化工机械基础教案完整版(尚磊)Word文档下载推荐.doc
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4－2 常用的化工防腐方法
4－3 常用防腐涂料
2
0.8
1.2
第五章 管、钳工基本操作
5－1 钳工基本操作技术
5－2 管工基本操作技术
5－3 化工管路
1
1
2
4
长治职业技术学院教案首页
授课时间及班级：
04煤化
章节与标题：
第一章化工机械常用材料
讲授的目的与要求：
1、金属材料的一般性能；
2、明确热处理工艺分为退火，正火，淬火，回火和钢的表面热处理等方式。
；
3、了解强度，韧度，应力，应力集中定义；
讲授重点：
了解强度，韧度，应力，应力集中定义
讲授难点：
热处理工艺
讲授方法：
以讨论为主启发式教学
需用教具与挂图：
审批：
年 月 日
化工机械教案
第一节金属材料的一般性能
一．力学性能：
掌握定义，其中所包含的分类
按作用性质不同分为：
静载荷，冲击载荷，交变载荷
按作用方式不同分为：
拉伸载荷，压缩载荷，剪切载荷，扭转载荷，弯曲载荷
（一）内力和应力
掌握定义；
单位面积上的内力称为应力
单位换算
应力集中的定义
1.弹性和塑性
弹性：
施加外力发生变形，外力消失变形消失。
塑性：
产生永久性变形，不断裂的能力
作为金属的重要指标：
通常用延伸率和断面收缩率来表示
了解公式
延伸率和断面收缩率数值越大材料塑性越好。
2.强度
定义：
抵抗塑性变形的能力称为强度，通常用应力来表示
按照载荷的作用方式不同分为：
抗拉，抗压，抗剪，抗扭，抗弯五种强度。
拉伸试验。
低碳钢的拉力和变形关系曲线。
1.屈服点定义--对照课本第5页图1-4。
它是衡量塑性材料强度的一个重要指标。
2.抗拉强度—断裂前所能承受的最大应力。
它是衡量脆性材料的唯一标准。
（二）硬度
定义：
材料抵抗局部变形，特别是塑性变形，压痕或划痕的能力叫做硬度。
讨论：
布氏硬度和洛氏硬度的区别？
（三）冲击韧度
计算公式：
AK=GH1-GH2=G（H1-H2）
AK：
冲击吸收功（单位是焦耳）G：
摆锤重力
H1：
摆锤举起的高度H2：
冲断试件后，摆锤回升的高度
冲击韧度ak=AK/AOAO是试件缺口处截面积cm2
（四）金属疲劳
疲劳的定义：
在交变载荷的作用下，零件虽然承受的应力小于屈服点，但经过长时间的工作产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。
疲劳的特征：
课本第9页
（五）金属的蠕变
金属材料长期受高温条件下受热应力的作用而产生缓慢，而连续的塑性变形的现象叫做金属的蠕变。
第二节钢的热处理
1、钢的热处理工艺分为退火，正火，淬火，回火和钢的表面热处理；
2、钢的淬火和钢的回火
回火，退火，正火的基本概念
如何区分各个定义
以讲授为主启发式教学
ü
第二节钢的热处理
简述：
钢的热处理工艺分为退火，正火，淬火，回火和钢的表面热处理等方式。
各种热处理工艺分为加热，保温和冷却三个阶段
一、钢的退火和正火
1．退货：
将钢加热到一定的温度（800℃显樱红色）再保持一段时间，然后缓慢随炉冷却之长文的热处理工艺又称作焖火。
退火的目的是降低硬度，细化晶粒，消除残余应力。
2．正火：
将钢加热到一定的温度，保温一定时间，然后从炉中取出在静止的空气中冷却至常温的热处理工艺称为正火，与退火的目的基本相同，正火是在一定的温度下在空气中的冷却，冷却速度快，正火钢的组织比较细，强度和硬度比退火钢高，退火钢随炉的温度递减而递减温度，低碳钢一般作正火处理，中碳钢正火也能提高钢的硬度强度，高碳钢正火是为了改善碳在钢中的存在形式。
二、钢的淬火
加热到与退火温度基本相同的温度，快速冷却至常温的工艺。
水冷（处理形状简单的钢零件），油冷（处理合金钢）。
淬火的作用可以增加钢的内应力，能增加钢的硬度和强度，淬火和回火结合可以弥补不足。
三、钢的回火
处理方式是将工件淬火后渐热到727℃以下，并保持温度一段时间，在放置在空气中到常温。
回火的目的：
减少或消除淬火造成的内应力，提高钢的韧度，降低脆性，稳定钢的内部组织。
从而很好的保持零件的形状和尺寸。
讨论题：
分析低温，中温，高温回火的区别?
什末是调质处理?
四、钢的表面处理
表面处理的目的：
对于经常在冲击载荷和表面摩擦条件下工作的零件，需要零件的表面有较高的硬度和耐磨性，而心部需要强度和韧度。
处理方法有：
表面淬火｛淬透深度（2-6mm）和化学处理（渗碳，渗氮和碳氮共渗）｝
讨论，各种方法的区别
在实际中应用最广的热处理方法
04煤化
第三节碳钢
第四节合金钢
1、碳钢中长存在杂质对力学能的影响
2、碳钢的牌号及用途
3.合金钢的牌号分类
碳钢的牌号及用途
如何辨认合金钢的牌号
以讲授为主
第三节碳钢
含碳量2.11﹪铁碳合金钢称为碳素钢，也叫碳钢。
有好的力学性能，冶炼方便，价格便宜
一．碳钢中长存在杂质对力学能的影响
含碳量越高，钢的强度和硬度越高，塑性和韧度越低。
热脆性概念：
由于硫，，无法尽除，硫高温时导致钢材开裂的现象。
钢的含硫量不能超过0.05﹪，含硫量越高，热脆性越严重
冷脆性概念：
磷的存在使得钢材塑性和韧性下降，温度越低，越严重
钢的含磷量在0.04％下，硫，磷是有害元素
二．碳钢的分类：
按含碳量分类：
--低碳钢＜0.25％
--中碳钢0.25％--0.60％
--高碳钢＞0.60％
按钢的质量分类：
以硫，磷的含量分类
普通钢S＜＝0.05％P＜＝0.045％
优质钢S＜＝0.035％P＜＝0.035％
高级优质钢S＜＝0.025％P＜＝0.025％
按用途分类;
工具钢。
结构钢
三.碳钢的牌号及用途
1.碳素结构钢—--廉价,产量大.制造一般机械零件和其他金属结构简单的设备
牌号由:
Q代表屈服点+屈服点值+质量等级+脱氧方法四部分组成.
例如:
Q157-AF表示屈服点值为157N/㎜2,质量等级为A的沸腾钢
2.优质碳素结构钢-----用两位数字表示该钢的平均含碳量的万分之几
40Mn表示0.40%的含碳量的优质含锰碳素钢
10F表示含碳量为0.10%的沸腾钢
当前两位数字为08-25时表示含碳量较低,强度低,塑性,韧性好和焊接性好
30-55中碳钢,强度,硬度好,塑性随含碳量的下降而下降,调质后有良好性能
60高碳钢,硬度，弹性,焊接性比较好,适合作弹簧
3.碳素工具钢:
牌号用平均含碳量的千分数表示,再数字前加T表示碳钢
第四节合金钢
碳钢虽然价格低,冶炼方便,应用广泛但是他的缺点也很明显:
淬透性差---指再规定条件下钢能获得淬硬层深度能力和分布特性.
不易获得良好的中和性能,韧性提高,硬度下降,无法平衡
碳钢在满足一些特殊性能力不从心时加入一些其他金属元素,使得钢在某些方面性能得到加强这就是合金钢
一.金属元素再钢材中的作用
铬（Cr）与Ni搭配使用,提高钢的弹性,硬度,淬透性
锰（Mn）增加耐磨性
硅（Si）提高的钢的强度,抗氧化性,疲劳极限
铝（Al）抗氧化性提高,例如高压锅
二.合金钢的分类和牌号
1.合金钢的分类
a.按用途分类
b.按所含的金属元素总含量
低碳钢＜5%
中碳钢5%--10%
高碳钢＞10%
2.合金钢牌号的表示方法
a.结构钢:
两位数字+符号+数字
数字表示含碳量的万分之几
元素符号是指主要的金属合金元素
数字表示合金元素的含量＜1.5%的不计，1.5-2.5%记作2，2.5-3.5%记作3
b.合金工具钢的牌号与结构钢的牌号区别仅在于前两位数字表示含碳量的千分之几当含碳量＞1.0%不表示
c.特殊钢与工具钢表示相同
三.合金结构钢
1.低合金结构钢：
是一种低碳＜0.20%，低合金＜3%的钢，比相同的含碳量的碳素钢要好得多。
用来造高压锅，储罐
2.合金渗碳钢，做耐疲劳，韧度好，高强度的零件。
可以做齿轮
3.合金调质钢：
有中等含碳量，加入了铬，镍等金属增加淬透性。
四.特殊性能钢
1．不锈钢：
是指不锈耐酸钢。
在一般大气和弱腐蚀介质中具有抗腐蚀能力的钢
抗腐蚀能力强的钢叫酸钢
2．耐热钢：
在高温下有较高的强度和良好的抗氧化性能
抗氧化钢：
300度是出现氧化皮，高于570度是氧化强烈
热强钢：
高温下力学性能有三点
a.高温下强度降低，温度高，强度越降低的快
b.钢在高温和应力的联合作用下，发生蠕变现象
c.高温和应力在断裂时塑性很低，由此到达蠕变极限
第五节铸铁
第六节有色金属
3.合金钢的牌号分类
铸铁的定义
第五节铸铁
含碳量＞2.11%的铁合金
与钢相比他的力学性能差，是脆性材料，但有良好的铸造性能和切削性，又耐压耐磨的性质。
几个特性：
碳在铸铁里一般以化合物（Fe3C）或者以石墨形式存在。
按照铸铁中的石墨的形态可分为灰铸铁，可锻铸铁，球墨铸铁等。
加入其他金属改变铸铁的性能，成为铸铁合金。
一、灰铸铁
断口成灰色，碳多以片状石墨存在.以HF代表后面加最抵抗拉强度.
灰铸铁的热处理主要有几种
（1）消除内应力退火，又称人工实效
（2）降低硬度的退伙
（3）表面淬火
二、可锻铸铁
俗称马铁，比灰铸铁的强度高，并具有一定的塑性和韧度，但是不可锻造，可做形状复杂的中小型零件。
三、球墨铸铁
碳成球形
性质接近钢材但是价格低廉，可以做曲轴，中压法门。
用QT代表+最低抗拉强度，+生长率
四、特殊性能铸铁
1.耐磨铸铁：
加入铜，铬等元素。
2.耐热铸铁，通过建立氧化趁。
改善性质
通过表1-14.1-15。
判断是什么铸铁。
第六节有色金属
习惯上称刚和铸铁为黑色金属，除钢铁以外的其他的金属成为有色金属。
一．铝和铝合金
1.纯铝
银白色的金属，自然界中储量最丰富。
（1）铝是轻金属，为铁的密度的1/3。
（2）导电性好
（3）抗大气腐蚀能力好
（4）塑性好
（5）强度低
2.铝合金，
铝通过成分的变化，可以提高铝的硬度，弥补铝的缺陷。
将铝分为变形铝合金和铸造铝合金
其中防锈铝合金LF，硬铝合金LY，超硬铝合金LC，锻找铝合金LD
铸造铝合金分为硅铝合金，铝铜合金，铝镁合金，铝锌合金等
（1）变形铝合金
防锈铝合金，有优良的塑性和适中的强度，低温时的各方面性能好适宜做，板式换热 器，油管。
硬铝合金：
又称杜拉铝，是铝-铜-镁的合金，不耐腐蚀。
超硬铝：
，在硬铝的基础上加如锌。
可以淬火后作为飞机大梁。
抗腐蚀性差可以再表面包裹一层铝。
锻造铝合金：
铝-铜-镁-硅或加铁，镍，有良好的腐蚀性和热塑性，也叫锻铝。
（2）铸造铝合金
二．铜和铜合金
1.纯铜
是紫红色也叫紫铜。
同的倒电性很好，再大气，水中有好的抗腐蚀性。
铜中常含有杂质，按照铜加工产品的化学性能分为无氧铜和纯铜。
2.铜合金
常用的铜合金分为青铜，黄铜，和白铜。
a.普通黄铜，及铜锌合金如图1-13，锌含量在30%-32%以下时，随着锌含量的增加，铜的强度和塑性也提高。
，当锌含量在30%-32%时黄铜的塑性最好，当锌的含量达到39%，强度继续升高，塑性急剧下降。
当锌的含量大于45%时强度也下降。
黄铜得特点又良好的加工型，铸造性，耐腐蚀性很好，但是在含氨的情况下一度是易腐蚀。
b.特殊黄铜
牌号的表示方法则ZCu+主加元素符号+主加元素含量+其他加入元素符号和含量例如ZCuZn40Mn2
（2）青铜
除了黄铜和白铜外，所有的铜基合金都成为青铜。
白铜是铜和镍的合金。
常用的表示方法Q+主添元素符号和含量+其他加入元素的含量。
a.锡青铜，耐腐蚀性好，塑性差，耐磨性好。
b.铝青铜，，在酸溶液中耐腐蚀，在碱性的溶液中不可以用，主要用在耐磨和抗腐蚀的零件上。
c.硅青铜，有很高的化学性能和耐腐蚀性，
d.铍青铜，中和性能，有毒，限制使用
三．钛及合金
1.纯钛
是银色的金属，密度小，有好的抗氧化性。
2.钛合金分为三类
四．铅及其合金
物理性能:
银灰色的金属，密度大，熔点地，强度硬度低。
第七节常用的非金属材料
1、非金属材料的一般性能；
2、明确热处理各种非金属材料的性能
3、了解习题；
明确热处理各种非金属材料的性能
非金属材料的一般性能
主要有高分子材料，塑料等，陶瓷材料，玻璃。
水泥。
和各种复合材料。
1塑料分类和适用范围
种类及应用
2.橡胶
3.陶瓷材料，现代陶瓷和高分子材料，金属材料成为3大固体工程材料。
分类和陶瓷的特点
4搪瓷，得定义p39。
缺点，有点
5.玻璃
6.不透性石墨，浸渍石墨，压型石墨，浇注型石墨
课后习题p41习题2.3.11.12.49.50
讨论各种常见的非金属材料特点
找到生活中常见的非金属材料
第二章化工容器
概述内压容器外压容器
1、了解化工容器的分类；
2、明确区分内压容器和外压容器；
三类容器的分类标准
内压外压的分别
以教授为主启发式教学
第二章化工容器
第一节概述
容器是指存储设备和各种化工设备的外壳。
化工生产中的机械设备分为化工机械和化工设备两大类。
容器的组成和分类
容器的基本结构是密闭的壳体。
大多数为圆筒形的，由壳体（铜体），封头（端盖），法兰支座，人空，手空，接管，视镜组成。
（一）按承压性质分类
可以分为内压容器和外压容器，
内压容器---内部介质压力大于外部压力
外压容器---内部介质压力小于外部压力
内压容器按承受压力分为：
（1）。
低压容器工作压力0.1MPa＜＝p＜1.6MPa
（2）.中压容器工作压力1.6MPa＜＝p＜10MPa
（3）。
高压容器工作压力10MPa＜＝p＜100MPa
（4）。
超高压容器低压容器p＞100MPa
（二）按容器壁厚分类
（1）薄壁容器---之容器壁的厚度不大于容器内径的1/10
（2）厚壁容器---指容器壁的厚度大于等于容器的内径的1/10
（三）按《安全监察规程》的规定分类
《压力容器安全监察规程》根具容器压力的高低，介质的危害程度以及容器在使用中的重要作用，容器分为三类：
（1）第一类容器
a.非易燃和无毒介质的低压容器
b.依然或有毒的低压分离器和换热器
（2）第二类容器
a.中压容器
b.剧毒的低压容器
c.易燃易爆的有毒介质的低压反应器和储运容器
d.内径小于1m的低压废热锅炉
e.搪玻璃压力容器
（3）第三类容器
a.高压和超高压容器
b.剧毒介质的中压力容器和设计压力与容积的乘积等于和大于0.2MPa.M3的低压容器
c.易燃或有毒介质而且设计压力与容积的乘积等于和大于0.5MPa.M3的中压容器，设计压力与容积的乘积等于和大于10MPa.M3的中压储运容器。
（四）按容器的工作壁温分类
高温容器t＞＝300摄氏度
（2）。
常温容器-20＜t＜300摄氏度
（3）.低温容器t＜＝-20摄氏度
二，化工容器的常用材料
1．碳钢
价格低，力学性能好
耐腐蚀性差
2．低合金钢
力学性能好，强度好，韧度好，工艺要求高
主要做油罐，高压锅炉
3．不锈耐酸钢
具有耐腐蚀性，耐高温，价格贵
做管材
4.复合钢板
用不锈钢和碳钢组成
5.低温容器及高温容器用钢
（1）低温容器用钢
要具有足够的强度，低温韧度要好
（2）高温容器用钢
选用抗蠕变性能好
二．容器部件的标准化
为了简化生产中零件互环。
使用了两个基本参数DN,PN
DN是指化工容器的公称直径，对于铜体和封头来说，是指他们的内径。
对于无缝钢管铜体和封头，他的公称直径指钢管的外径。
PN是指化工容器在规定温度下容器的最大的操作压力。
PN10表示10MPa的压力。
工作温度身高时，材料强度下降。
第二节内压薄壁容器
一．圆筒形容器
容器在内部介质压力P的作用下，在筒体的轴向上有被伸长的趋势。
在周详上有被增大的趋势。
当直径小于500mm时，用无缝钢管做筒体。
圆筒体周向的变形是轴向的两倍。
所以纵向焊缝经常先破坏。
在筒体上开设人孔时短轴要和筒体的纵向一致。
二．球形容器
球形是对称于球心，，当介质压力和直径相同时，球形壳体的最大应力只有圆筒形的一半。
，在容积相同的情况下，球形壳体的表面积比圆筒形的小，用的材料也少，节省材料。
球星容器的安装复杂，主要用于大型液化气罐的制造。
三．容器的焊缝与无损检验
1.容器的焊缝结构
对接接头：
使用的最多（对等厚度的焊接）
角接接头
丁字接头
搭接接头：
在压力容器中要避免
2.焊接的无损检验
检测外观，表面不可以有裂纹，气孔，夹渣，咬边
咬边需要深度不大于0.5mm，长度不大于100mm，咬边不超过总长10%
实地观察焊接的特点
第三节容器的封头
第四节外压薄壁容器
第五节容器的压力试验
1、了解容器封头的分类；
2、明确区分内压容器和外压薄壁容器；
容器失稳的定义
区分杆失稳和容器失稳
第三节容器的封头
一．概述
封头安形状分为：
凸形封头，锥形封头，平板封头。
凸形封头：
半球形封头
椭圆形封头
碟形封头
无折边球形封头
二．凸形封头
1．内压半球形封头
封头和筒体采用相同的厚度
2．内压椭圆形封头
3．内压碟形封头
有两部分构成，一部分是半径R的球面，另一部分是高度为h的圆形部分，第三部分是连接其余两部分的
三．锥形封头
连接部分加强
有利于汇集，改变气流速度
四．平板性封头
第四节外压薄壁容器
一，外压容器稳定性的概念
细长杆失稳的定义：
p51
外压筒体的受力作用用图形表示图形2-12
外压容器的破坏形式有两种：
一种是应筒体强度不够而应起的；
另一
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