《水工藝設(shè)備基礎(chǔ)》第一章.ppt

1、水工藝設(shè)備基礎(chǔ),2011.9,付英,給水排水工程專業(yè)基礎(chǔ)課程,土木建筑學(xué)院,緒 論,課程的誕生 課程設(shè)置背景 課程的性質(zhì)與任務(wù) 課程涉及的知識(shí)點(diǎn) 課程教學(xué)基本要求 教材建設(shè) 課程的教學(xué)安排 八. 參考資料,內(nèi)容:,第一篇 基礎(chǔ)知識(shí),第1章 水工藝設(shè)備常用材料,主要內(nèi)容： 1.1 金屬材料 1.2 無機(jī)非金屬材料 1.3 高分子材料 1.4 復(fù)合材料 重點(diǎn)與難點(diǎn) 水工藝設(shè)備常用材料的種類、基本性能與特點(diǎn)；如何根據(jù)材料的性能、特點(diǎn)和水工藝設(shè)備要求，確定不同材料的適用條件和范圍。,1.1金屬材料,鋼 碳鋼: 合金鋼(不銹鋼)：,1.1.1 金屬材料的分類 碳鋼、鑄鐵、合金鋼

2、、不銹鋼、有色金屬。,1.1金屬材料,1、鋼的分類（化學(xué)成分、質(zhì)量、用途） （1）按化學(xué)成分分類,1.1 金屬材料,（2）按質(zhì)量分類 按鋼中硫（S）和磷（P）的含量可分為：,普通鋼 優(yōu)質(zhì)鋼 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼,1.1 金屬材料,（3）按用途分類 結(jié)構(gòu)鋼 工具鋼 特殊性能鋼,1.1 金屬材料,2、鋼的編號(hào) 編號(hào)要求： 1、用簡(jiǎn)明符號(hào)將鋼中所含元素的百分?jǐn)?shù)表示出來。 2、通過編號(hào)說明鋼的性能特征。 編號(hào)分類： 1、字母和數(shù)字（中國、德國、日本等） 2、數(shù)字（美國）,（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 （3）碳素工具鋼 （4）合金結(jié)構(gòu)鋼 （5）合金工具鋼,1.1 金屬材料,1.1.2 金屬材料的基本性

3、能 物理性能 機(jī)械性能 化學(xué)性能 工藝性能,化學(xué)成分,1.1 金屬材料,水工藝與工程中容器和設(shè)備主要零部件的制造工藝過程主要包括： 焊接 鍛造 切削 沖壓彎曲 熱處理,（1）可焊性 （2）可鍛性 （3）切削加工性 （4）成型工藝性 （5）熱處理性能,1.2 無機(jī)非金屬材料,1.2.1 陶瓷材料 1.2.1.1分類 (1) 傳統(tǒng)陶瓷：以粘土為主要原料：工業(yè)、日用。 (2) 玻璃：工業(yè)玻璃，建筑玻璃，日用玻璃 (3) 玻璃陶瓷：光學(xué)玻璃陶瓷，耐熱耐蝕微晶玻璃 (4) 特種陶瓷：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷。有特殊物理、化學(xué)、機(jī)械性能。（耐蝕陶瓷、高溫陶瓷、電容器陶瓷、壓電陶瓷、電光陶瓷）。 (5) 金

4、屬陶瓷：粉末冶金法生長的金屬材料（制粉、成形、燒結(jié)）,硅酸鹽材料,1.2 無機(jī)非金屬材料,1.2.1.2 陶瓷基本性能： （1） 機(jī)械性能 （2）物化性能 剛度 硬度 強(qiáng)度 塑性 韌性或脆性,熱膨脹 導(dǎo)熱性 熱穩(wěn)定性 化學(xué)穩(wěn)定性 導(dǎo)電性,1.2 無機(jī)非金屬材料,（1） 機(jī)械性能 剛度 硬度 強(qiáng)度 塑性 韌性或脆性,1.2 無機(jī)非金屬材料,剛度：由彈性模量(反映結(jié)合鍵的強(qiáng)度)衡量。陶瓷剛度在各類材料中最高，比金屬材料高若干倍，比高聚物高24個(gè)數(shù)量級(jí)。 硬度：由化學(xué)鍵強(qiáng)度決定。陶瓷在各類材料中硬度最高-最大特點(diǎn)。其硬度隨溫度升高而降低，但在高溫下仍能保持較高數(shù)值。 強(qiáng)度：實(shí)際強(qiáng)度比理論值低很多，其

5、破壞作用比在金屬中更大。,1/100-1/20,彈性模量=應(yīng)力 / 應(yīng)變。 彈性模量是指材料在外力作用下產(chǎn)生單位彈性變形所需要的應(yīng)力。它是反映材料抵抗彈性變形能力的指標(biāo)，相當(dāng)于普通彈簧中的剛度。 彈性模量可視為衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的指標(biāo)，其值越大，使材料發(fā)生一定彈性變形的應(yīng)力也越大，即材料剛度越大，亦即在一定應(yīng)力作用下，發(fā)生彈性變形越小。,1.2 無機(jī)非金屬材料,塑性：在室溫下幾乎無塑性。 陶瓷晶體開始塑性變形的溫度很高，因此有很高的高溫強(qiáng)度。 韌性或脆性：陶瓷受載時(shí)不發(fā)生塑性變形，在較低的應(yīng)力下就會(huì)斷裂，因此韌性極低或脆性極高。脆性是陶瓷的最大缺點(diǎn)，是阻礙其作為結(jié)構(gòu)材料廣泛應(yīng)用的首要

6、問題，是當(dāng)前的重要研究課題。,1.2 無機(jī)非金屬材料,（2）物化性能 熱膨脹 導(dǎo)熱性 熱穩(wěn)定性 化學(xué)穩(wěn)定性 導(dǎo)電性,1.2 無機(jī)非金屬材料,熱膨脹：溫度升高時(shí)物質(zhì)原子振動(dòng)振幅提高、原子間距增大所導(dǎo)致的體積長大現(xiàn)象。陶瓷的線膨脹系數(shù)比高聚物低，也比金屬低很多。 導(dǎo)熱性：陶瓷的導(dǎo)熱性比金屬小，是較好的絕熱材料。 熱穩(wěn)定性：即抗熱振性，指在不同溫度范圍波動(dòng)時(shí)的壽命，常用在水中急冷且不破裂所能承受的最高溫度來表征。陶瓷熱穩(wěn)定性很低，比金屬低很多。這是陶瓷的另一個(gè)主要缺點(diǎn)。,1.2 無機(jī)非金屬材料,化學(xué)穩(wěn)定性：陶瓷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。具有很好的耐火性能或不可燃燒性，對(duì)酸、堿、鹽等腐蝕性很強(qiáng)的介質(zhì)均有較強(qiáng)的抗蝕能力

7、。 導(dǎo)電性：導(dǎo)電性變化范圍很寬。多數(shù)陶瓷是良好的絕緣體。 但不少陶瓷既是離子導(dǎo)體，又有一定的電子導(dǎo)電性，是重要的半導(dǎo)體材料(ZnONiOFe3O4)。,1.3 高分子材料,一、高分子化合物概念 高分子化合物：指分子量很大的化合物。分子量 大多在5103106之間。 工業(yè)用高分子化合物：工程上認(rèn)為，只有具備較 好的強(qiáng)度、彈性和塑性等機(jī)械性能的高分子 化合物才是工業(yè)用高分子化合物。,有機(jī)高分子,天然 人造,1.3 高分子材料,高分子化合物的每個(gè)分子是由一種或幾種簡(jiǎn)單的低分子化合物(單體)連接起來組成的，其性能主要決定于構(gòu)成高分子的單體、鏈節(jié)結(jié)構(gòu)、聚合度等。,不要,1.3 高分子材料,二、高分子化合

8、物的合成 是將單體通過聚合反應(yīng)聚合起來形成化合物的過程。故高分子化合物也稱為聚合物或高聚物。,加聚反應(yīng) 縮聚反應(yīng),最常見的聚合反應(yīng),1.3 高分子材料,加聚反應(yīng)：指一種或多種單體相互加成而連接成聚合物的反應(yīng)，無副產(chǎn)物； 均聚反應(yīng)：只有一種單體 共聚反應(yīng)：兩種或兩種以上單體 如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和合成橡膠等。 縮聚反應(yīng)：指一種或多種單體相互混合而連接成聚合物，同時(shí)析出（縮去）其它低分子物質(zhì)（如水、氨、醇、鹵化氫等）的反應(yīng)。 均縮聚：只有一種單體 共縮聚：兩種或兩種以上單體 如滌綸、尼龍、聚碳酸酯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚酯、有機(jī)硅樹脂等。,80%,1.3 高分子材料,三、高

9、分子材料的分類和命名 1、分類 按來源：天然高分子、合成高分子； 按大分子鏈的幾何形狀：線型、支鏈型、體型； 按大分子鏈的排列特點(diǎn)：無定型和晶態(tài)兩種； 按極性：極性和非極性兩種； 按照實(shí)際用途：塑料、橡膠、纖維和膠粘劑等。,大分子主鏈全部由飽和碳鏈或雙鍵不飽和碳鏈組成（如聚烯烴、聚二烯烴）-C-C-C-C-C- 或 -C-C=C-C- 大分子主鏈中除碳原子外，還含有氧、氮、硫、磷等其它原子：-C-C-O-C-， -C-C-N-C-， 或 -C-C-S-C-,1.3 高分子材料,按照化學(xué)組成（最本質(zhì)和最重要）： 碳鏈有機(jī)聚合物： 雜鏈有機(jī)聚合物：,彈性,不透氣性,耐火、耐熱性,元素有機(jī)聚合物:

10、無機(jī)聚合物：,主鏈主要由硅、鈦、鋁、硼、氧等構(gòu)成，如：-O-Si-O-Si-O- ，其側(cè)基一般為有機(jī)基團(tuán)（碳鏈）。 主鏈和側(cè)基均由無機(jī)元素或基團(tuán)構(gòu)成。 硅酸鹽玻璃、陶瓷、云母、石棉等都屬于無機(jī)聚合物。,1.3 高分子材料,2、命名 由化學(xué)結(jié)構(gòu)命名 由原料單體命名 采用商品名稱和代表符號(hào),1.3 高分子材料,四、高分子材料的性能 （ 1 ）重量輕 （ 2 ）高彈性 （ 3 ）滯彈性 （ 4 ）塑性與受迫彈性 （ 5 ）強(qiáng)度與斷裂 （ 6 ）韌性 （ 7 ）減摩、耐磨性 （ 8 ）絕緣性 （ 9 ）耐熱性,1.3 高分子材料,五、常用塑料 高分子材料主要包括合成材脂、合成橡膠和合成纖維三大類。 1

11、、塑料組成 塑料是指以有機(jī)合成樹脂為主要組成材料，與其他配料混合，通過加熱、加壓塑造成一定形狀的產(chǎn)品。 組成塑料的物質(zhì)主要包括： 合成樹脂 填料 固化劑 增塑劑 穩(wěn)定劑 潤滑劑 著色劑 阻燃劑,68%,1.3 高分子材料,2、常用塑料的分類及特性 （1）按照熱性能分： 熱塑性塑料：加熱時(shí)軟化，可塑造成形，冷卻后則變硬。線型聚合物。該過程可反復(fù)。典型品種有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚礬等。 優(yōu)點(diǎn)：加工成形簡(jiǎn)便，具有較高的機(jī)械性能； 缺點(diǎn)：耐熱性和剛性比較差。 熱固性塑料：初加熱時(shí)軟化，可塑造成形，但固化之后再加熱，將不再軟化，也不溶于溶劑。體型聚合物。典型品種有

12、酚醛、環(huán)氧、氨基、不飽和聚酯、以及由聚鄰苯二甲酸二丙烯樹脂制成的塑料等。 優(yōu)點(diǎn)：耐熱性高，受壓不易變形等； 缺點(diǎn)：機(jī)械性能不好，但可加入填料，制成層壓塑料或模壓塑料，以提高強(qiáng)度。,1.3 高分子材料,六、橡膠 天然橡膠： 合成橡膠：,彈性和抗切割性好 耐蝕性好,1.4 復(fù)合材料,一、概述 1、概念 復(fù)合材料是由兩種或更多種的物理和化學(xué)本質(zhì)不同的物質(zhì)，人工制成的一種多相固體材料。 可改善或克服組成材料的弱點(diǎn)，充分發(fā)揮它們的優(yōu)點(diǎn)。 可按照零部件、構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和受力要求，給出預(yù)定的、分布合理的配套性能，進(jìn)行材料的最佳設(shè)計(jì)。 造成單一材料不易具備的性能或功能，或在同一時(shí)間里發(fā)揮不同功能的作用。,1.4 復(fù)合材料,2、分類 復(fù)合材料為多相或多組成體系，全部相可分為兩類，一類為基體相，主要起粘結(jié)劑作用；另一類為增強(qiáng)相，起提高強(qiáng)度或韌性的作用。 復(fù)合材料可由金屬、高聚物和陶瓷中任意兩者人工合成，也可由多