Основные конструкционные материалы и их выбор. При выборе материала для изготовления аппаратов и трубопроводов учитываются прочностные характеристики, теплофизические свойства, стоимость, коррозийная стойкость, удобство обработки.
Металлы
Стали – основная и важнейшая группа конструкционных материалов на основе железа. Они прочны, вязки, способны выносить динамические нагрузки, свариваться. Они дешевы и доступны. Стали бывают углеродистые и легированные, т.е. с добавками других металлов, например: хрома, никеля, молибдена, титана, марганца и вольфрама.
Хром улучшает износостойкость, повышает коррозийную стойкость и делает сталь жаропрочной.
Никель – повышает пластичность и прочность и т.д.
Легирующие элементы обозначаются следующими буквами: Х – хром; Н – никель; М – молибден; Г – марганец; С – кремний; Т – титан; Д – медь; Ю – алюминий. Например, сталь Х18Н12М2Т содержит углерода менее 0,1%, хрома – 18%, никеля – 12%, молибдена – 2%, титана менее 1%.
Стали соединяются сваркой (дуговой и автогенной).
Чугуны
При содержании в сплаве железа углерода до 2,8 – 3,7 % получаем чугуны, которые не пластичны и детали из них изготавливают только отливкой. Чугуны обозначаются СЧ (серый чугун). Применяются при температуре не более 250 oС, умеренно стойки к химически агрессивным средам, намного дешевле стали. Низко легированные стали и чугуны называются черными металлами.
Цветные металлы и сплавы.
Чаще всего применяется алюминий, медь, титан, никель, свинец, а так же сплавы на их основе латуни, бронзы. Стойкость к воздействию агрессивной среды зависит от их чистоты.
Алюминий химически стоек к действию азотных, сернистых соединений и паров серы, фосфорной, уксусной. Имеет малую плотность, высокую теплопроводность, однако плохо сваривается и обрабатывается. Применяется для аппаратов, работающих при температуре до 200 oС.
Медь – хорошо прокатывается, штампуется; плохо обрабатывается, режется; соединяется сваркой, пайкой, клепкой. Устойчива к щелочам, применяется для аппаратов пищевой промышленности, а также аппаратов, работающих в установках глубокого холода при температуре до 250 oС. Прочность и теплопроводность при этом резко возрастают.
Титан – приближен по прочности к стали, но имеет значительно меньшую плотность. Химически стоек против азотной кислоты, нитратов, хлоридов, сульфидов, фосфорной кислоты.
Латунь – сплав меди с цинком (20 – 55% цинка) обладает более высокой коррозийной стойкостью, чем чистая медь, высокой теплопроводностью.
Бронза – сплав меди с оловом, кремнием, марганцем, никелем. Применяется для ответственных деталей (наружные манометры).
Пластмассы
Пластмассы обладают высокой коррозийной стойкостью, отсутствием электрохимической коррозии как у металлов, низкой плотностью. Хорошо обрабатывается литьем, штамповкой. Механическая прочность в сочетании со стекловолокном превосходит прочность стали. Часть пластмасс не проводит электрический ток (диэлектрики). Недостатки – невысокая термостойкость, способность поглощать воду и набухать.
Пенопласт – вспененная пластмасса, хороший теплоизоляционный материал.
Полиэтилен – обладает высокой химической стойкостью, хорошими диэлектрическими свойствами и морозостоек (трубы, шланги).
Полипропилен – обладает большей морозостойкостью, чем полиэтилен. Используют для изготовления труб и в качестве защитных свойств к футеровке.
Полистирол – диэлектрические свойства, прозрачен, водостоек.
Фторопласты – (3,4) очень коррозийно стоик ко всем минеральным и органическим кислотам. Менее стоик к расплавленным щелочам. Сохраняет гибкость при to от -250 o до 250 o по этому применяется для уплотнения прокладок.
Полиметилметакрилат – оргстекло
Стеклопластики – пластмассы армированные стекловолокном
Стекло – реакционный аппарат до 200 л для особой частоты трубопроводов для соляной кислоты и так далее.