机械工程材料-第11章

11.1选材的基本原则11.1.1使用性能原则使用性能主要指零件在使用状态下材料应具有的机械性能、物理性能和化学性能等。由于零件一定的工作条件下完成确定的功能和预计的行为必须由使用性能原则来保证，因此，在大多数情况下，使用性能是选材时考虑的最主要因素。1.分析零件的工作条件，确定主要的性能指标零件的工作条件是复杂的，要从受力状态、载荷性质、工作温度、环境介质等几个方面全面分析。受力状态有拉、压、弯、扭等;载荷性质有静载荷、冲击载荷、交变载荷等;工作温度可分为低温、室温、高温、交变温度;环境介质为与零件接触的介质，如润滑剂、海水、酸、碱、盐等。下一页返回11.1选材的基本原则不同工作条件和功能的零件，要求的使用性能也不一样。在选材时，首要任务就是准确地判断零件的主要的使用性能。对于机器零件和工程结构，最重要的是机械性能。物理性能和化学性能是零件在特殊条件下工作时，对零件材料提出的特殊要求，如工作于大气、土壤、海水等介质中的零件要具备耐蚀性，传输电流的导线或零件要有良好的导电性等。选材时，应根据零件的工作条件和损坏形式找出材料的主要机械性能指标。绝大多数机械零件以材料的屈服强度为选材的主要指标。此外，在静载下工作的脆性材料制件以抗拉强度为选材的主要指标;上一页下一页返回11.1选材的基本原则有刚度要求的刚性结构件，当确定其形状尺寸和受载方式时，以弹性模量作为选材的主要指标;受动载荷的零件，疲劳强度和冲击韧性是选材的主要指标;高强度材料制件和中、低强度材料制件，低应力脆断是其主要失效形式，此时，用断裂韧性来进行设计选材;若需评估材料的抗过载能力，则用塑性指标进行设计选材。2.材料的选定确定了零件的主要机械性能指标后，要通过分析、计算或模拟试验将使用性能指标量化。首先，根据零件的尺寸及工作时承受的载荷，计算出应力分布，由工作应力、使用寿命或安全性等确定性能指标的具体数值。上一页下一页返回11.1选材的基本原则然后，根据这些性能指标数值查阅相关手册，找出可选用材料的范围，同时，比较材料加工工艺的可行性和经济性，以最优方案选定材料。最后，对选定的材料进行实验室试验、台架试验、装机试验、小批生产等，进一步验证材料机械性能选择的可靠性。11.1.2工艺性能原则材料的工艺性能，即加工成零件的难易程度，是选材时必须考虑的重要问题。材料要求的工艺性能与零件制造的加工工艺流程密切相关，图11-1为金属材料的加工工艺流程。材料的具体工艺性能是根据工艺流程提出的。材料的工艺性能将直接影响到零件的质量、生产效率和成本。上一页下一页返回11.1选材的基本原则金属材料的几种重要工艺性能为:铸造性能，包括流动性、疏松及偏析倾向、吸气性、熔点等;锻造性能，包括可锻性(塑性与变形抗力的综合)、抗氧化性、冷徽性、锻后冷却要求等;切削加工性能，包括切削抗力、零件表面粗糙度、排除切屑难易程度及刀具磨损量等;焊接性能，包括焊接应力、变形及晶粒粗化倾向、焊缝脆性、裂纹、气孔及其他缺陷倾向等;热处理工艺性，包括淬透性、变形开裂倾向、过热敏感性、回火脆性倾向、氧化脱碳倾向等。不过，由于碳钢的强度、淬透性较合金钢的差，所以，制造大截面、形状复杂和高强度的淬火零件时，常选用合金钢，但合金钢的锻造、切削加工等工艺性能不如碳钢的。所以，在选材过程中，了解零件制造的各种工艺过程的工艺特点和局限性是非常重要的。上一页下一页返回11.1选材的基本原则选材时，与使用性能相比，工艺性能处于次要地位，但在某些特殊情况下，工艺性能也可成为选材考虑的主要因素。11.1.3经济性原则除满足使用性能与工艺性能外，材料应能使零件在制造时及在使用寿命内的总费用最低，这就是选材的经济性原则。一个零件的总成本与零件寿命、零件重量、加工费用、研究费用、维护费用和材料价格有关。从产品制造成本构成比例看，在机械产品的成本中，材料成本占很大比例，降低材料成本对制造者和使用者都是有利的，所以，在选择材料时，应从满足使用性能要求的所有材料中选择价格较低的，上一页下一页返回11.1选材的基本原则在金属材料中，碳钢和铸铁的价格是比较低廉的，因此，在满足零件机械性能的前提下选用碳钢或铸铁(尤其是球墨铸铁)，不仅使零件具有较好的加工工艺性能，而且可降低成本。低合金钢由于强度比碳钢的高，总的经济效益比较显著，其用量有扩大的趋势。此外，所选材料应尽量少而集中，以便采购和管理。从产品的寿命周期成本构成看，降低使用成本比降低制造成本更为重要，一些产品制造成本虽然较低，但使用成本较高，运行维护费用占使用成本比例较大，所以，减轻产品零部件的重量，降低运行能耗，同样是选择材料时应考虑的重要因素。有时所选材料的制造成本较高，但其使用寿命长，运行维护费用低，总成本反而下降。对此，可通过技术经济评价进行综合性的定量分析。上一页下一页返回11.1选材的基本原则11.1.4选材的资源、能源和环保原则随着工业的发展，资源和能源的问题日渐突出，选用材料时必须对此进行考虑，特别是对于大批量生产的零件，所用材料应该来源丰富并顾及我国资源状况。另外，还要注意生产所用材料的能源消耗，尽量选用耗能低的材料。选材的资源、能源和环保原则是，在材料的生产、使用和废弃的全过程中，消耗资源和能源尽可能少，对生态环境影响小，材料在废弃时可以再生利用或不造成环境恶化或可以降解。上一页下一页返回11.1选材的基本原则因此，应从以下几方面加以考虑:选择绿色材料;减少所用材料的种类;选用废弃后能自然分解并为自然界吸收的材料;选用不加任何涂镀的材料;选用可回收材料或再生材料;尽可能选用无毒材料。总之，作为一个设计人员，选材时必须从实际出发，全局考虑机械性能、工艺性、经济性和资源、能源和环保等方面问题。上一页返回11.2热处理技术条件的标注根据零件的性能要求确定热处理技术条件是，制订热处理工艺、指导热处理生产和进行质量检验的依据。零件图上标注的热处理技术要求，是指成品零件经热处理后的最终状态所具有的性能要求和应达到的技术指标，其内容包括热处理工艺名称、硬度、变形量、硬化层深度和表面质量要求等。其中，硬度与强度等机械性能有一定的对应关系，并且检验方便，不损伤工件，因此，硬度是零件热处理后最主要的检验指标。所以，对于以正火、退火或淬火后回火作为最终热处理状态的零件，热处理技术条件以标注硬度指标为主。某些性能要求较高的零件还需标注其他机械性能指标，如重要的兵器和航空零件需标注强度指标和塑性指标等。另外，大型锻、铸件的不同部位、不同方向上的性能要求也应在图样上说明。上一页下一页返回11.2热处理技术条件的标注在标注硬度时，允许一个波动范围，洛氏硬度在5HRC左右，布氏硬度在30~40HB;硬度标注也可用偏差法表示，以技术要求的下限值为名义值，下偏差为零，如HRC;特殊情况也可只标下限值或上限值，此时应用不小于或不大于表示，如不大于229HBS。在同一产品的所有零件图样上，必须采取统一表达形式。图纸上的“热处理技术要求”要写明热处理工艺名称和硬度要求，如整体热处理，可以写明“淬火、回火58~62HRC”或“热处理58~62HRC”。热处理技术要求可用文字简要说明，也可用热处理工艺代号及标注方法标准来标注(参见附录2)。一般情况下，图纸上不注明热处理工艺的具体细节。上一页下一页返回11.2热处理技术条件的标注采用不同热处理方法时，图纸上的标注方法不同。对于整体热处理的零件，热处理技术要求大多标注在零件图的右侧或标题栏的上方(图11-2)，也可标注在标题栏中或图纸的右上角。对于局部热处理的零件，可用细实线标明热处理部位，并在其引线上写明热处理技术条件(图11-3)。上一页返回11.3典型零部件选材及工艺分析11.3.1轴类零件的选材及工艺分析轴类零件是机械工业中关键的基础零件，所有运转零件(如齿轮、皮带轮等)都要装在轴上，轴起着支承旋转零件、传递扭矩的作用。1.轴的工作条件及性能要求工作时，轴受交变弯曲应力和扭转应力的复合作用，轴与轴上零件的相对运动会使局部(轴颈、花键等处)承受摩擦和磨损，轴在高速运转过程中会产生振动，承受冲击载荷，并且多数轴会承受一定的过载载荷。根据工作特点，轴类零件的主要失效形式有以下几种:长期交变载荷作用下的疲劳断裂(包括扭转疲劳断裂和弯曲疲劳断裂);轴颈或花键处过度磨损;大载荷或冲击载荷作用引起的过量变形、断裂;个别情况下发生塑性变形或腐蚀失效等。下一页返回11.3典型零部件选材及工艺分析根据轴的工作条件和失效方式，轴类零件应具有如下的性能要求:优良的综合机械性能，即较高的屈服强度、抗拉强度和韧性，以防止塑性变形及过载或冲击载荷下的扭转和折断;高的疲劳强度，以防止疲劳断裂;局部承受摩擦部位(如轴颈、花键等处)应具有较高的硬度和耐磨性，以防磨损;良好的工艺性能，如足够的淬透性、良好的切削加工性等;在特殊条件下工作应有一些特殊性能要求，如高温性能、耐蚀性等。2.轴类零件的选材轴类零件一般按强度、刚度和结构要求进行零件设计与选材。制造轴类零件的材料主要是碳素结构钢和合金结构钢。上一页下一页返回11.3典型零部件选材及工艺分析为了兼顾强度、韧性和抗疲劳性，轴一般用经过锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造。根据承载能力的大小，轴类零件具体选材方法如下:低速，轻载或不重要的轴(如心轴、联轴节、拉杆、螺栓等)，可选用Q235,Q255,Q275等碳素结构钢，这类钢通常不进行热处理;受中等载荷且转速和精度要求不高的轴类零件(如曲轴、连杆、机床主轴等)，常选用中碳优质碳素结构钢，如35,40,45,50钢(其中45钢应用最多)，为提高其性能，这类钢一般经正火、调质或表面淬火及低温回火处理;承受较大载荷、要求具有高耐磨性、高精度以及限制外形尺寸的轴，应选用合金钢。上一页下一页返回11.3典型零部件选材及工艺分析常用的合金钢有20Cr,40Cr,40CrN,20CrMnTi,38CrMoAIA等，根据选材的不同，选用不同的热处理，如调质、表面淬火、渗碳、渗氮等，以充分发挥合金钢的性能潜力。此外，球墨铸铁(包括合金球墨铸铁)因制造成本低、使用效果好，也逐渐被用作轴用材料。3.典型轴类零件的选材、加工工艺流程及热处理分析制造轴类零件常采用锻造、切削加工、热处理(预备热处理及最终热处理)等工艺，其中切削加工和热处理工艺是制造轴类零件时必不可少的。台阶尺寸变化不大的轴，可选用与轴的尺寸相当的圆棒料直接进行切削加工，然后进行热处理，不必经过锻造加工。(1)机床主轴上一页下一页返回11.3典型零部件选材及工艺分析CA6140车床主轴如图11-4所示。机床主轴承受中等扭转一弯曲复合载荷，转速中等并承受一定的冲击载荷，但大端的轴颈、锥孔和卜盘、顶尖之间有摩擦，这些部位要求有较高的硬度和耐磨性。这类轴大多选用45钢制造，经调质处理后，轴颈处再进行表面淬火。当承受较大的冲击载荷和疲劳载荷时，可选用调质钢40Cr钢或合金渗碳钢20C:或20CrMnTi等。当对轴的精度、尺寸稳定性与耐磨性都有很高要求时，如精密锁床的主轴，往往选用渗氮钢38CrMoAIA，经调质处理后再进行渗氮处理。CA6140车床主轴的选材、加工工艺流程及热处理分析如下。热处理技术条件:整体调质，硬度220~240HB;轴颈及锥孔表面淬火，硬度52HRC选用材料:45钢。上一页下一页返回11.3典型零部件选材及工艺分析加工工艺路线:下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→局部表面淬火及低温回火→精磨→成品。热处理分析:正火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性，并为调质做好组织准备;调质处理可获得高的综合机械性能、疲劳强度和抗冲击能力;局部表面淬火及低温回火可获得局部高硬度和耐磨性。常见机床主轴的工作条件、选材及热处理见表11-1.(2)汽车半轴汽车半轴是驱动车轮转动的直接驱动件，是传递扭矩的重要部件，汽车频繁启动、变速、反向(倒车)，且路面颠簸，故要求半轴材料有足够的抗弯强度、疲劳强度和较好的韧性。上一页下一页返回11.3典型零部件选材及工艺分析半轴的简图如图11-5所示，最大直径为50mm左右，用45钢制造时，即使是水淬，也只能使表面淬透深度为半径的10%。为了提高淬透性，防止变形和开裂(油中淬火)，中、小型汽车的半轴一般用40Cr制造，重型汽车的半轴用40CrMnMo等淬透性很高的合金钢制造。11.3.2齿轮类零件的选材及工艺分析1.齿轮的工作条件及性能要求齿轮是各类机械、仪表中应用最多的零件之一，主要用于传递动力、调节速度。齿轮工作时，齿根承受很大的交变弯曲应力;相互啮合的齿面滚动或滑动接触，承受很大的接触应力，并发生强烈的摩擦;换挡、启动或啮合不均时，轮齿承受一定冲击载荷。上一页下一页返回11.3典型零部件选材及工艺分析此外，润滑油腐蚀及外部硬质磨粒的侵入等，都会加剧齿轮工作条件的恶化。按照工作条件不同，齿轮的主要失效形式是断裂、齿面接触疲劳失效和齿面磨损。为适应齿轮的工作条件，避免过早失效，要求齿轮具有:高的接触疲劳强度，高的表面硬度和耐磨性，以防止齿面损伤;高的抗弯强度，足够的弯曲疲劳强度，适当的心部强度和韧性，以防止疲劳、过载及冲击断裂;良好的切削加工性和热处理工艺性，以获得高的加工精度和低的表面粗糙度，提高齿轮抗磨损能力。此外，在齿轮副中，两齿轮齿面硬度应有一定差值。小齿轮的齿根薄，受载次数多，其硬度应比大齿轮的高一些。上一页下一页返回11.3典型零部件选材及工艺分析

2.齿轮类零件的选材齿轮用材绝大多数是钢(锻钢与铸钢)，某些开式传动的低速齿轮可用铸铁，特殊情况下还可采用有色金属和工程塑料。确定齿轮用材的主要依据是:齿轮的传动方式(开式或闭式)、载荷性质与大小(齿面接触应力和冲击负荷等)、传动速度(节圆线速度)、精度要求、淬透性及齿面硬化要求、齿轮副的材料及硬度值的匹配情况等。常用钢制齿轮的选材、热处理及应用见表11-2。

3.典型齿轮选材、加工工艺流程及热处理分析(1)机床齿轮上一页下一页返回11.3典型零部件选材及工艺分析机床齿轮工作平稳，无强烈冲击，负荷不大，转速中等，工作条件较好，因此，对其齿面强度、心部强度和韧性的要求均不太高，一般用45钢制造，调质后心部可保证有220HB左右的硬度及冲击韧性，经高频淬火表面强化后，齿面硬度可达52HRC左右，因此，热处理后的硬度、耐磨性、强度及韧性已能满足性能要求。对于一部分要求较高的齿轮，可用合金调质钢(如40Cr等)制造，其心部强度及韧性均有所提高，弯曲疲劳及表面疲劳抗力也都增大。

(2)汽车、拖拉机齿轮汽车、拖拉机(或坦克)齿轮主要装在变速器和差速器中。上一页下一页返回11.3典型零部件选材及工艺分析在变速器中，通过齿轮来改变发动机、曲轴和主轴齿轮的转速;在差速器中，通过齿轮来增加扭转力矩，调节左右两轮的转速，并将发动机动力传给主动轮，推动汽车、拖拉机运行。由于其传递的功率和承受的冲击力、摩擦力都很大，工作条件远比机床齿轮的恶劣，对耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧度等都有更高的要求。又因弯曲与接触应力都很大，用高频淬火强化表面不能满足要求，所以汽车的重要齿轮都进行渗碳、淬火强化处理。通常选用渗碳钢(如20Cr,20CrMnTi等)，经渗碳(或碳氮共渗)、淬火及低温回火后使用。为了进一步提高齿轮的耐用性，除了渗碳、淬火外，还可以采用喷丸处理等表面强化处理工艺。上一页下一页返回11.3典型零部件选材及工艺分析喷丸处理后，齿面硬度可提高1~3HRC，耐用性可提高7~11倍。现以解放牌载重汽车变速器变速齿轮(图11-6)为例，分析其选材、加工工艺流程及热处理。该齿轮将发动机动力传递到后轮，并起倒车的作用，工作时，承载、磨损及冲击负荷均较大。要求齿轮表面有较高的耐磨性和疲劳强度，硬度为58~60HRC，心部有较高的强度及韧性。11.3.3模具的选材及工艺分析

1.冷作模具选材及工艺分析冷作模具工作环境恶劣且工作繁重，被加工材料的变形抗力比较大，因此，模具承受巨大外击力、摩擦力及冲胀力等。下一页返回11.3典型零部件选材及工艺分析其主要失效形式是局部变形、破裂及过度磨损，故要求冷作模具的模具型面有适当的硬化深度和耐磨性，心部有足够的强度和韧性(特别是在重载工作条件下)，且模具有一定的高温硬度和热稳定性。一般要根据被加工工件的材料种类、厚度、生产工件的批量、模具的尺寸、复杂程度等合理地选择材料。冷作模具的材料选择见表11-3。

2.热作模具的选材及工艺分析热作模具是在高温、高压、磨损和热疲劳等恶劣条件下使用的，模具截面较大，形状复杂，并承受巨大静压力或冲击力，易出现塑性变形、断裂、磨损及热疲劳，因此，要求模具在工作温度下具有热强性，热硬性，良好的冲击韧度、抗热疲劳性、抗氧化性和抗热冲刷性、抗腐蚀的能力以及较好的工艺性能。上一页下一页返回11.3典型零部件选材及工艺分析热作模具应根据工件的材料、工作温度、工作性质不同，合理地选择模具材料。热作模具的材料选择见表11-4。11.3.4箱体类零件的选材及工艺分析1.箱体类零件功能与性能要求箱体类零件是整台机器或部件装配的基础，如机床床身、床头箱、溜板箱、内燃机缸体等。轴和齿轮等零件安装在其中并保持相互位置，协调地运动。机器中全部零部件的重量和载荷都由箱体类零件承担，一般受力比较复杂，主要受压应力，部分受一定的弯曲应力。上一页下一页返回11.3典型零部件选材及工艺分析此外，还要承受各零件工作时的动载作用力以及将其稳定在机架的紧固力。根据工作特点，要求箱体类零件具有足够的强度和刚度以及良好的铸造性能或焊接性能等;对精度要求较高的箱体类零件，应具有较好的减振性及尺寸稳定性;有相对运动的表面，则要求有足够的硬度和耐磨性。

2.箱体类零件选材、加工工艺流程及热处理分析箱体类一般形状复杂，体积较大，且具有中空壁薄的特点，一般多选用铸造毛坯。一般用灰铸铁或球墨铸铁制造形状复杂、工作平稳、承受中等载荷的箱体，如金属切削机床中的各种箱体和支承件等;上一页下一页返回11.3典型零部件选材及工艺分析用铸钢制造承受大载荷、强冲击的箱体，如轧钢机机架和汽轮机机座等;用有色金属及其合金制造重量轻、散热良好的箱体，如柴油机喷油泵壳体、飞机发动机箱体等;生产批量较小、体积及载荷较大、结构形状简单的箱体时，为了减轻重量，也可采用各种低碳钢型材拼制成焊接件，如单件生产的机座或箱体、挖掘机底座、船用万匹柴油机底座、汽车底盘等。现以普通卧式车床床身为例，分析其选材和工艺。该床身主要用来支承和安装车床的各个部件，如主轴箱、溜板箱、进给箱、滑板和尾座等。床身上面有精确的导轨，滑板、尾座可沿导轨移动。选用材料:HT200。上一页下一页返回11.3典型零部件选材及工艺分析加工工艺流程:铸造→去应力退火(人工时效或自然时效)→粗加工→半精加工→表面淬火、低温回火→精磨。热处理分析:箱体类零件尺寸大、结构复杂，铸造(或焊接)后都存在着残余应力，在使用期间会发生缓慢变形。因此，其毛坯(如一般机床床身)在加工前必须长期放置(自然时效)或进行去应力退火(人工时效)，去应力退火工艺为加热至500℃~560℃,保温2~3h后随炉缓冷至200℃以下出炉空冷。对精度要求很高或形状特别复杂的箱体(如精密机床床身)，在粗加工以后、精加工以前以及精磨后都应增加一次人工时效，以保证床身的尺寸、形状的精度和稳定性。对于导轨面，表面淬火和低温回火可保证其硬度和耐磨性。上一页返回11.4典型设备及装置的选材11.4.1化工设备的选材化工设备包括压力容器、换热器、塔设备和反应釜等，这些设备工作条件复杂，工作温度和压力变化大，工作物料大多易燃、易爆、剧毒或强腐蚀等，稍有不慎就会发生破坏性事故，将会严重危及设备安全和人身安全。因此，对化工设备材料的选用有较高的要求。1.化工设备选材的一般原则选材时，应全面考虑设备的具体工作条件，如工作温度、工作压力、介质性质及使用环境等，使所选择材料的机械性能、耐腐蚀性能、工艺性能及经济性相协调。(1)机械性能指标要求下一页返回11.4典型设备及装置的选材强度和塑性是选用化工设备材料时应考虑的主要机械性能指标。强度指标是确定设备壁厚的基本参数，一般强度指标要求为:中、低压设备的屈服极限为235~345MPa;直径较大、压力较高的零部件，屈服极限在400MPa以上;操作温度超过400℃时，选材时还需考虑材料的蠕变强度和持久强度。塑性既是压力加工性能指标，也是安全储备指标。塑性变形有缓和应力集中、削弱应力峰的作用，产生的应变强化可以在一定程度上抵抗超负荷。当受到过载或意外冲击时，材料将产生塑性变形而不会断裂。因此，一般要求压力容器用碳钢和锰钢的延伸率δ不低于16%、合金钢的不低于14%。上一页下一页返回11.4典型设备及装置的选材

(2)耐腐蚀性要求化工设备往往在酸、碱、盐及各种活性气体等介质中工作，其失效原因多为腐蚀。因此，化工设备应根据腐蚀介质和具体工作条件选择材料。

(3)工艺性能要求工艺性能主要指焊接性、压力加工和热处理性能。化工设备的破坏大都是由焊接缺陷引起的，因此，良好的焊接性是化工设备用钢的一项极其重要的工艺性能。对于碳钢和低合金钢，含碳量越低，越不易产生焊接裂纹，可焊性越好。因此，有关规程规定，含碳量大于0.24%的钢不得用于焊制压力容器。上一页下一页返回11.4典型设备及装置的选材

(4)经济性要求化工设备的中、高压容器应优先选用低合金结构钢(16MnR,15MnVR)。这是因为，普通低合金结构钢的强度比碳钢的高很多，且塑性及焊接加工工艺性能优于不锈钢的，但其价格却与碳钢的接近，相对较低，满足了经济性的要求。此外，以刚度为主要性能指标的常、低压容器或在某些承受疲劳载荷作用的场合，也不宜采用强度级别高的材料。最后，应综合考虑以上各原则，选用相应的化工设备用材料。常用的化工设备零部件材料见表11-5。2.压力容器的选材及工艺分析上一页下一页返回11.4典型设备及装置的选材压力容器是化工机械的主要设备之一，是对安全性有较高要求的密封容器。压力容器的运行条件苛刻，制造工艺复杂。容器一旦破坏，后果极其严重。从容器的使用安全性来进行选材，是预防容器发生破坏事故，确保其安全运行的主要措施之一。

(1)压力容器的结构及安全性压力容器的外形大多为圆柱形，少数为球形或其他形状。圆柱形压力容器通常由筒体、封头、接管、法铸、密封元件以及支座等零部件组成，如图11-11所示。筒体一般由单层钢板卷成圆柱形焊制而成，直径较小的厚壁压力容器的筒体往往采用整体锻造的方法。压力容器可能发生脆性破坏、疲劳破坏、腐蚀破坏等多种不同形式的失效。上一页下一页返回11.4典型设备及装置的选材脆性破坏时，容器的工作应力远低于材料的屈服强度，并且破坏前无明显的塑性变形征兆，容易造成突发事故。疲劳破坏、应力腐蚀破坏和氢腐蚀破坏的形式与脆性破坏的相似，因此，压力容器的破坏会导致十分严重的后果。历史上曾多次发生造成百人伤亡的压力容器爆炸事故。若是装有易燃或有毒物品的容器发生破坏，这些物品向外扩散，还将引起化学爆炸、着火燃烧或恶性中毒等连锁反应。所以，安全性是压力容器最重要的质量特性。为保证压力容器的安全性，各国都根据本国国情，针对压力容器的设计、制造、检验和使用等，制定了系列的标准、规范和技术条件。压力容器的选材同样也遵守相关的标准和规定。上一页下一页返回11.4典型设备及装置的选材

(2)常用压力容器的选材1)碳素钢和低合金结构钢的选择当压力容器设计压力较小，直径较大时，尽量选用碳素钢。当设计压力较大时，应根据容器的具体工作条件(如温度、压力)和制造加工要求来选用适当强度级别的低合金结构钢，如16MnR,15MnVR,13MnNiMoNbR,07MnCrMoVR等。制造单层卷焊高压厚壁容器或中温、高温容器多采用13MnNiMoNbR。07MnCrMoVR的机械性能和焊接性能均好，是制造高参数球形容器的理想用钢。2)高温用钢和低温用钢的选择高温用钢即在高温下使用的压力容器用钢。高温用钢应具有良好的抗氧化性和热强性。上一页下一页返回11.4典型设备及装置的选材常用的高温用钢按温度范围进行选材，具体见表11-6。低温用钢即在低温下使用的压力容器用钢，要求其有足够的韧性，以避免发生低应力脆性破坏。选用低温钢时，钢材的低温冲击功的实际值较标准值应有较大富裕，否则，钢材焊接后，因为热影响区冲击功有较大的下降，设备的低温性能达不到要求。低温压力容器用低合金钢的钢号均标以DR。常用的低温用钢按温度范围进行选材，具体见表11-6。

3)超高压用钢的选择超高压容器，特别是化工超高压容器的工作条件比较苛刻，除了高温、高压外，还常伴有交变载荷或冲击载荷以及介质的腐蚀作用。上一页下一页返回11.4典型设备及装置的选材超高压容器应选韧性好，具有抗疲劳性、抗应力腐蚀与抗腐蚀疲劳性的材料，如中碳镍铬钼(钒)钢30CrNi5Mo(V)。由于承受高压力，超高压容器的筒体和端盖多为整体锻造成形，尺寸较大，锻件偏析严重，应选用酸性平炉或电炉冶炼的镇静钢，最好采用真空冶炼、真空脱气或电渣重熔等先进工艺，以提高钢的纯净度。通常，超高压容器用钢的热处理为调质处理。4)耐蚀钢与抗氢钢的选择根据容器介质腐蚀的特点，必要时，压力容器可选用不锈钢，如晶间腐蚀倾向小的奥氏体不锈钢0Cr18Ni9及1Cr18Ni9Ti，或具有较高应力腐蚀抗力的奥氏体-铁素体双相不锈钢，如OOCr22Ni5Mo3N等。上一页下一页返回11.4典型设备及装置的选材炼油及化工装置的介质中常含氢，在一定温度(200℃~3000C)及压力(30Mpa)下，氢能扩散入钢内，与渗碳体进行脱碳反应生成甲烷，使钢产生晶界裂纹和鼓泡，导致钢的强度和塑性显著降低，并产生严重的脆性，从而产生氢腐蚀。当压力容器介质为富氢气体且工作温度高于200℃时，就应考虑钢材的氢腐蚀问题。(3)压力容器的热处理对压力容器进行热处理可减少和消除焊接应力，改善材料的性能，提高韧性和安全性，有效防止脆性破坏事故的发生。压力容器热处理工艺有正火、调质、焊后去应力退火、去氢处理及稳定化处理等，其中常用的是去应力退火和去氢处理。上一页下一页返回11.4典型设备及装置的选材压力容器制造标准和相关规范对热处理做出了详细的规定，大致分为以下两方面:①规定了实施热处理的条件。②规定了热处理工序的安排顺序和详细的热处理工艺方法。11.4.2热能设备的选材热能设备主要包括锅炉、汽轮机等。这些设备大多在高温、高压和腐蚀介质下长期运行，对所用材料有着较高的要求。根据不同的设备类型及其工作条件合理地选材，是热能设备安全运行的重要保证之一。1.锅炉主要零部件的选材锅炉的主要零部件包括锅炉管道、锅炉汽包、吹灰器以及支撑零件等。上一页下一页返回