要包括：,焊接,锻造,切削,冲压弯曲,热处理,（,1,）,可焊性,（,2,）可锻性,（,3,）切削加工性,（,4,）成型工艺性,（,5,）热处理性能,1.2,无机非金属材料,1.2.1,陶瓷材料,1.2.1.1,分类,(1),传统陶瓷：以粘土为主要原料：工业、日用。,(2),玻璃：工业玻璃，建筑玻璃，日用玻璃,(3),玻璃陶瓷：光学玻璃陶瓷，耐热耐蚀微晶玻璃,(4),特种陶瓷：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷。有特殊物理、化学、机械性能。（耐蚀陶瓷、高温陶瓷、电容器陶瓷、压电陶瓷、电光陶瓷）。,(5),金属陶瓷：粉末冶金法生长的金属材料（制粉、成形、烧结）,硅酸盐材料,1.2,无机非金属材料,1.2.1.2,陶瓷基本性能：,（,1,）机械性能 （,2,）物化性能,刚度,硬度,强度,塑性,韧性或脆性,热膨胀,导热性,热稳定性,化学稳定性,导电性,1.2,无机非金属材料,（,1,）机械性能,刚度,硬度,强度,塑性,韧性或脆性,1.2,无机非金属材料,刚度,：,由,弹性模量,(,反映结合键的强度,),衡量。陶瓷刚度在各类材料中最高，比金属材料高若干倍，比高聚物高,24,个数量级。,硬度,：由化学键强度决定。陶瓷在各类材料中,硬度最高,-,最大特点,。其硬度随温度升高而降低，但在高温下仍能保持较高数值。,强度,：实际强度比理论值低很多，其破坏作用比在金属中更大。,1/100-1/20,弹性模量,=,应力,/,应变,。,弹性模量是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标，相当于普通弹簧中的刚度。,弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即,材料刚度,越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。,1.2,无机非金属材料,塑性,：,在室温下几乎无塑性。,陶瓷晶体,开始塑性变形的温度很高，因此有很高的高温强度。,韧性,或,脆性,：陶瓷受载时不发生塑性变形，在较低的应力下就会断裂，因此,韧性极低,或,脆性极高,。,脆性,是陶瓷的最大缺点，,是阻碍其作为结构材料广泛应用的首要问题，是当前的重要研究课题。,1.2,无机非金属材料,（,2,）物化性能,热膨胀,导热性,热稳定性,化学稳定性,导电性,1.2,无机非金属材料,热膨胀,：,温度升高时物质原子振动振幅提高、原子间距增大所导致的体积长大现象。陶瓷的线膨胀系数比高聚物低，也比金属低很多。,导热性,：,陶瓷的导热性比金属小，是较好的,绝热材料,。,热稳定性,：,即抗热振性，指在不同温度范围波动时的寿命，常用在水中急冷且不破裂所能承受的最高温度来,表征,。,陶瓷热稳定性很低,，比金属低很多。这是陶瓷的另一个主要缺点。,1.2,无机非金属材料,化学稳定性,：陶瓷结构稳定。,具有很好的耐火性能或不可燃烧性,，对酸、碱、盐等腐蚀性很强的介质均有较强的,抗蚀能力,。,导电性,：导电性变化范围很宽。,多数陶瓷是良好的绝缘体,。,但不少陶瓷既是离子导体，又有一定的电子导电性，是重要的半导体材料,(ZnONiOFe,3,O,4,),。,1.3,高分子材料,一、高分子化合物概念,高分子化合物,：,指分子量很大的化合物。分子量,大多在,510,3,10,6,之间。,工业用高分子化合物,：,工程上认为，只有具备较,好的,强度,、,弹性,和,塑性,等机械性能的高分子,化合物才是工业用高分子化合物。,有机高分子,天然,人造,1.3,高分子材料,高分子化合物的每个分子是由一种或几种简单的低分子化合物,(,单体,),连接起来组成的，其性能主要决定于构成高分子的,单体,、,链节结构,、,聚合度,等。,不要,1.3,高分子材料,二、,高分子化合物的合成,是将单体通过聚合反应聚合起来形成化合物的过程。故高分子化合物也称为,聚合物,或,高聚物,。,加聚反应,缩聚反应,最常见的聚合反应,1.3,高分子材料,加聚反应：,指一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应，无副产物；,均聚反应：只有一种单体,共聚反应,：,两种或两种以上单体,如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和合成橡胶等。,缩聚反应：,指一种或多种单体相互混合而连接成聚合物，同时析出（缩去）其它低分子物质（如水、氨、醇、卤化氢等）的反应。,均缩聚：只有一种单体,共缩聚：两种或两种以上单体,如涤纶、尼龙、聚碳酸酯、聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚酯、有机硅树脂等。,80%,1.3,高分子材料,三、高分子材料的分类和命名,1,、,分类,按,来源,：天然高分子、合成高分子；,按大分子链的,几何形状,：线型、支链型、体型；,按大分子链的,排列特点,：无定型和晶态两种；,按,极性,：极性和非极性两种；,按照实际,用途,：塑料、橡胶、纤维和胶粘剂等。,大分子主链全部由,饱和碳链,或,双键不饱和碳链,组成（如聚烯烃、聚二烯烃）,-C-C-C-C-C-,或,-C-C=C-C-,大分子主链中除,碳原子外,，还含有,氧,、,氮、硫、磷,等其它原子：,-C-C-O-C-,，,-C-C-N-C-,，或,-C-C-S-C-,1.3,高分子材料,按照化学组成（,最本质和最重要）,：,碳链有机聚合物,：,杂链有机聚合物：,弹性,不透气性,耐火、耐热性,元素有机聚合物,:,无机聚合物,：,主链主要由硅、钛、铝、硼、氧等构成，如：,-O-Si-O-Si-O-,，其侧基一般为有机基团（碳链）。,主链和侧基均由无机元素或基团构成。,硅酸盐玻璃、陶瓷、云母、石棉等都属于无机聚合物。,1.3,高分子材料,2,、命名,由化学结构命名,由原料单体命名,采用商品名称和代表符号,1.3,高分子材料,四、高分子材料的性能,（,1,）,重量轻,（,2,）,高弹性,（,3,）,滞弹性,（,4,）,塑性与受迫弹性,（,5,）,强度与断裂,（,6,）,韧性,（,7,）,减摩、耐磨性,（,8,）,绝缘性,（,9,）,耐热性,1.3,高分子材料,五、常用塑料,高分子材料主要包括,合成材脂,、,合成橡胶,和,合成纤维,三大类。,1,、塑料组成,塑料是指以有机合成树脂为主要组成材料，与其他配料混合，通过加热、加压塑造成一定形状的产品。,组成塑料的物质主要包括：,合成树脂 填料 固化剂,增塑剂 稳定剂 润滑剂,着色剂 阻燃剂,68%,1.3,高分子材料,2,、常用塑料的分类及特性,（,1,）,按照热性能分,：,热塑性塑料,：加热时软化，可塑造成形，冷却后则变硬。,线型聚合物,。该过程可反复。典型品种有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚矾等。,优点,：加工成形简便，具有较高的机械性能；,缺点,：耐热性和刚性比较差。,热固性塑料,：初加热时软化，可塑造成形，但固化之后再加热，将不再软化，也不溶于溶剂。,体型聚合物,。典型品种有,酚醛,、环氧、氨基、不饱和聚酯、以及由聚邻苯二甲酸二丙烯树脂制成的塑料等。,优点,：耐热性高，受压不易变形等；,缺点,：机械性能不好，但可加入填料，制成层压塑料或模压塑料，以提高强度。,1.3,高分子材料,六、橡胶,天然橡胶：,合成橡胶：,弹性和抗切割性好,耐蚀性好,1.4,复合材料,一、概述,1,、概念,复合材料,是由两种或更多种的物理和化学本质不同的物质，人工制成的一种多相固体材料。,可改善或克服组成材料的弱点，充分发挥它们的优点。,可按照零部件、构件的结构和受力要求，给出预定的、分布合理的配套性能，进行材料的最佳设计。,造成单一材料不易具备的性能或功能，或在同一时间里发挥不同功能的作用。,1.4,复合材料,2,、分类,复合材料为多相或多组成体系，全部相可分为两类，一类为,基体相,，主要起粘结剂作用；另一类为,增强相,，起提高强度或韧性的作用。,复合材料可由金属、高聚物和陶瓷中任意两者人工合成，也可由多种金属、高聚物或陶瓷来制备,1.4,复合材料,玻璃纤维复合材料,碳纤维复合材料,硼纤维复合材料,金属纤维复合材料,1.4,复合材料,3,、复合材料的性能特点,（,1,）比强度和比刚度高,（,2,）抗疲劳性能好,（,3,）减振能力强,（,4,）高温性能好,（,5,）断裂安全性高,材料的刚度除以密度,1,、根据使用性能要求选材,2,、根据工艺性能要求选材,3,、考虑经济性选材,1.5,给水排水工程设备材料的选择原则,