水工艺设备基础课件 二

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,水工艺设备基础课件,环境与市政工程学院给排水教研室,熊家晴,2003年2月10日,前言,一、本课成学习对大家很重要,二、本课为必修课,三、考试形式为笔试,四、学习态度很重要,五、内容：前三章为基础知识，主要是水工艺设备常用材料的分类、性能，材料的腐蚀防护原理，材料的保温，以及容器应力基本理论、机械传动原理、机械制造加工及热量交换理论；后七章为水工艺设备，包括容器（塔）设备、搅拌设备、换热设备、分离设备、污泥处置设备和投药设备。,First chapter,水工艺设备常用材料,本章主要讲水工艺设备常用材料的的基本性能，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,第1章 水工艺设备常用材料,1.1金属材料,一、金属材料的分类,水工艺设备常用的金属材料主要有碳钢、铸铁、合金钢、不锈钢以及部分有色金属材料等。,1、钢的分类,（1）按化学成分分类,1.1 金属材料,（2）按质量分类,按照钢中硫（,S）,和磷（,P）,的含量可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。,普通钢,S0.055%；P0.045%；,优质钢,S、P,均应0.04%；,高级优质钢,S0.03%；P0.035%,（3）,按用途分类,根据钢的用途主要可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。,结构钢,主要用于制造各种工程构件和机器零件。这类钢一般属于低碳或中碳的碳素钢或合金钢。,工具钢,主要用于制造各种刀具、量具、模具。这类钢一般属于高碳钢或高碳合金钢。,特殊性能钢,是具有特殊物理性能或化学元素性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等，这类钢一般属于高合金钢。,1.1 金属材料,2、钢的编号,钢的品种繁多，为了便于选择和使用，必须制定科学的编号系统。编号的要求是用简明的符号将钢中所含元素的大致百分数表示出来。有时通过编号还能说明钢的性能特征。,（1）普通碳素结构钢,这类钢主要保证机械性能，故其牌号用,Q+,数字表示，其中,Q,为屈字的汉语拼音字头，数字表示屈服强度值，例如,Q275,表示屈服强度为275,MPa,的碳素结构钢。若牌号后面标注,A、B、C、D，,则表示钢材质量等级不同，其中,A,级最低，,D,级最高。若在牌号后标注字母,F,则为沸腾钢，未加标注的为镇静钢。例如,Q235-AoF,表示屈服强度为235,MPa,的,A,级沸腾钢。,1.1 金属材料,（2）优质碳素结构钢,优质碳素结构钢主要用于制造各种机器零件,，这些零件一般都要经过热处理以提高其机械性能。这类钢的硫、磷含量都限制在0.040%以下。编号方法是采用两位数字表示钢中平均含碳量为万分之几。例如含碳为0.45%（万分之四十五）左右的优质碳素结构钢编号为45钢；含碳0.08%左右的低碳钢称为08钢等。若钢中含锰较高则在钢号后面附以锰的元素符号,Mn,如15,Mn、45Mn,等。,（3）碳素工具钢,这类钢的含碳量较高，一般介于0.651.35之间。它的硫、磷含量限制得更严格些。一般的碳素工具钢,均属于优质钢,。当硫、磷含量分别限制在0.030%以下时则为高级优质工具钢。,碳素工具钢的编号是以,T（,碳的汉语拼音字头）开头，后面标以数字表示含碳量的千分之几。例如,T8,就是代表平均含碳量为0.8%的碳素工具钢；,T13,则代表平均含碳量为1.3%的碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则在编号最后加以,A，,例如,T8A、T13A,，,1.1 金属材料,（4）合金结构钢,这类钢的编号是利用两位数字+元素符号+数字来表示。前面的两位数字代表钢中平均含碳量的万分之几，元素符号表示钢中所含的合金元素。元素后面的数字表示该元素的平均含量的百分之几。如果平均含量低于1.5%，则不标明含量。如果平均含量大于1.5%、2.5%、3.5%，则相应地以2、3、4等表示。例如12,CrNi3,钢，其平均含碳量为0.12%，平均含铬量小于1.5%，平均含镍量为3%。又如30,CrMnSi,钢，其平均含碳量为0.3%，铬、锰、硅三种合金元素的含量均小于1.5%。若为高级优质合金结构钢，则在钢号的最后加,A,字，例如20,Cr12Ni14WA。,（5）,合金工具钢,编号与合金结构钢相似，仅含碳量的表示方法有所不同。当合金工具钢的平均含碳量大于或等于1.00%时，其含碳量不予标出。平均含碳量小于1.00%时，以千分之几表示。例如：9,SiCr,钢，其平均含碳量为0.9%，硅和铬的平均含量小于1.5%。,1.1 金属材料,二、金属材料的基本性能,金属材料的基本性能是指它的,物理性能,、,机械性能,、,化学性能,和,工艺性能,，这些性能一般都受其化学成分的影响。,1、化学成分,化学成分的变化对钢材的基本力学性能如强度及塑韧性等有较大影响，对热处理效果也有较大影响。,（1）碳（,C）,主要元素。一般地，碳含量增加，,强度极限和硬度,提高，而塑性、韧性下降。当碳的含量超过0.9%时，钢的强度极限反而降低。碳含量偏高会对钢的焊接性能产生不利影响。,（2）硫（,S）,一种有害元素。以,FeS,形式存在（熔点只有989），使钢材在热加工时容易开裂，产生热脆现象。硫含量高还使材料的断裂韧性降低。,1.1,金,金,属,属材,料,料,（3,）,）磷,（,（,P）,也是,一,一种,有,有害,元,元素,。,。磷,能,能全,部,部溶,于,于铁,素,素体,中,中，,使,使强,度,度和,硬,硬度,增,增加,，,，会,导,导致,塑,塑性,和,和冲,击,击韧,性,性的,显,显著,降,降低,。,。在,低,低温,变,变脆,，,，产,生,生“,冷,冷脆,”,”现,象,象。,在,在某,些,些特,殊,殊用,途,途钢,中,中，,如,如含,磷,磷的,铜,铜钢,，,，可,以,以提,高,高在,大,大气,中,中的,耐,耐蚀,性,性。,（4,）,）锰,（,（,Mn,）,）,一种,有,有益,的,的元,素,素。,锰,锰是,炼,炼钢,时,时作,为,为脱,氧,氧剂,和,和合,金,金元,素,素加,入,入钢,中,中的,。,。由,于,于锰,可,可以,和,和硫,形,形成,高,高熔,点,点(1600,),的,的硫,化,化锰,，,，能,减,减轻,硫,硫的,有,有害,作,作用,，,，并,能,能提,高,高钢,的,的强,度,度和,硬,硬度,，,，是,低,低合,金,金钢,中,中的,常,常见,元,元素,。,。,（5,）,）硅,（,（,Si,）,）,一种,有,有益,的,的元,素,素。,作,作为,脱,脱氧,剂,剂和,合,合金,元,元素,加,加入,钢,钢中,的,的。,能,能使,钢,钢的,强,强度,、,、硬,度,度、,弹,弹性,提,提高,，,，而,塑,塑性,、,、韧,性,性降,低,低。,硅,硅作,为,为合,金,金元,素,素，,可,可以,提,提高,钢,钢的,耐,耐蚀,性,性和,耐,耐热,性,性，,但,但过,量,量的,硅,硅会,恶,恶化,钢,钢的,热,热加,工,工工,艺,艺性,能,能。,1.1,金,金,属,属材,料,料,2、,物,物理,性,性能,物理,性,性能,主,主要,指,指密,度,度、,熔,熔点,、,、热,膨,膨胀,系,系数,、,、导,热,热性,、,、导,电,电性,以,以及,弹,弹性,模,模量,等,等。,（1,）,）,弹性,模,模量,是材,料,料在,弹,弹性,极,极限,内,内应,力,力与,应,应变,的,的比,值,值。,（2,）,）,线膨,胀,胀系,数,数,是指,材,材料,在,在温,度,度变,化,化1,时,单,单位,长,长度,的,的伸,缩,缩变,化,化值,，,，其,值,值可,从,从机,械,械设,计,计手,册,册中,查,查取,。,。,（3,）,）,导热,系,系数,是指,当,当温,度,度梯,度,度（,温,温度,差,差与,器,器壁,厚,厚度,的,的比,值,值）,为,为1,K/m，,每小时通,过,过每平方,米,米传热面,积,积传过的,热,热量，单,位,位为,W/(m,K）。,3、机械,性,性能,材料的机,械,械性能主,要,要是指材,料,料的弹性,、,、塑性、,强,强度和韧,性,性。,（1）材,料,料的弹性,和,和塑性,材料在外,力,力作用下,产,产生,变形,，当外力,去,去除后又,能,能够恢复,其,其原来形,状,状的性能,，,，称作材,料,料的弹性,。,。塑性是,指,指材料在,外,外力作用,下,下产生塑,性,性变形而,不,不破坏的,能,能力。,1.1,金,金属材,料,料,（2）材,料,料的强度,强度,是金属材,料,料在外力,作,作用下低,抗,抗塑性变,形,形和断裂,的,的能力。,抗拉强,度,度,:抗拉强,度,度是金属,材,材料试样,在,在拉断前,所,所能承受,的,的最大应,力,力，以,b,表示，单,位,位为,MPa。,屈服极,限,限,：是金属,材,材料开始,产,产生屈服,现,现象时的,应,应力，以,s,表示，单,位,位为,MPa。,对于没有,明,明显屈服,点,点的材料,，,，规定以,产,产生0.2%塑性,变,变形时的,应,应力作为,屈,屈服强度,，,，以,0.2,表示。,屈强比,：屈服极,限,限和抗拉,强,强度的比,值,值称为屈,强,强比。这,个,个比值可,反,反映材料,屈,屈服后强,化,化能力的,高,高低。一,般,般高强度,钢,钢的屈强,比,比数值较,大,大，低强,度,度钢的屈,强,强比较小,。,。,持久强度,：持久强,度,度是材料,在,在某一温,度,度下受恒,定,定载荷作,用,用时，在,规,规定的持,续,续时间内,（,（如105,h）,引起断裂,时,时的应力,。,。用,T,t,表示，单,位,位为,MPa。,1.1,金,金属材,料,料,蠕变强,度,度,:指在给,定,定的温度,下,下，在规,定,定的时间,内,内（如10,5,h），,使试样产,生,生的蠕变,变,变形量不,超,超过规定,值,值（如1%）时的,最,最大应力,，,，以 表,示,示，单位,为,为,MPa。,疲劳破坏,:零件,或,或构件在,工,工作过程,中,中受到方,向,向、大小,反,反复变化,的,的交变应,力,力的长期,作,作用下，,会,会在应力,远,远小于该,材,材料的屈,服,服强度情,况,况下，突,然,然发生脆,性,性断裂，,这,这种现象,称,称为疲劳,破,破坏。,疲劳强度,:,是指材料,在,在经受,N,次应力循,环,环而不断,裂,裂时的最,大,大应力，,以,以,1,（,纯弯曲疲,劳,劳），,1,（,扭转疲劳,）,）表示，,单,单位为,MPa。,(3),硬度,硬度是材,料,料抵抗其,它,它物体刻,划,划或压入,其,其表面的,能,能力,。用标准,试,试验方法,测,测得的表,面,面硬度是,材料耐磨,能,能力,的重要指,标,标。,（4）材,料,料的韧性,韧性,是材料对,缺,缺口或裂,纹,纹敏感程,度,度的反映,，,，用来衡,量,量材料的,抗,抗裂纹扩,展,展能力,。,1.1,金,金属材,料,料,冲击韧性:,衡量材料,韧,韧性的指,标,标之一。,可,可用带缺,口,口的冲击,试,试样在冲,击,击试验中,所,所吸收的,冲,冲击功数,值,值作为冲,击,击韧性值,。,。,断裂韧性:,材料的冲,击,击韧性可,指,指导选材,，,，但冲击,功,功不能直,接,接用于设,计,计计算，,而,而且许多,压,压力容器,由,由于裂纹,的,的存在也,可,可以在塑,性,性与冲击,韧,韧性值足,够,够大的情,况,况下发生,脆,脆性断裂,事,事故。为,了,了能更科,学,学地判断,容,容器是否,存,存在较大,宏,宏观缺陷,，,，特别是,裂,裂纹性缺,陷,陷时是否,会,会发生低,应,应力脆断,，,，近年来,已,已把断裂,力,力学中的,断,断裂韧性,指,指标用于,压,压力容器,的,的防脆断,设,设计或安,全,全评定。,这,这些断裂,韧,韧性值可,以,以衡量材,料,料的韧性,情,情况，即,可,可看出存,在,在裂纹时,材,材料所具,有,有的防断,能,能力。,*,无塑性转,变,变温度（,NDT）:,在不同的,温,温度下测,定,定出一系,列,列的冲击,韧,韧性值，,可,可以发现,材,材料在某,一,一温