Свойства материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

В современных условиях развития общества одним из основных факторов технологического процесса в машиностроении является совершенствование технологии производства. Коренное преобразование производства возможно в результате создания более совершенствованных средств туда, разработки принципиально новых технологий.

Развитие и совершенствование любого производства в настоящее время связано с его автоматизацией, создание робототехнических комплексов, широким использованием вычислительной техники, применением станков с числовым программным управлением. Все это составляет базу, на которой создаются автоматизированные системы управления, становятся возможными оптимизация технологических процессов и режимов обработки, создание гибких автоматизированных комплексов.

Важным направлением научно - технического прогресса является также создание и широкое использование новых конструкционных материалов. В производстве все шире используется сверхчистые, сверхтвердые, жаропрочные, композиционные, порошковые полимерные и другие материалы, позволяющие резко повысить технический уровень и надежность оборудования. Обработка этих материалов связана с решением серьезных технологических вопросов.

Создавая конструкции машин и приборов, обеспечивая на практике их заданные характеристики и надежность работы с учетом экономических показателей. температура давление коррозионный прочность

Описание технологических процессов основано на их физической сущности и предваряет сведения о строении и свойствах конструкционных материалов. Основные методы обработки конструкционных материалов: литье, обработка давлением, сварка и обработка резанием. Эти методы в современной технологии конструкционных материалов характеризуется многообразием традиционных и новых технологических процессов, возникающих на их слиянии и взаимопроникновении.

Конструкционные материалы выбирают в зависимости от температуры, давления, коррозионного действия среды и эксплуатационных требований к прочности материала.

Огромное значение имеет стоимость материала и его дефицитность, но часто целесообразнее изготовлять аппарат из драгоценного материала, если он обеспечивает длительную эксплуатацию. Такие вопросы решаются базе технико-экономического анализа.

Конструкция и методы производства аппарата значительно зависят от параметров конструкционного материала. Так, железные сварные аппараты, литые аппараты и аппараты из пластических масс значительно различаются по конструкции. Ниже приведены краткие свойства главных материалов хим. и нефтехимического машиностроения.

Чугуны. Сероватый чугун имеет отличные литейные характеристики и просто обрабатывается. Чугунное литье обширно используют для деталей аппаратов -- сальников, стоек, редукторов, трубопроводной арматуры. Из чугуна также изготовляют царги колонн и емкостей аппаратуры на лишнее давление менее 0,8 МН/м2. Коррозионная стойкость сероватого чугуна незначительно выше, чем стали. Чугунные детали не должны иметь острых углов и кромок, стены должны иметь по способности схожую толщину. Сопряжение стен разной толщины следует делать при помощи плавного перехода.

Используют отливки и из особых легированных чугунов. Никелевые щелочестойкие чугуны употребляют в критериях работы аппаратов с концентрированными щелочами при завышенных температурах. Для работы с серной и соляной кислотами используют кремнистый чугун (ферросилид), имеющий чрезвычайно высшую хим. стойкость. Недочеты кремнистого чугуна -- хрупкость, чувствительность к резким колебаниям температуры и трудность обработки резанием. Углеродистые стали. Углеродистые стали -- одни из самых массовых конструкционных материалов хим. и нефтехимического машиностроения. Углеродистую сталь обычного свойства в зависимости от метода выплавки разделяют на мартеновскую, бессемеровскую либо конвертерную. Различают стали кипящие, размеренные и полуспокойные. При выплавке кипящей стали в ней остается больше вредных примесей, вследствие чего же применение ее ограничено.

Правилами Госгортехнадзора и по ОСТ 26-291--71 допускается применение кипящей стали (ВСтЗкп2 по ГОСТ 380--71) в аппаратах, работающих при температуре до 350° С и давлении до 0,07 МН/м2, а при давлении до 1,6 МН/м2 -- при температуре не выше 200° С. При наиболее больших параметрах следует использовать размеренные либо полуспокойные стали. Аппараты, установленные под открытым небом, во почти всех районах СССР зимой подвергаются действию температур ниже --20° С. Данные аппараты нужно изготовлять из марганцовистой стали 16ГС либо 09Г2С, имеющей при минусовой температуре высшую ударную вязкость.

Высоколегированные стали. При наличии сред, вызывающих коррозию, либо при высокой температуре используют кислотостойкие и жаропрочные стали, легированные хромом, никелем, молибденом и другими добавками. Хромистые стали марок 08X13, 08Х17Т и 15Х25Т наиболее дешевенькие, но они плохо свариваются, и применение их для аппаратов, подлежащих контролю Госгортехнадзора, не допускается.

Из кислотостойких и жаропрочных сталей более обширно применяется хромоникелевая сталь марки 12Х18Н10Т (либо 12Х18Н9Т, 08Х18Н10Т). Эта сталь отлично сваривается и обрабатывается; она выдерживает температуру до 600--700° С и устойчива во почти всех корродирующих средах. В неких производствах ее подменяют наиболее экономичной сталью марки 08Х22Н6Т с пониженным содержанием никеля.

Для наиболее томных критерий работы используют стали с присадкой молибдена -- 10Х17Н13М2Т и 10Х17Н13МЗТ. К числу еще больше легированных сталей относится 06ХН28МДТ устойчивая, к примеру, в разбавленной серной кислоте.

Для уменьшения расхода кислотостойких сталей и цветных металлов выпускают двухслойный листовой материал (биметалл), состоящий из 2-ух соединенных слоев-- основного толстого слоя из дешевой углеродистой стали и узкого плакирующего слоя из кислотостойкой стали либо цветного сплава. Толщина плакирующего слоя 2--5 мм. Толщину основного слоя выбирают по условиям прочности.

При сварке биметалла кромку обрабатывают с 2-ух сторон. Двухслойную сталь с плакирующим слоем из стали 12Х18Н10Т либо 10Х17Н13М2Т используют при температуре до 450° С. Сварка углеродистой стали с кислотостойкой возможна; сварной шов выходит довольно крепким, но коррозионная стойкость кислотостойкой стали поблизости сварного шва снижается вследствие диффузии легирующих частей и конфигурации структуры сплава. Потому при таковой сварке сварные швы, в индивидуальности при малой толщине листа, нужно относить ют мест, соприкасающихся с корродирующей средой.

Цветные сплавы. В хим. и нефтяном машиностроении используют медь, алюминий, свинец, титан, никель и их сплавы.

Медь используют для производства ректификационных колонн, емкостной и теплообменной аппаратуры. Для хим. аппаратов используют медь марокМ2иМЗ. Медь устойчива к действию органических кислот и почти всех остальных сред. Наибольшая температура внедрения медных аппаратов +250° С.

Медь -- пластичный материал; медные листы просто вальцуются и гнутся. Медь является ценным конструкционным материалом в технике глубочайшего холода, потому что сохраняет при низких температурах пластические характеристики.

Для производства медных аппаратов используют сварку; при маленький толщине стен (до 2--3 мм), когда электросварка затруднительна, употребляют пайку мягкими и жесткими припоями. Соединения мягкими припоями просто распаять, не нарушая целостности деталей. Твердые припои сплавляются с главным сплавом, и нрав соединения приближается к сварному шву. Пайку, обычно, создают внахлестку.

Алюминий используют для производства аппаратуры, используемой в производствах азотной, фосфорной и органических кислот. Очень допустимая температура для дюралевых аппаратов +150° С. Для соединения частей дюралевых аппаратов используют газовую и электродуговую сварку. Вследствие недостаточной механической прочности алюминия аппараты из него нельзя использовать на завышенное давление.

Свинец имеет высшую стойкость ко почти всем корродирующим средам. Недочет свинца -- низкая термостойкость и низкая механическая крепкость (конструкции из свинца оседают даже под действием своей силы тяжести).

Из свинца изготовляют отдельные части аппаратов (змеевики, некие трубопроводы и т. п.), его используют также для защиты аппаратов. Покрытие делается листовым свинцом либо при помощи наиболее оптимального способа гомогенного освинцевания, при котором на поверхность сплава наносится расплавленный свинец, что обеспечивает неплохую связь между свинцовым покрытием и стенами аппарата.

Гомогенное освинцевание -- чрезвычайно тяжкий и трудозатратный процесс; в настоящее время разрабатываются установки для его механизации. За крайнее время во почти всех отраслях индустрии свинец в значимой степени заменен пластическими массами.

Никель имеет высшую стойкость в расплавленных щелочах и неких остальных корродирующих средах. Он отлично куется и штампуется. Никель -- дорогой материал и потому редко применяется для производства хим. аппаратуры как самостоятельный конструкционный материал. Сплавы на базе никеля, известные под общим названием «хастеллой», имеют чрезвычайно высшую хим. стойкость. Они устойчивы в соляной, серной и горячей фосфорной кислоте.

Титан отлично куется, штампуется и сваривается. По прочности титан практически не уступает стали, а плотность его существенно меньше. Титан стоек в азотной кислоте, в атмосфере мокроватого хлора, разбавленной серной кислоте. Из титана изготовляют отдельные детали машин и аппаратов и целые аппараты. Все наиболее обширное применение титан находит в хим. индустрии.

Неметаллические материалы органического происхождения. Различные полимерные материалы широко используются в хим. машиностроении.

Винипласт относится к термопластичным пластмассам (термопластам), размягчающимся при нагреве и опять затвердевающим при охлаждении. Винипласт отлично поддается всем видам обработки: пластической деформации, сварке, клейке, механической обработке; имеет высшую хим. стойкость практически ко всем кислотам и щелочам (кроме мощных окислителей). Недочет винипласта -- низкая механическая крепкость и низкая термостойкость (до 60° С).

Винипласт выпускается индустрией в виде листов шириной до 20 мм, труб и стержней и применяется для производства трубопроводов, воздуховодов, частей аппаратуры и маленьких аппаратов.

Подобные характеристики имеет иная термопластичная пластмасса -- целофан, все наиболее обширно применяемый в индустрии. Термостойкость целофана также не превосходит 60° С.

Очень многообещающим является полипропилен. По свойствам он близок к целофану, но имеет наиболее высшую теплостойкость -- до 150° С. Фаолит относится к термореактивным пластическим массам (реактопластам). Изделия из реактопластов изготовляются из сырой пластмассы и потом подвергаются полимеризации, после этого поменять их форму пластическим деформированием нереально. Отвержденные фаолитовые изделия отлично поддаются механической обработке; их можно склеивать сырым фаолитом, при этом после отверждения выходит крепкий и плотный шов. Фаолит устойчив почти во всех корродирующих средах и органических растворителях. Температурные пределы внедрения фаолита от --30 до 4-110°G. Из фаолита изготовляют трубопроводы, газоходы, емкостные и колонные аппараты, ванны и разные детали аппаратов. Фторопласт имеет только высшую химическую стойкость и теплостойкость (до 250° С), что делает его очень ценным материалом химического машиностроения.

Фторопласт выпускают в виде листов, пластинок, труб и прутков. Он отлично поддается механической обработке, но не сваривается и с огромным трудом поддается склеиванию. Из фторопласта изготовляют отдельные ответственные детали аппаратов, работающие в корродирующих средах.

Фторопласт имеет чрезвычайно маленький коэффициент трения, потому его удачно используют в качестве набивки для сальниковых уплотнений и втулок подшипников с маленькой перегрузкой. Листовые покрытия резиной и полиизобутиленом. Резины устойчивы во почти всех корродирующих средах. Термическая стойкость резины добивается 90° С. Резиновые покрытия (гуммирование) имеют высшую стойкость к абразивному изнашиванию, вибрации и к резким температурным колебаниям. В зависимости от критерия работы гуммирование делается эбонитом, мягкой резиной либо резиной с подслоем эбонита.

Гуммирование используют для защиты емкостных и колонных аппаратов, центрифуг и отдельных частей аппаратуры -- труб передавливания, мешалок и т. д. Все детали и части аппаратов, подлежащие гуммированию, должны быть просто доступны для монтажа. Все углы должны быть скруглены. Поверхность сплава не должна иметь трещин, раковин и остальных дефектов. Листы резины наклеивают на кропотливо очищенную поверхность аппарата, потом покрытие вулканизуют.

Процесс вулканизации заключается в выдержке резинового покрытия при 100--120° С в течение 15--25 ч. Вулканизацию проводят в котлах (автоклавах) при помощи водяного пара с лишним давлением 0,25 МН/м2. В огромных аппаратах, рассчитанных на это давление,, вулканизацию можно создавать, подавая пар конкретно в аппарат.

Вулканизация огромных аппаратов, не рассчитанных на такое давление, в этом случае проводится при помощи горячего воздуха (либо раствора соли), нагретого до 105--110° С. Вместе с резиной для защиты аппаратов время от времени используют каучукоподобный материал -- полиизобутилен. В отличие от резины полиизобутилен не нуждается в вулканизации, что существенно упрощает нанесение покрытия, но его термостойкость не превосходит 60° С. Нижний температурный предел внедрения полиизобутилена --20° С, что нужно учесть при защите аппаратов, установленных под открытым небом. Не считая того, полиизобутилен чрезвычайно непрочен. При температуре выше 60° С он размягчается и может сползти со стен аппарата, потому полиизобутилен используют традиционно только для защиты маленьких аппаратов, также в качестве непроницаемого подслоя под футеровку.

Материалы на базе графита имеют высшую хим. стойкость и сразу неплохую теплопроводимость, что дает возможность использовать их для теплообменников.

Незапятнанный графит -- пористый материал. Наиболее обширно потому используют графит, пропитанный разными полимерными материалами. Вместе с пропитанными графитами используют материалы, спрессованные из смеси графитового порошка с разными смолами.

Не считая теплообменников, из графитовых материалов изготовляют маленькие аппараты. Плитки на базе графита используют для футеровки аппаратов. Неметаллические материалы неорганического происхождения. Из материалов неорганического происхождения в химическом и нефтехимическом машиностроении используют стекло, фарфор, керамику, природные кислотоупорные камешки и каменное литье. Химическая стойкость всех этих материалов в корродирующих средах и органических растворителях чрезвычайно высока.

Из стекла, фарфора и керамики изготовляют химические аппараты и их части, трубопроводы. Стеклянные и глиняные трубы находят обширное применение в химической индустрии. С другой стороны, из-за хрупкости и механической непрочности указанных материалов ограничено их применение для производства аппаратуры. Из керамики делают маленькие аппараты и насадочные кольца. Крайние используют не совсем только при работе с кислыми средами, да и для нейтральных товаров. Из керамики изготовляют также футерованную плитку.

Из стекла изготовляют маленькие колонные и емкостные аппараты, в основном полупромышленного типа, также змеевики и теплообменники.

Фарфор используют для производства химической аппаратуры сравнимо редко. Главные его преимущества -- высочайшая термостойкость и нечувствительность к температурным колебаниям. Из природных кислотоупорных камешков изготовляют большие кислотные башни. Наиболее обширно используются плавленые кислотоупорные горные породы, Чаще всего диабаз. Из плавленого диабаза изготовляют футерованные плитки, желоба, шары для мельниц и некие детали аппаратов.

Покрытие противокоррозионными лаками -- перхлорвиниловым и бакелитовым -- для защиты химической аппаратуры применяется ограниченно. Лаками защищают традиционно неответственные поверхности, к примеру крышки аппаратов.

Одним из видов противокоррозионной защиты аппаратов является эмалирование. Эмаль представляет собой стекловидное покрытие, имеющее высшую хим. стойкость к кислотам и растворителям. Аппараты, подлежащие эмалированию, должны иметь простую конструкцию и плавные очертания. Недочет эмалевого покрытия -- маленькая крепость. Повреждение в одном месте приводит к скорому разрушению всего покрытия, потому эмалированные аппараты требуют чрезвычайно аккуратного монтажа и бережной эксплуатации. Эмалирование можно использовать для аппаратов, эксплуатируемых при температуре до 250° С.

Конструкционные углеродистые стали и сплавы - это материалы с целой гаммой свойств, и в зависимости от количества примесей обладают теми или иными качествами, как например, прочность, износостойкость, твёрдость, хрупкость. К тому же они сравнительно недороги.

Благодаря этим достоинствам стали -- основной металлический материал промышленности.

Размещено на Allbest.ru