环保设备材料.

1环境保护设备材料本章主要讲环境保护设备常用材料的的基本性能，主要内容：1.1金属材料1.2耐蚀金属材料及性能1.3无机非金属材料1.4高分子材料1.5复合材料1.6噪声控制材料1.7材料的腐蚀与防护1.8环保设备材料选择金属材料高分子材料陶瓷材料复合材料金属基复合材料非金属基复合材料普通陶瓷特种陶瓷工程塑料合成纤维合成橡胶钢有色金属及其合金铸铁环保设备材料1.1金属材料1.1.1金属材料的分类环保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低碳钢中碳钢高碳钢低合金钢中合金钢高合金钢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S≤0.055%；P≤0.045%；优质钢S、P均应≤0.04%；高级优质钢S≤0.03%；P≤0.035%1.1金属材料（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275MPa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235MPa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15Mn、45Mn等。1.1金属材料（3）碳素工具钢这类钢的含碳量较高，一般介于0.65~1.35％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编号：“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12CrNi3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30CrMnSi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20Cr12Ni14WA。1.1金属材料（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：9SiCr钢，其平均含碳量为0.9%，硅和铬的平均含量小于1.5%。碳钢用途举例Q195、Q215，用于铆钉、开口销等及冲压零件和焊接构件。Q235、Q255，用于螺栓、螺母、拉杆、连杆及建筑、桥梁结构。Q275，用于强度较高转轴、心轴、齿轮等。Q345，用于船舶、桥梁、车辆、大型钢结构。08钢，含碳量低，塑性好，主要用于制造冷冲压零件。10、20钢，常用于制造冲压件和焊接件。也常用于制造渗碳件。35、40、45、50钢属中碳钢，经热处理后可获得良好的综合力学性能，主要用制造齿轮、套筒、轴类零件等。这几种钢在机械制造中应用非常广泛。T7、T8钢，用于制造具有较高韧性的工具，如冲头、凿子等。T9、T10、T11钢，用作要求中等韧性、高硬度的刃具，如钻头、丝锥、锯条等。T12、T13钢，用于要求更高硬度、高耐磨性的锉刀、拉丝模具等。合金钢用途举例09MnNb、16Mn、15MnTi钢属低合金结构钢，用于制造桥梁、车辆、锅炉、油罐、建筑结构和化工容器等。14MnVTiRe、14MnMoV、18MnNb、14CrMnMoVB钢用于制造大型船舶、重要桥梁、电站设备及锅炉、化工、石油等中高压容器。20CrMnTi钢，常用于制造汽车、拖拉机上的齿轮。40MnB、40Cr、35CrMo、40CrMnMo钢，用于制造重要调质件，如主轴、曲轴、连连杆和齿轮等机械零件。65Mn、60Si2Mn钢属弹簧钢，主要用于制造截面小于25mm的弹簧，如车箱板簧和机车板簧、扭杆簧等。GCr15、GsiMnMoV钢属轴承钢，主要用于制造滚动轴承的内圈、外圈和滚动体，也可用于制造冷冲模、冷轧辊等。1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti钢，属奥氏体不锈钢，用于制造耐硝酸、冷磷酸、有机酸及盐、碱溶液腐蚀的设备零件。Mn13钢，属耐磨钢，用于制造拖拉机链轨板、挖掘机铲齿、球磨机衬板、铁路道岔等。15CrMo、4Cr10Si2Mo钢，属耐热钢，用于制造在高温下工作的零件或构件。3.钢铁材料的现场鉴别（1）火花鉴别法根据钢铁材料在磨削过程中所出现的火花爆裂形状、流线、色泽、发火点等特点区别钢铁材料化学成分差异的方法，称为火花鉴别法碳是钢铁材料火花的基本元素，也是火花鉴别法测定的主要成分。由于含碳量的不同，其火花形状不同。碳素钢火花的特征①通常低碳钢火花束较长，流线少，芒线稍粗，多为一次花，发光一般，带暗红色，无花粉。碳素钢火花的特征②中碳钢火花束稍短，流线较细长而多，爆花分叉较多，开始出现二次、三次花，花粉较多，发光较强，颜色橙。碳素钢火花的特征③高碳钢火花束较短而粗，流线多而细，碎花、花粉多，分叉多且多为三次花，发光较亮铸铁的火花特征铸铁的火花束很粗，流线较多，一般为二次花，花粉多，爆花多，尾部渐粗下垂成弧形，颜色多为橙红。火花试验时，手感较软合金钢的火花特征合金钢的火花特征与其含有的合金元素有关。一般情况下，镍、硅、钼、钨等元素抑制火花爆裂，而锰、钒铬等元素却可助长火花爆裂。所以对合金钢的鉴别难掌握。一般铬钢的火花束白亮，流线稍粗而长，爆裂多为一次花、花型较大，呈大星形，分叉多而细，附有碎花粉，爆裂的火花心较明亮。镍铬不锈钢的火花束细，发光较暗，爆裂为一次花，五、六根分叉，呈星形，尖端微有爆裂。高速钢火花束细长，流线数量少，无火花爆裂，色泽呈暗红色，根部和中部为断续流线，尾花呈弧状。（2）色标鉴别法生产中为了表明金属材料的牌号、规格等，常做一定的标记，如涂色、打印、挂牌等。金属材料的涂色标志是表示钢号、钢种的，涂在材料一端的端面或端部。碳素结构钢Q235钢为红色；优质碳素结构钢20钢为棕色加绿色，45钢为白色加棕色合金结构钢20CrMnTi钢为黄色加黑色，40CrMo钢为绿色加紫色；铬轴承钢GCr15钢为蓝色；高速钢W18Cr4V钢为棕色加蓝色；不锈钢1Cr18Ni9Ti钢为绿色加国蓝色；热作模具钢5CrMnMo钢为紫色加白色。（3）断口宏观鉴别法低碳钢:不易敲断，断口边缘有明显的塑性变形特征，有微量颗粒；中碳钢:断口边缘的塑性变形特征没有低碳钢明显，断口颗粒较细、较多；高碳钢:断口边缘无明显塑性变形特征，断口颗粒很细密；铸铁:极易敲断，断口无塑性变形，晶粒粗大，呈暗灰色。（4）音色鉴别法根据钢铁敲击时发出的声音不同，以区别钢和铸铁的方法称为音色鉴别法。敲击时，发出比较清脆声音的材料为钢，发出较低沉声音的材料为铸铁。（5）其它鉴别方法一般还可采用化学分析、金相检验以及硬度试验等手段进行鉴别使用性能工艺性能热处理性能成型工艺性能焊接性能切削加工性能压力加工性能机械（力学）性能化学性能金属材料的基本性能物理性能1.1.2金属材料的基本性能1.1.2金属材料的基本性能。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）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。1.1.2金属材料的基本性能（3）磷（P）也是一种有害元素。磷能全部溶于铁素体中，使强度和硬度增加，会导致塑性和冲击韧性的显著降低。使材料在低温变脆，产生“冷脆”现象。在某些特殊用途钢中，如含磷的铜钢，可以提高在大气中的耐蚀性。（4）锰（Mn）一种有益元素。锰是炼钢时作为脱氧剂和合金元素加入钢中的。由于锰可以和硫形成高熔点(1600℃)的硫化锰，能减轻硫的有害作用，并能提高钢的强度和硬度，是低合金钢中的常见元素。（5）硅（Si）一种有益元素。作为脱氧剂和合金元素加入钢中的。能使钢的强度、硬度、弹性提高，而塑性、韧性降低。硅作为合金元素，可以提高钢的耐蚀性和耐热性，但过量的硅会恶化钢的热加工工艺性能。1.1.2金属材料的基本性能2.材料的使用性能（1）化学性能化学性能是指它在所处介质中的化学稳定性。包括抗氧化性和耐腐蚀性。抗氧化性是指材料在加热、光照时抵抗氧化作用的能力。耐腐蚀性是指材料在使用工艺条件下抵抗氧、水蒸气及其他腐蚀性介质侵蚀破坏作用的能力。1.1.2金属材料的基本性能（2）物理性能密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性以及弹性模量等。①密度:单位体积物质的质量称为该物质的密度。②熔点:物质从固态向液态转变时的温度称为熔点。③导热性（导热系数）是指当温度梯度（温度差与器壁厚度的比值）为1K/m，每小时通过每平方米传热面积传过的热量，单位为W/(m·K）。④导电性:传导电流的能力称导电性。用电阻率衡量，单位是Ω·cm。⑤热膨胀性:材料随温度变化而膨胀收缩的特性称为热膨胀性。用线膨胀系数αL和体积膨胀系数αV表示线膨胀系数是指材料在温度变化1℃时单位长度的伸缩变化值，αV=3αL⑥弹性模量:是材料在弹性极限内应力与应变的比值。1.1.2金属材料的基本性能（3）机械性能（力学性能）材料的机械性能主要是指材料在外力（外加载荷）作用下抵抗外力所表现出来的性能包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等古代建筑结构传统具有柱、梁、檩、椽的木制房屋结构建于辽代（1056年）的山西应县佛宫寺释迦塔，塔高9层共67.31米，用木材7400吨，900多年来历经数次地震不倒，现存唯一木塔2200年以前建造的都江堰安澜索桥建于隋代（605年）的河北赵州桥，桥长64.4米，跨径37.02米，用石2800吨桥梁结构航空航天四川彩虹桥坍塌美国纽约马尔克大桥坍塌1.1.2金属材料的基本性能试件和实验条件：常温、静载1.1.2金属材料的基本性能仪器压力实验机游标卡尺应力应变曲线比例极限σp弹性极限σe屈服极限σs抗拉强度σb滑移线1.1.2金属材料的基本性能1）材料的强度强度是材料抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度。根据载荷