课后题《化工设备机械基础》习题解答

《化工设备机械基础》习题解答

第一章 化工设备材料及其选择 一. 名词解释

A组：2-7 图(a)所示支架ABC由均质等长杆AB和BC组成，杆重为G。试求A、B、C处的

约束力。

解：（1）根据题意，画出整个支架ABC的受力图和支架AB的受力图，如图（b）和图（c）所示。

（a） （b） （c）

题2-7图

（2）设两均质杆的长度为l，取整个支架ABC作为研究对象，则有：

?Fx?0，NAX?NCX?0 （1）

由方程（1）解得 NAX?NCX

?Fy?0，NAY?2G?NCY?0 （2）

?MA?0，

?G?l2cos45??G?(lcos45??l2cos45?)?NCY?(lcos45??lcos45?)?0（3） 由方程（3）解得 NCY?G 代入方程（2）得 NAY?G （3）取AB杆为研究对象：

?MB?0， Glcos45??N?2AYlcos45??NAXlsin45?0 Gl2?Gl?NAXl?0

Gl?Gl NAX?2l?G2

?Fx?0， NAX?NBX?0

1

NAX?NBX?G 2?Fy?0， NAY?G?NBY?0

NBY?0

1.蠕变：在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象。或者金属在高温和应

力的作用下逐渐产生塑性变形的现象。

2.延伸率：试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率。

3.弹性模数(E)：材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ=Eε,比例系数E为弹性模数。

4.硬度：金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。

5.冲击功与冲击韧性：冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。冲击韧性是材料在外加

动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。

6.泊桑比（μ）：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。对于钢材，μ=0.3 。 7.耐腐蚀性：金属和合金对周围介质侵蚀（发生化学和电化学作用引起的破坏）的抵抗能力。

8.抗氧化性：金属和合金抵抗被氧化的能力。

9.屈服点：金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。它代表材料抵

抗产生塑性变形的能力。

10.抗拉强度：金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。 B组：

1.镇静钢： 镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂 Si, Al等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。

把FeO中的氧还原出来，生成SiO2和Al2O3。钢锭膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地凝固。钢锭上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。

2.沸腾钢：沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn脱氧，是脱氧不完全的钢。其锭模上小下大，

浇注后钢液在锭模中发生自脱氧反应，放出大量CO 气体，造成沸腾现象。沸腾钢锭中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全锭之中，因而内部结构疏松。

3.半镇静钢：介于镇静钢和沸腾钢之间，锭模也是上小下大，钢锭内部结构下半部像沸

腾钢，上半部像镇静钢。

4.低碳钢：含碳量低于0.25%的碳素钢。

5.低合金钢：一般合金元素总含量小于5%的合金钢。

6.碳素钢：这种钢的合金元素含量低，而且这些合金元素不是为了改善钢材性能人为加入的。

7.铸铁：含碳量大于2%的铁碳合金。

8.铁素体：碳溶解在α-Fe中所形成的固溶体叫铁素体。 9.奥氏体：碳溶解在γ-Fe中所形成的固溶体叫奥氏体。

10.马氏体：钢和铁从高温奥氏体状态急冷下来，得到一种碳原子在α铁中过饱和的固溶体。 C.

2

1.热处理：钢铁在固态下通过加热,保温和不同的冷却方式，以改变其组织、满足所需

要的物理,化学与机械性能，这样的加工工艺称为热处理。

2.正火：将加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间后的工件从炉中取出置于空气

中冷却下来，冷却速度比退火快，因而晶粒细化。

3.退火：把工件加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间，然后随炉一起冷却下来，

得到接近平衡状态组织的热处理方法。

4.淬火：将钢加热至淬火温度（临界点以30～50oC）并保温一定时间，然后再淬火剂中

冷却以得到马氏体组织的一种热处理工艺。淬火可以增加工件的硬度、强度和耐磨性。

5.回火：在零件淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却处理工艺。回火可以降低和消

除工件淬火后的内应力，使组织趋于稳定，并获得技术上所要求的性能。

6.调质：淬火加高温回火的操作。要求零件的强度、韧性、塑性等机械性能都较好时，

一般采用调质处理。

7.普通碳素钢：这种钢含硫,磷等有害杂质较多，要求S≤0.055%，P≤0.045%。普通碳

素结构钢的牌号由代表钢材屈服点的字母、屈服点数值、材料质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成，例如： Q235—A·F。

8.优质碳素钢：含硫,磷等较少（含硫S、磷P均≤0.04%），非金属杂质少，组织均匀，

表面质量较好。

9.不锈钢和不锈耐酸钢：不锈钢是耐大气腐蚀的钢；耐酸钢是能抵抗强烈腐蚀性介质的

钢。不锈耐酸钢是不锈钢和耐酸钢的总称。

10.锅炉钢：有锅炉钢管和锅炉钢板。锅炉钢管主要用作锅炉及某些换热设备的受热面

和蒸汽管路，锅炉钢板则常用于锅炉和其他压力容器的承压壳体。由于锅炉钢常处于中温高压状态，而且还受冲击、疲劳、水和蒸汽的腐蚀作用，以及各种冷热加工，因此，对其性能要求也较高。

D.

1.容器钢：化工生产所用容器与设备的操作条件较复杂，制造技术要求比较严格，对压

力容器用钢板有比较严格的要求。

2.耐热钢：能耐高温的钢，抗氧化性能强且强度大。

3.低温用钢：由于普通碳钢在低温下（-20℃以下）会变脆，冲击韧性会显著下降。因

此用作低温场合的钢要求具有良好的韧性（包括低温韧性），良好的加工工艺性和可焊性的钢。

4.腐蚀速度：评定金属的腐蚀有两种方法。

（1） 根据重量评定金属的腐蚀的速度。它是通过实验的方法测出金属试件在单

位表面积、单位时间腐蚀引起的重量变化。即：

p?p1（g/m2·h） K?0F?tK：腐蚀速度，g/cm2·h； p0：腐蚀前试件的重量，g； p1：腐蚀后试件的重量，g；

F： 试件与腐蚀介质接触的面积，m2；

t ： 腐蚀作用的时间， h；

（2） 根据金属的腐蚀深度评定金属的腐蚀速度。根据重量变化表示腐蚀速度时，

没有考虑金属的相对密度，因此当重量损失相同时，相对密度不同的金属其截面的尺寸的减少则不同。为了表示腐蚀前后尺寸的变化，常用金属厚度减少量，即腐蚀深度来表示腐蚀速度。即：

3

Ka?24?365KK?8.76 （mm/a）

1000?? 式中：Ka：用每年金属厚度的减少量表示的腐蚀速度，mm/a；

ρ：金属的相对密度，g/cm3。

5.化学腐蚀：金属遇到干燥的气体和非电解质溶液发生 化学作用引起的腐蚀。化学腐蚀在金属表面上，腐蚀过程没有电流产生。 6.电化学腐蚀：金属与电解质溶液间产生电化学作用而引起的破坏，其特点是在腐蚀过

程中有电流产生。

7.氢腐蚀：氢气在高温高压下对普通碳钢及低合金钢产生腐蚀，使材料的机械强度和塑

性显著下降，甚至破坏的现象。

8.晶间腐蚀：一种局部的,选择性的破坏。

9.应力腐蚀：金属在腐蚀性介质和拉应力的共同作用下产生的一种破坏形式。

10.阴极保护：把盛有电解质的金属设备和直流电源负极相连，电源正极和一辅助阳极相连。当电路接通后，电源便给金属设备以阴极电流，使金属的电极电位向负向移动，当电位降至阳极起始电位时，金属设备的腐蚀即停止。

二. 指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量 Ａ组 符号意义 钢号 种类 含碳量% 合金元素含量（%） F：沸腾钢 普通碳素甲类钢 — — Q:钢材屈服Q235-A·F 点 普通碳素甲类钢 — — A:甲类钢 Q235-A 优质碳素结构钢 0.2% — g:锅炉钢 20g 普通低合金钢 0.16% <1.5% R:容器钢 16Mn R 普通低合金钢 0.2% MnMo<1.5% — 20MnMo 普通低合金钢 0.16% Mn:<1.5% D:低温钢 16MnDR 普通低合金钢 0.14% Cr:0.9-1.3%;Mo:<1.5% — 14Cr1Mo 铬不锈钢 <0.08% Cr:13% — 0Cr13 奥氏体不锈钢 0.1% Cr:18%;Ni:9%;Ti:<1.5% — 1Cr18Ni9Ti 奥氏体不锈钢 <0.03% Cr:19%;Ni:10% — 00Cr19Ni10 B组： 含碳合金元素含量钢号 种类 符号意义 量% （%） F：沸腾钢 普通碳素乙类钢 — — Q:钢材屈服Q235-B 点 普通碳素甲类容器— — R:容器钢 Q235-AR 钢 普通低合金钢 0.16% Mn:<1.5% g:锅炉钢 16Mng 普通低合金钢 0.18% Nb:<1.5% b:半镇静钢 18Nbb 普通低合金钢 0.18% Mn.Mo.Nb:<1.5% — 18MnMoNbR

4

09MnNiDR 06MnNb 2Cr13 12Cr2Mo1 0Cr18Ni12Mo2Ti 三、选择材料 设备 普通低合金钢 普通低合金钢 铬不锈钢 普通低合金钢 奥氏体不锈钢 Mn.Ni:<1.5% Mn.Nb:

一.、指出下列压力容器温度与压力分级范围 温度分级 常温容器 中温容器 高温容器

温度范围（oC） －20oC ~200oC 壁温在常温和高温之间 壁温达到材料蠕变温度 压力分级 低压容器 中压容器 高压容器 压力范围(Mpa) 0.1≤P＜1.6 1.6≤P＜10 10≤P＜100 5

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