На головну

Види конструкційних матеріалів

  1. III. Норми витрат мастильних матеріалів
  2. А. Вірогідність і надійність матеріалів.
  3. Аналіз результатів і оформлення матеріалів
  4. Безпечна організація складування матеріалів і виробів
  5. Биоповреждения І ЗАХИСТ ТЕКСТИЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ І ВОЛОКОН
  6. В області талії допускається використання будь-яких матеріалів, дозволяється використання будь-якого кольору.
  7. Взаємозв'язок структури і властивостей матеріалів

Конструкційні матеріали, використовувані в хімічному машинобудуванні, умовно діляться на чотири класи:

- Стали;

- Чавуни;

- Кольорові метали і сплави;

- Неметалеві матеріали.

Стали.Сталь являє собою сплав заліза з вуглецем, вміст якого не перевищує 1-2%. Крім того, до складу стали входять домішки кремнію, марганцю, а також сірки і фосфору.

Стали за хімічним складом поділяються на кілька груп:

- Вуглецеві звичайної якості;

- Вуглецеві конструкційні;

- Леговані конструкційні та ін.

Сталь вуглецеву звичайної якості виготовляють в залежності від хімічного складу по ГОСТ 380-88 і ГОСТ 16523-88. Сталь вуглецева звичайна ділиться на кілька категорій - 1, 2, 3, 4, 5, 6 - чим більше номер, тим вище механічна міцність сталі і нижче її пластичність. За ступенем розкислення стали всіх категорій виготовляють киплять (кп), напівспокійних (пс) і спокійними (сп).

У табл. 12.1 наведені приклади використання вуглецевої сталі звичайної якості в хімічному машинобудуванні.

Властивості вуглецевої сталі звичайної якості значно підвищуються після термічної обробки, яка для прокату може виражатися в його загартуванню або безпосередньо після прокату, або після спеціального нагріву.

Таблиця 12.1. Вуглецева сталь звичайна

 сталь  призначення
 Ст3пс, Ст3сп  Несучі елементи зварних і несварние конструкцій, що працюють при позитивних температурах
 Ст3пс5, Ст3сп5  Несучі елементи зварних конструкцій, що працюють при змінних навантаженнях в інтервалі температур від -30 до + 425 ° С
 Ст5пс, Ст5сп  Деталі клепаних конструкцій, трубні решітки, болти, гайки, стрижні і ін. Деталі, що працюють при температурах від 0 до 425 ° С

Наприклад, термічне зміцнення листового прокату зі сталі марок Ст3, Ст3кп при охолодженні у воді підвищує межа плинності більш ніж в 1,5 рази при високому 15-26% відносному подовженні.

Термічна обробка низьковуглецевих сталей не тільки покращує механічні властивості сталей, а й приносить значний економічний ефект.

Сталі конструкційні випускаються по
 ГОСТ 1050-74 наступних марок: 08, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 45, 55, 58 і 60. Залежно від ступеня розкислення по ГОСТ 1050-88 випускаються наступні марки стали: 05кп, 08кп, 08пс, 10кп, 10пс, 11кп, 15кп, 18кп, 20кп і 20пс.

Таблиця 12.2. Вуглецева сталь конструкційна

 сталь  призначення
 08кп, 08пс, 08, 10кп, 10пс, 10, 11кп  Патрубки, днища, випарники, конденсатори, трубні решітки, трубні пучки, змійовики та інші деталі, що працюють під тиском при -40 ? +425 ° С
 15кп, 15пс, 15, 20кп, 18кп, 20пс, 20, 25  Патрубки, штуцери, болти, трубні пучки, корпусу апаратів і інші деталі апаратів в котлотурбостроеніі і хімічному машинобудуванні, що працюють під тиском при температурах -40- + 425 ° С, з киплячою стали від 20 до +425 ° С
 10Г2  Патрубки, трубні пучки і решітки, змійовики і штуцера, що працюють при температурах до -70 ° С під тиском

У табл. 12.2 наведені приклади використання вуглецевої конструкційної сталі в хімічному машинобудуванні.

Для поліпшення фізико-механічних характеристик сталей і надання їм особливих властивостей (жаропрочность, кислотостійкість, жаростійкість і ін.) В їх склад вводять певні легуючі добавки.

Найбільш поширені легуючі добавки:

- Хром (Х) - підвищує твердість, міцність, хімічну і корозійну стійкість, термостійкість;

- Нікель (Н) - підвищує міцність, пластичність і в'язкість;

вольфрам (В) - підвищує твердість сталі, забезпечує її самозакаліваніе;

- Молібден (М) - підвищує твердість, межа плинності при розтягуванні в'язкості, покращує зварюваність;

- Марганець (Г) - підвищує твердість, збільшує корозійну стійкість, знижує теплопровідність;

- Кремній (С) - підвищує твердість, міцність, межі плинності і пружності, кислотостійкість;

- Ванадій (Ф) - підвищує твердість, межа плинності при розтягуванні, в'язкість, покращує зварюваність сталі і збільшує стійкість до водневої корозії;

- Титан (Т) - збільшує міцність і підвищує корозійну стійкість сталі при високих (> 800 ° С) температурах.

Зазвичай до складу легованих сталей входить кілька добавок. За загальним змістом легуючих добавок леговані стали ділять на три групи:

- Низьколеговані - з вмістом добавок до 3%;

- Середньолеговані - з вмістом добавок від 3 до 10%;

- Високолеговані - з вмістом добавок> 10%.

У табл. 12.3 наведені приклади використання легованих сталей в хімічному машинобудуванні.

Таблиця 12.3. Леговані конструкційні стали

 сталь  призначення
Корозійностійкі стали для застосування в слабоагресивних середовищах
 08Х13,12Х13  Азотна і хромова кислоти різної концентрації при температурі не більше 25 ° С. Оцтова кислота концентрації <5% при температурі не вище 25 ° С. Луги (аміак, їдкий натр, їдке калі). Солі органічні і неорганічні при температурі не більше 50 ° С і концентрації менше 50%

продовження табл. 12.3

 30Х13,40Х13  Мають підвищеною твердістю, гарну корозійну стійкість у вологому повітрі, водопровідній воді, в деяких органічних кислотах, розчинах солей і лугів, азотної кислоти і хлористом натре при 20 ° С
 12Х17  Окаліностойкость до 850 ° С
 10Х14АГ15,10Х14Г14Н4Т, 12Х17Г9АН4  Замінники сталей 12Х18Н9Т, 17Х18Н9, 12Х18Н10Т для устаткування що працює в слабоагресивних середовищах, а так же виробів, що працюють при підвищених температурах до +400 ° С і низькою температурою до 196 ° С
Корозійностійкі стали для середовищ середньої агресивності
 08Х17Т, 08Х18Т1,15Х25Т  Замінники стали марки 12Х18Н10Т і 12Х18Н9Т для зварних конструкцій, що не піддаються дії ударних навантажень при температурі експлуатації не нижче -20 ° С. Для труб теплообмінної апаратури. Експлуатувати в інтервалі температур 400-700 ° С не рекомендується. Стійкі до дії азотної, фосфорної, лимонної, оцтової, щавлевої кислот різних концентрацій при температурах не більше 100 ° С
 08Х22Н6Т, 08Х18Г8Н2Т  Замінник сталей 12Х18Н10Т і 08Х18Н10Т. Має більш високу міцність, ніж ці стали і використовується для виготовлення зварної апаратури, що працює при температурі не вище 300 ° С.
 12Х21Н5Т  Замінник стали 12Х18Н9Т для зварних і паяних конструкцій
 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т  Висока корозійна стійкість по відношенню до азотної, холодної фосфорної і органічних кислот (за винятком оцтової, мурашиної, молочної та щавлевої), до розчинів багатьох солей і лугів, морській воді, вологому повітрю. Нестійкі в соляній, сірчаної, плавикової, гарячої фосфорної, киплячих органічних кислотах. Мають задовільною опірністю до міжкристалітної корозії
 08Х18Н12Б  Має більш високу стійкість, ніж сталь 12Х18Н10Т. Наприклад, сталь стійка до дії 65% азотної кислоти при температурі не більше 50 ° С, до дії концентрованої азотної кислоти при температурі не більше 20 ° С, до більшості розчинів солей органічних і неорганічних кислот при різних температурах і концентраціях
 Х18Н14М2Б, 1Х18М9Т  Використовуються у виробництві формальдегідних смол
 Х18Н9Т, Х20Н12М3Т  Використовуються як конструкційний матеріал у виробництві пластмас

 

закінчення табл. 12.3

 07Х21Г7АН5,12Х18Н9,08Х18Н10  Для зварних виробів, які працюють при кріогенних температурах до -253 ° С
Корозійностійкі стали для середовищ підвищеної та високої агресивності
 04Х18Н10,03Х18Н11  Для обладнання та трубопроводів у виробництві азотної кислоти і аміачної селітри.
 08Х18Н10Т, 08Х18Н12Т  Для виготовлення зварних виробів, які працюють в середовищах високої агресивності. Застосовується як жаростійкий сталь при температурі до 600 ° С
 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т, 08Х17Н15М3Т, 08Х17Н14М3,03Х21Н21М4ГБ  Для виготовлення зварних конструкцій, що працюють в умовах дії киплячої фосфорної, сірчаної, 10% -ої оцтової кислоти і в сірчанокислих середовищах. Зварні корпусу, днища, фланці та інші деталі при температурі від -196 до 600 ° С під тиском
 06ХН38МДТ, 03ХН28МДТ  Для зварних конструкцій, що працюють при температурах до 80 ° С в умовах виробництва сірчаної кислоти різних концентрацій
 06ХН28МДТ, 10Х17Н13М2Т  Молочна, мурашина кислоти при температурі до 20 ° С. Їдке калі концентрації до 68% при температурі 120 ° С. Азотна кислота концентрація 100% при температурі 70 ° С. Соляна кислота, сухий йод концентрації до 10% при температурі до 20 ° С
     

Суттєве значення для поліпшення якості стали має хіміко-термічна обробка, т. Е. Процес насичення поверхні стали різними елементами з метою зміцнення її поверхневого шару, збільшення поверхневої твердості, жаростійкості та хімічної стійкості.

До основних видів хіміко-термічної обробки виробів зі сталі відносяться:

- Цементація - процес насичення поверхневого шару вуглецем, що покращує його міцність і твердість;

- Азотування - процес насичення поверхневого шару азотом, що підвищує стійкість виробів до стирання і атмосферної корозії;

- Алитирование - процес дифузійного насичення поверхневого шару алюмінієм, що підвищує стійкість до окислення при температурах 800-1000 ° С;

- Хромування - поверхневе насичення виробів хромом, що значно підвищує твердість, зносостійкість і корозійну стійкість у воді, азотній кислоті, атмосфері і газових середовищах при високих температурах.

Подальше поліпшення якості хіміко-термічної обробки сталей розвивається за двома напрямками: насичення дифузійного шару азотом і зміцнення деталей термоциклической обробкою в процесі насичення. Основою нових технологічних процесів стала нітроцементація із ступінчастим зростанням витрат аміаку. Товщина шару при цьому збільшується до 1-2 мм і більше, зростає його твердість.

Чавуни. Сірі чавуни є сплавом заліза, вуглецю та інших металургійних добавок кремнію, марганцю, фосфору і сірки. Зміст вуглецю в чавунах коливається від 2,8 до 3,7%, при цьому велика його частина знаходиться у вільному стані (графіт) і тільки близько
 0,8-0,9% знаходиться в зв'язаному стані у вигляді цементиту (карбіду заліза - FeC). Вільний вуглець виділяється у чавуні у вигляді пластинок, лусочок або зерен.

За микроструктуре розрізняють:

- Чавун сірий - в структурі якого вуглець виділяється у вигляді пластинчастого або кулястого графіту;

- Чугунбелий - в структурі якого вуглець виділяється у зв'язаному стані;

- Чавун вибілений - в відливання якого зовнішній шар має структуру білого чавуну, а серцевина - структуру сірого чавуну;

- Чавун половинчастий - в структурі якого вуглець виділяється частково в зв'язаному, а частково в вільному вигляді.

Деталі з чавуну виготовляють методом лиття в земляних та металевих формах. З чавуну отримують деталі складної конфігурації, які неможливо отримати іншими методами, наприклад, куванням або різанням.

Сірий чавун є цінним конструкційним матеріалом, так як, маючи порівняно низьку вартість, він має непогані механічними властивостями.

Істотним недоліком сірих чавунів є їх низька пластичність. Тому кування і штампування сірого чавуну навіть в нагрітому стані неможлива.

Марки сірих чавунів (СЧ) зазвичай містять два числа: перше характеризує межу міцності на розтяг, друге - межа міцності на вигин, наприклад, СЧ 12-28; СЧ 18-36 і ін.

Сірі чавуни мають низьку хімічну стійкість, і деталі з них не можуть працювати в агресивних середовищах.

Для підвищення якості чавуну його модифікують різними модифікаторами, які впливають на процеси кристалізації рідкого чавуну, змінюючи його механічні властивості.

Розрізняють ковкий чавун і високо-випробувальний чавун. Ковкий чавун відрізняється від сірого чавуну зниженим вмістом вуглецю і кремнію, що робить його більш пластичним, здатним витримувати значні деформації (відносне подовження КЧ становить 3-10%). Високоміцний чавун (ВЧ) є різновидом ковкого чавуну, високі характеристики якого досягаються модифицированием присадками магнію і його сплавів. Ковкий і високоміцний чавуни йдуть на виготовлення колінчастих валів, циліндрів малих компресорів та інших фасонних тонкостінних деталей.

Широке застосування в хімічному машинобудуванні мають леговані чавуни, до складу яких входять легуючі елементи: нікель, хром, молібден, ванадій, титан, бор і ін. За сумарним вмістом легуючих добавок чавуни ділять на три групи:

- Низьколеговані - сума легуючих добавок до 3%;

- Середньолеговані - сума легуючих добавок від 3 до 10%;

- Високолеговані - сума легуючих добавок більше 10%.

Легування дозволяє істотно поліпшити якість чавуну і надати йому особливі властивості. Наприклад, введення нікелю, хрому, молібдену, кремнію підвищує хімічну стійкість і жароміцність чавуну; нікелеві чавуни з добавкою міді (5-6%) надійно працюють з лугами; високохромние (до 30% Cr) стійкі до дії азотної, фосфорної і оцтової кислот, а так само хлористих сполук; чавун з добавкою молібдену до 4% (антихлор) добре протистоїть дії соляної кислоти.

Кольорові метали та їх сплави.Кольорові метали та їх сплави застосовують для виготовлення машин і апаратів, що працюють із середовищами середньої і підвищеної агресивності і при низьких температурах. У хімічній промисловості в якості конструкційних матеріалів використовуються алюміній, мідь, нікель, свинець, титан, тантал і їх сплави.

Алюміній. Має високу стійкість до дії органічних кислот, концентрованої азотної кислоти, розведеної сірчаної кислоти, порівняно стійкий до дії сухого хлору і соляної кислоти. Висока корозійна стійкість металу обумовлена ??утворенням на його поверхні захисної оксидної плівки, яка захищає його від подальшого окислення. Механічні властивості алюмінію в значній мірі залежать від температури. Наприклад, при збільшенні температури від 30 ° С до 200 ° С значення допустимої напруги на розтягнення знижується в 3-3,5 рази, а на стиск - в 5 разів. Верхня гранична температура застосування алюмінію 200 ° С. Алюміній не стійкий до дії лугів.

Мідь. Взаємодія міді з киснем починається при кімнатній температурі і різко зростає при нагріванні з утворенням плівки закису міді (червоного кольору). Мідь зберігає міцність і ударну в'язкість при низьких температурах і тому, знайшла широке застосування в техніці глибокого холоду. Мідь не володіє стійкістю до дії азотної кислоти і гарячої сірчаної кислоти, щодо стійка до дії органічних кислот. Широке поширення набули сплави міді з іншими компонентами: оловом, цинком, свинцем, нікелем, алюмінієм, марганцем, золотом і ін. Найбільш поширеними є сплави міді з цинком (латуні), з оловом (бронзи), з нікелем (ЛАН), з залізом і марганцем (ЛЖМ), цинком (до 10% цинку - томпак; до 20% - полутомпакі, більше 20% - константан, манганін і ін.).

свинець - Має порівняно високу кислотостійкість, особливо, до сірчаної кислоти, внаслідок утворення на його поверхні захисної плівки з сірчанокислого свинцю. Виключно висока м'якість, легкоплавкость і велику питому вагу різко обмежують застосування свинцю як конструкційний матеріал. Однак широке застосування в машинобудуванні знайшли сплави з використанням свинцю в якості легуючого компонента: свинцева бронза, свинцева латунь, свинцевий бабіт (свинець, олово, мідь, сурма).

нікель - Має високу корозійну стійкість у воді, в розчинах солей і лугів при різних концентраціях і температурах. Повільно розчиняється в соляній і сірчаній кислотах, не стійкий до дії азотної кислоти. Широко застосовується в різних галузях техніки, головним чином для отримання жароміцних сплавів і сплавів з особливими фізико-хімічними властивостями. Нікель-мідних сплавів мають поліпшені механічні властивості і підвищеної корозійної стійкістю.

Нікельхромсодержащіе жароміцні сплави. Нікелеві сплави, леговані хромом і вольфрамом, є стійкими в окислювальних середовищах. Нікелеві сплави з добавкою міді, молібдену і заліза стійкі в неокислювального середовищах. Нікелево-мідних сплавів з додаванням кремнію стійкі в гарячих розчинах сірчаної кислоти, а сплави нікелю з молібденом володіють підвищеною стійкістю до дії соляної кислоти.

Титан і тантал. Титан хімічно стійкий до дії киплячої азотної кислоти і царської горілки всіх концентрацій, нітритів, нітратів, сульфідів, органічних кислот, фосфорної і хромової кислот. Однак вироби з титану в 8-10 разів дорожче виробів з хромонікелевих сталей, тому застосування титану як конструкційний матеріал обмежена. Тантал хімічно стійкий до дії киплячої соляної кислоти, царської горілки, азотної, сірчаної, фосфорної кислот. Однак не має стійкість до дії лугів.

Титан і тантал за механічними властивостями не поступаються високолегованих сталей, а по хімічній стійкості набагато перевершують їх. Ці цінні метали знаходять широке застосування в хімічному машинобудуванні, як в чистому вигляді, так і у вигляді сплавів.

Неметалеві конструкційні матеріали. Застосування в хімічному машинобудуванні неметалевих конструкційних матеріалів дозволяє економити дорогі і дефіцитні метали.

Фторопласт (Тефлон) - елементи конструкцій з фторсодержащих полімерів мають високу стійкість практично у всіх агресивних середовищах в широкому інтервалі температур.

вуглеграфітові матеріали- Графіт, просочений фенолформальдегидной смолою або графітопласт - пресована пластмаса на основі фенолформальдегідних смоли з графітовим наповнювачем. Мають високу корозійну стійкість в кислих і лужних середовищах.

Скло та емалі. Скло застосовується як конструкційний матеріал в виробництвах особливо чистих речовин. Емалі - спеціальні силікатні скла, що володіють хорошою адгезією з металом. Промисловістю випускаються чавунні і сталеві емальовані апарати, що працюють в широкому інтервалі температур (від -15 до +250 ° С) при тисках до 0,6 МПа.

кераміка - Випускається кислототривкий цегла для футерування хімічного обладнання, великоблочна кераміка для апаратів баштового типу, наприклад, у виробництві сірчаної кислоти. Керамічні матеріали мають високу стійкість до багатьох агресивних середовищ, виняток становлять лужні середовища. Трубопроводи з кислотостійкої кераміки широко застосовують для транспортування сірчаної та соляної кислот.

Фарфор - Має високу стійкість до всіх кислот, за винятком плавикової. Недостатньо стійкий до дії лугів. Фарфор використовується як конструкційний матеріал в виробництвах, де до чистоти продуктів пред'являються підвищені вимоги.

вініпласт - Термопластичная маса, що володіє високою стійкістю майже у всіх кислотах, лугах і розчинах, за винятком азотної і олеума. Деталі з вініпласту надійно працюють в інтервалі температур 0-40 ° С і тиску до 0,6 МПа.

Асбовініл - Композиція з кислотостойкого азбесту і лаку, що володіє порівняно високою стійкістю до дії більшості кислот і лугів в інтервалі температур (від-50 до +110 ° С).

Поліетилен, поліпропілен - Термопластичні матеріали, стійкі до дії мінеральних кислот і лугів при умовах:

- Поліетилен - температура (від -60 до + 60 ° С), тиск до 1 МПа;

- Поліпропілен - температура (від -10 до +100 ° С), тиск до
 0,07 МПа.

фаоліт - Кислотостійка пластмаса з наповнювачами: азбест, графіт, кварцовий пісок. Використовують при температурі до 140 ° С і тиску до 0,06 МПа. Фаоліт стійкий до дії багатьох кислот, в тому числі сірчаної (концентрацією до 50%), соляної (всіх концентрацій), оцтової, мурашиної (до 50%), фосфорної, а так само бензолу, але не стійкий в розчинах лугів і окисників.

текстоліт - По механічної міцності перевершує фаоліт і відрізняється високою стійкістю до агресивних середовищ, в тому числі до кислот - сірчаної (концентрацією до 30%), соляної (до 20%), фосфорної (до 25%), оцтової (всіх концентрацій). Верхній температурний межа застосування текстоліту 80 ° С.

просочений графіт - Графіт, отриманий після прокалкі кам'яновугільної смоли і просочений сполучними смолами - фенолформальдегідними, кремнеорганічною, епоксидними і ін.

У результаті хорошою теплопровідності просоченого графіту, його широко застосовують для виготовлення теплообмінників і трубопровідної арматури. Просочений графіт стійок в багатьох хімічно активних середовищах, в тому числі в кислотах - азотної (низької концентрації), плавиковою (концентрацією до 40%), сірчаної (до 50%), соляної, оцтової, мурашиної, фосфорної. Деякі сорти просоченого графіту стійки до дії лугів.

Жароміцний кислотостойкий бетон - Застосовується для бетонування днищ баштового обладнання сірчанокислотного виробництва, для виготовлення фундаментів під обладнання. Надійно працює в умовах 900?1200 ° С. Останнім часом знаходять застосування полімербетони на основі органічних смол, які мають високу стійкість до дії концентрованих кислот, лугів, бензолу, толуолу і фторсодержащих середовищ.

Природні силікатні матеріали: діабаз, базальт, азбест, хризотил, андезит мають високу кислотостійкість, виняток становить хризотил, який не стійкий в кислотах, але стійкий до дії лугів. Всі ці матеріали мають гарні фізико-механічними властивостями і широко використовуються в якості конструкційних теплоізоляційних і футеровочних матеріалів.



Попередня   81   82   83   84   85   86   87   88   89   90   91   92   93   94   95   96   Наступна

Гідравлічний опір кожухотрубчасті теплообмінників | Підбір насосів | МЕХАНІЧНИЙ РОЗРАХУНОК | Основні розрахункові параметри | Розрахунок на механічну міцність | Вимоги до конструювання | Розрахунок циліндричних обичайок | Розрахунок циліндричних обичайок, навантажених зовнішнім тиском. | Розрахунок кришок і днищ | Підбір стандартних елементів |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати