工信版（中职）化工设备机械基础（6章）电子课件

YCF （中职）化工设备机械基础（6章）电子课件 1 6. 实验与分析 6．1 钢材的机械性能实验与分析 化工设备所用材料需要有一定的强度、刚度、塑性、韧性等；各种材料的这些机械性能可以通过实验获知。例如： 碳钢的拉伸实验 （1）试验步骤 先准备好试件 装夹在试验机上 开机实验 观察现象，记录数据 进行分析 （2）实验过程、观察、记录 在材料实验机上夹住试件两头，进行拉伸。拉力（称为载荷）逐步增大，试件变形，长度略有伸长，横截面积略有缩小，最后被拉断。 其中，脆性材料被拉断后的形状，端口齐平，没有肉眼可见的变形，是突然脆性断裂。 装在材料实验机上的自动记录绘图设备会记下载荷P与试件有效段的伸长量△L之间的对应关系，并绘出坐标图，以供分析研究。 其中，塑性材料的拉伸曲线图： （3）实验分析 纵坐标是力，横坐标是变形量。为了消除试件粗细的影响，将纵坐标换为试件内部单位横截面积上所受到的力，称为内应力，简称应力，符号取σ，单位是N/mm2，但工程上一般用MPa表示，即1MPa = 1 N/mm2。若试件的横截面积为A，则应力 σ=P/A [MPa] 为了消除试件长短的影响，将横坐标换为单位长度材料的相对伸长量，即试件有效部分的伸长量△L /试件有效部分长度L，称为应变，符号ε，其值为ε=△L /L。这样作出的σ—ε曲线称为材料的应力——应变曲线，它消除了试件尺寸的影响，更能反映出材料被拉伸时的实质。 材料拉伸实验的目的： ——认识材料性能； ——确保设备工作时零件不发生断裂，也不产生过大变形。 由于不可能对所有零件做拉断试验，所以要将分析计算得到的零件的应力σ控制在某个允许值以内，这个值称为许用应力，符号[σ]。也就是说，要保证 σ≤[σ] 由于要有一定的安全储备或安全裕量，所以许用应力[σ]比弹性阶段的最大应力小。 通过实验可确定[σ]，通过以下分析可确定σ。 一物体在F力作用下处于平衡状态，但物体被拉伸（拉长），物体中有应力存在。 物体的应力可用“截面法” 求出：假设用一个平面截开物体，原来物体内部的相互作用力——内力被显现出来（FN），这是另一半物体对这一半物体的作用力，是物体内部两部分之间的相互作用力。 这个内力与外力F相平衡。如果该物体的横截面积为A，则 FN=σA 或 σ=FN/A=F/A 于是，物体或零件受拉伸时的强度条件为 σ= F/A ≤[σ] 低碳钢、高碳钢、铸铁的冲击实验 以很快的速度作用于零件上的载荷称为冲击载荷。许多机械零件在工作时会遇到冲击载荷。如火车开车、刹车，改变速度时，车辆间的挂钩、连杆以及曲轴等都将受到冲击。刹车急，起动猛，冲击力就大。还有一些机械本身就是利用冲击载荷工作的，如锻锤、冲床、冲击电钻（锤）、凿岩机、铆钉枪等，其中一些零件必然要受到冲击。承受冲击载荷的零件要具有承受冲击载荷的能力——冲击韧性。 金属抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力称为冲击韧性。 为确定金属材料的冲击韧性值，常采用一次摆锤冲击弯曲试验。 试验时，先将被测金属加工成一定的标准试样，然后放在试验机的支座上，将具有一定重量的摆锤举至一定的高度，使之获得一定的能量，再落下摆锤，冲断试样。 试验机表盘上指出了冲击功的大小。用冲击功除以试样缺口处的截面积，就得到冲击韧性的值。 材料冲击韧性越差，冲断时消耗的冲击能量就越小，表明材料就越脆，在使用中越容易断裂。 冲击韧性的大小与温度有关，有些材料在室温(20℃)试验时并不显示脆性，但在较低温度试验时可能发生脆性断裂。化工生产中有些压力容器就是要在很低的温度下使用，要特别注意材料在使用温度下的性能。为了确定金属材料由塑性状态向脆性状态变化的倾向，可用不同温度的试件测定冲击韧性，将试验结果绘成坐标图。 冲击韧性值随温度的降低而减小，在某一温度范围时，冲击韧性显著降低，材料呈现脆性，这个温度范围称为脆性转变温度范围，脆性转变温度愈低，材料的低温冲击性能愈好。 材料的冲击韧性对压力容器的安全性具有重要意义。 6．3 材料的晶相组织观察实验 观察晶相组织（或对晶相组织显微镜下照片的观察），了解金属材料是由复杂的晶体组织组成的；知道不同的晶体组织是使金属材料显现不同机械性能的物理基础和化学基础；人们可以用不同的化学方法和物理方法得到不同性能的金属材料，以满足工程上对材料的不同要求。 这里有学问 对钢铁材料而言，可以