材料选用

材料选用（通用12篇）

材料选用 篇1

在机械加工中, 合理地选择使用材料不但应研究材料性能可适应零件的工作条件, 使零件耐用, 还要求材料具有加工工艺性能和经济性, 以提高机械零件的生产率和降低成本等。

一、机械加工工艺规程的要求与选材方法

(一) 机械加工工艺规程的要求

1) 技术上的先进性。这是指高质量、高效益的获得并非建立在提高工人劳动强度和操作手艺的基础上, 而是依靠运用技术措施来保证的。在制订工艺规程时, 要了解国内外同类工艺技术的发展, 尽可能应用先进的工艺和装备。2) 经济上的合理性。对产品质量要求的工艺方案, 要进行成本核算或评选, 选择经济上最合理的方案, 使产品成本最低。3) 良好的劳动条件, 防范环境污染。在制订工艺规程时, 要保证员工具有良好而安全的劳动条件, 采用先进技术措施, 把员工摆脱体力劳动。并符合国家环境保护法的规定。

(二) 选材方法

要满足零件主要的性能要求。同时也要考虑其他方面性能的要求。

1) 在以要求较高综合性能为主时, 其选材在机械制造中有相当多的结构零件, 如轴、杆、套类零件等, 在工作时都不同程度地承受着静、动载荷的作用, 它们的失效形式多数表现为变形失效和断裂失效, 因此, 零件要求具良好的综合力学性能。2) 在以疲劳强度为主时的选材, 疲劳破坏是零件在交变应力作用下一般的破坏形式, 如发动机曲轴、齿轮、弹簧及滚动轴承等零件的失效, 通常是由于疲劳破坏引起的。3) 在以抗磨损为主时的选材。磨损较大、受力较小的零件, 它的一般失效形式是磨损, 因此材料要具有高的耐磨性。如钻套、各种量具、刀具、顶尖等, 应选择高碳钢或高碳合金钢, 进行淬火和低温回火处理, 获得高硬度的回火马氏体和碳化物组织, 可以满足耐磨要求。同时, 受磨损及交变应力作用的零件, 它的一般失效形式是磨损, 过量的变形与疲劳断裂。

二、选用材料的要求

(一) 使用性要求

这是材料所提供的使用性能指标对零件功能和寿命的实现程度。零件在一般情况下, 要实现设计规定的功能, 可以实现预期使用寿命。

(二) 工艺性要求

铸造工艺性主要是流动性、收缩性、热裂倾向性、偏折性及吸气性等;锻造工艺性主要是可锻性、冷徽性、冲压性、锻后冷却等;焊接工艺性是指焊接性, 即焊接接头出现工艺缺陷的敏感性及使用性能;刃切削加工工艺性是材料接受切削加工的能力。包括:刀具耐用度、断屑力等;粘结固化工艺性即:高分子材料、陶瓷材料、复合材料及粉末冶金制品, 它的粘结固化性是重要的工艺指标;热处理工艺性主要是淬透性、变形开裂倾向、过热敏感性、回火脆性倾向、氧化脱碳倾向等。

(三) 经济性要求

材料本身价格要低。一般条件下材料的直接成本为产品价格的30%~70%;材料加工费用应低。非金属材料加工性能好于金属材料, 有色金属的加工性能好于钢, 钢的加工性能好于合金钢。高材料利用率和再生利用率。在加工中尽可能选用少切屑和无切屑新工艺, 科学利用材料。使用过程的经济效益。选材不要片面强调材料费用及制造成本, 要对材料的使用寿命更加重视, 生产的产品不能使用或不能安全使用。

三、毛坯的选择

毛坯的确定, 既影响毛坯制造, 影响机械加工。在确定毛坯时, 既要重视热加工的因素, 又要兼顾冷加工方面的要求, 以从确定毛坯环节降低零件的制造的成本。

(一) 机械加工中的毛坯种类

1) 铸件。形状不同的零件毛坯, 应采用铸造方法制造。铸件多数用砂型铸造, 它分为木模手工造型和金属模机器造型。前者铸件精度低, 加工表面余量大, 生产率低, 适合单件小批生产或大型零件的铸造。后者生产率高, 铸件精度高, 而设备费用高, 铸件的重量有一定的限制, 适合大批量生产的中小铸件。少量质量要求较高的小型铸件采用特种铸造, 压力铸造、离心制造和熔模铸造等。2) 锻件。机械强度要求高的钢制件, 通常应使用锻件毛坯。锻件有自由锻造锻件和模锻件。模锻件的精度和表面质量均比自由锻件要好, 锻件的形状也较复杂, 可减少机械加工余量。模锻的生产率比自由锻高, 而需要特殊的设备和锻模, 因此, 适合批量较大的中小型锻件。3) 型材。它按截面形状分为:圆钢、方钢、六角钢、角钢、槽钢及特殊截面的型材。它有热轧和冷拉。前者的型材精度低, 价格便宜, 用在普通零件的毛坯;后者的型材尺寸较小、精度高, 可自动送料, 价格较高, 一般用在批量较大的生产, 适合自动机床加工。4) 焊接件。焊接件是用焊接方法形成的结合件, 其优点:即制造简单、周期短、省材料, 缺点:即抗震性差, 变形大, 应在时效处理后进行机械加工。

(二) 典型零件的选材

轴类零件是影响机械设备的精度和寿命的关键零件。支承回转零件并传递运动和转矩, 它是影响运行精度和寿命的关键件。有车床主轴、带轮的轴等, 火车轴轮、汽车的前轴等, 车床上的光杠等。各种轴的尺寸相差较大, 一般用以承受各种载荷和传递动力。轴的工作条件为:

1) 轴类零件的选材。轴类零件的工作条件:重要件作用是支承回转件并传递运动和动力。影响精度和寿命;轴类零件的失效形式:疲劳、过载断裂、过量变形和轴颈过度磨损;轴类零件的性能要求:选材要有较强的抗拉强度和刚度, 冲击韧性和高的疲劳强度, 对轴颈处受摩擦部要高硬度和耐磨性工艺上刀削加工性和淬火性;轴类零件的使用特点:经锻造或轧制的低碳、中碳钢或合金钢;轴类零件的选材:中速中等载荷选用45钢。锻后正火、调质、局部淬火、回火。2) 齿轮类零件的选材。工作条件:通过齿面接触传递动力, 两齿面相互啮合。有滚动, 又有滑动。在齿表面:受到交变接触压应力及摩擦力的作用。在齿根部:受到交变变曲应力的作用。换挡:受到冲击。安装不良:齿面接触不良。失效形式:轮齿折断、齿面损伤过程塑变, 齿端磨损。性能要求:高的疲劳强度和抗拉强度、高的表面硬度和耐磨性适当的心部强度和足够的韧性。小的淬火变形, 良好的加工性。用材特点:对硬度和耐磨性要求较低, 对冲击韧度要求中, 低速和载荷不在的中, 小型传动齿轮。3) 箱体类零件的选材。一般零件:机床上的主轴箱、变速箱、进给箱和溜板箱、内燃机缸体和缸盖、泵壳、床身、变速机箱体。性能要求:主要受应力, 也受一定的弯曲应力和冲击力。因此具有足够的刚度、抗拉强度和良好的减震性。

对受力较大, 要求高的抗拉强度, 高韧性的选铸钢。对受力不大, 且受静压力, 不受冲击的选用灰铸铁, 相对运动件应选用抗拉强度较高的灰铸铁。受力不大, 要求轻且热导性好的小型箱体件, 可选用铝合金。受力小, 耐蚀以轻件, 选工程塑料。受力较大, 形状简单件或单件, 选用型钢焊接。

材料选用 篇2

合理选择管道材料是材控专业的主要任务。本文共分两大部分：材料和管道元件。在第一部分中，重点介绍了黑色金属；在第二部分中，主要针对国内现状，讨论了管子、管件、法兰、垫片、紧固件、阀门等管道元件的选用问题。

一 概述

管道是装置重要组成部分，它犹如人体内的血管，起着非常重要的作用。装置能否正常生产与管道是否正常工作关系密切。有资料表明，石化行业中发生的事故造成停车、人身伤亡、财产损失等，有近一半是由于管道出现问题造成的。另外，管道费用约占装置投资的10~30%，对总投资起着举足轻重的影响。而管道是由管道元件组成的，由此可见，合理选择管道元件，就显得尤为重要。但由于涉及的因素较多，比较复杂，所以一直是材料设计人员的重要研究问题。本文就这一问题谈一点个人的体会和看法。由于本人的理论水平和实际经验等方面的原因，文中的错误和不妥之处一定不少，敬请领导批评指正。

二 材料

鉴于篇幅有限，一下主要讨论黑色金属，对非金属及补里也作一简单介绍，不讨论有色金属。

（一）黑色金属 1 铸铁

铸铁由于铸造性能与切削性能好，而且成本低，虽然它的机械强度比钢差，但在低压管道上一直广泛应用。例如，在渭河化肥厂合成氨装置中，日本宇部公司在冷却水、饮用水、低压（≤0.34Mpa）蒸汽、仪表空气等介质的管系中，全部闸阀、截止阀、止回阀、碟阀、球阀等采用铸铁。国内公用工程管道所用阀门与弯头、三通等管件也一直采用铸铁。但由于国内铸铁阀门大多数是由中小企业生产，质量低劣，目前，除少数介质（如浓硫酸、浓硝酸、仪表空气等）外，大多数工艺介质管道元件都不采用铸铁。本人认为，如果我们与阀门厂加强合作，在设计上提出详细的合理的技术要求，对D类流体[非易燃和无毒流体，设计压力≤10.5Kgf/cm2，设计温度：-29~186℃。（注1）]管道元件可以采用铸铁，以降低工程投资，增加经济效益。2 碳钢

碳钢是现代工业中使用最广泛的金属材料之一，在石化工业上也不例外。之所以如此，主要是由于碳钢具有优良的机械性能和工艺性能。作为管道材料，常用的有10号钢，20号钢，Q235-A等。

需要说明的是，由于碳钢在800℉（427℃）以上会引起石墨化现象，致使机械性能降低，所以，在ANSI/ASME B31.3中规定A53-A，A53-B，A106-A，A106-B等碳钢材料的使用上限为800℉。在国内，各行业规定不统一。本人认为，10号钢与20号钢的上限温度应规定为425℃，Q235-A的上限温度应规定为300℃（但作为紧固件时，上限温度应为200℃）。3 合金钢

合金钢分为低合金钢（合金元素含量≤5%）、中合金钢（合金元素含量为5～10%）、高合金钢三大类。在这类钢中，按其特性又可分为低温钢、高温钢、不锈钢等。（1）低温钢

按照中国标准，温度在-20～-196℃之间为低温。用于低温的合金钢有16Mn、09MnV、09Mn2V、奥氏体不锈钢等。

16Mn的使用下限温度为-40℃。09MnV和09Mn2V的使用下限温度为-70℃。奥氏体不锈钢的使用下限温度为-196℃。（2）高温钢

一般将温度>350℃称为高温。这里主要讨论含Cr元素与Mo元素的珠光体-马氏体型高温钢。同奥氏体不锈钢相比，这类钢有如下特点：膨胀系数较小，导热系数大，抗高温氧化性能和抗氢腐蚀性能较好，高温强度较高，工艺性能好，价格低等。常用的有12CrMo、15CrMo、12Cr1MoV、12Cr2Mo、1Cr5Mo等。

在上述几种材料中，需特别讨论12Cr1MoV材料。该材料具有比上述其它几种材料更优异的综合机械性能。另外同1Cr5Mo相比，它的含铬量较低，所以价格也低，有资料表明：它的价格为1Cr5Mo价格的一半。正因为如此，在渭河化肥厂合成氨装置中，日本宇部公司大量采用了与之相近似的材料（注2），应用的场合有：高压（4.0MPa）蒸汽，高温高压（设计温度范围为290～480℃，设计压力范围为6.6～14.9MPa）工艺气体。在吉化芳烃装置中，日本东洋公司在高压蒸汽和含氢的高温（最高温度551℃）工艺介质管线上采取了与宇部公司相同的作法。本人认为，在设计条件允许的前提下，优选12Cr1MoV的作法在我们今后的设计工作值得考虑。（3）不锈钢

不锈钢属于高合金钢。不锈钢主要分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、双桐不锈钢（即奥氏体-铁素体不锈钢）、马氏体不锈钢。其中，最常用的为奥氏体不锈钢。A 奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢有良好的韧性、塑性、焊接性、耐腐蚀性以及优异的低温和高温特性，因此，应用非常广泛。它的主要缺点是：含贵重的合金元素Ni较多，不耐含Cl-介质的腐蚀，切削加工性能较差等，从而使其应用又受到一定的限制。常用的奥氏体不锈钢有：0cr18Ni9、00Cr18Ni10、0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni14Mo2、1Cr18Ni9Ti等。其中1Cr18Ni9Ti在过去应用较多，但由于该材料含碳元素较多，焊缝附近材料的晶间容易产生贫铬区，从而造成晶间腐蚀破坏，所以，一般可不选用它。B 铁素体不锈钢

铁素体不锈钢的主要成分是Fe与Cr。它与奥氏体不锈钢同属比较古老的不锈钢材料，但由于其脆性倾向大（特别是475℃脆性问题），焊后耐晶间腐蚀性能较差等原因，使它的应用受到很大的限制。但是，18-8型铬镍不锈钢对应力腐蚀断裂有高度敏感性，促使耐应力腐蚀性能较好的铁素体不锈钢得到一定发展。特别是冶金水平的提高，使高钝（含碳、氮极低）铁素体不锈钢的工业化生产成为现实，基本上克服了铁素体不锈钢的上述缺点，它又变成了一种耐腐蚀性能好、价格低廉的不锈钢。在天津化工厂环氧氯丙烷装置中，日本昭和电工公司就采用了该类不锈钢。

常用的铁素体不锈钢有1Cr17、00Cr30Mo2、00Cr27Mo等。C 双相不锈钢

双相不锈钢系指金相组织中既有奥氏体相、又有铁素体相的不锈钢。它兼有铁素体和奥氏体的性能特征。同奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢具有如下主要特点：强度高。它的屈服强度约为奥氏体不锈钢的两倍。膨胀系数小，导热系数大。对晶间腐蚀不敏感。具有优良的耐应力腐蚀和腐蚀疲劳性能以及良好的耐点蚀性能。Ni元素含量低。常用的双相不锈钢有00Cr18Ni5Mo3Si2、Cr26Ni5Mo2等。D 马氏体不锈钢

马氏体不锈钢主要是含铬量≥12%（一般为12～18%）的高铬钢。该不锈钢硬度、强度、都较高，耐磨性能好，切削性能优良；所以在管道中常作为阀座、阀盘和阀杆材料使用。常用的有0Cr13、1Cr13、2Cr13和3Cr13等。

（二）非金属及衬里 1 塑料

（1）聚氯乙烯（PVC）

聚氯乙烯具有优异的耐腐蚀性能。在≤60℃条件下，能耐多种酸、碱、盐、碳氢化合物、有机溶剂等介质的腐蚀。另外，它还有优良的机加工和力学性能，价格低廉。正因为如此，使聚氯乙烯在管道中广泛使用。

但是聚氯乙烯不耐浓硝酸、发烟硫酸、醋酐、酮类等。

在选用时，应注意使用温度，它的上限温度为60℃，下限温度为-15℃。（2）聚丙烯（PP）

聚丙烯具有优良的耐腐蚀性能，较好的耐温性能。聚丙烯的使用温度范围为-20～120℃。（3）聚四氟乙烯（PTFE）

聚四氟乙烯又称“塑料王”。具有极优异的耐腐蚀性能，良好的低温（-250℃）力学性能，优异的抗老化性能和自润滑性，极低的摩擦系数。这些特点，使它在管道中即可用作管子、管件等，又可以作为密封材料，还可用作管架材料（由于它的摩擦系数极低以及电绝缘性优异等，一般作垫板用）。

由于国内水平的限制，聚四氟乙烯的使用上限温度为200℃。

聚四氟乙烯的缺点是强度低、刚性差、价格高、所以本人认为一般应选它的金属衬里管道材料。2 玻璃钢

除具有优异的耐腐蚀性能外，玻璃钢的力学性能和保温性能也很好。自八十年代以来，该材料在国内得到突飞猛进的发展，建立了一批像中意玻璃钢有限公司、连云港市玻纤玻钢总厂等高水平的大型玻璃钢生产企业。

需要注意的是：同其它产品一样，玻璃钢也分为不同的品种，常用的有环氧、聚脂、酚醛、呋喃等，应根据不同的介质条件，参照各种玻璃钢的特性，合理选用。3 衬里

衬里是指金属管道元件内衬非金属材料。衬里既有非金属材料优异的耐腐蚀性能，又具有金属材料的强度和刚度，在管道中应用也非常广泛。在天津化工厂环氧氯丙烷装置中，日本昭和电工公司采用了衬PVC、PTFE、PFA（氟塑料合金）、FEP（聚全氟乙丙烯）、玻璃、搪瓷等六种衬里管道材料。

由于金属与非金属的热膨胀系数相差很大，加之国内加工制造工艺落后，产品质量差，因此，本人认为在选用衬里产品时要认真了解设计条件，详细考察制造厂的生产水平、质保体系、产品性能等，作到心里有数。衬里设计压力应≦1.6MPa。

常用的衬里有衬橡胶、衬塑料、衬玻璃、衬搪瓷等。

三 管道元件

在讨论该问题以前，需要先解释两个概念：公制管与英制管。

公制管：严格地讲，公制管是指尺寸以国际单位制（SI）而计算的管子。例如，在日本公制管以A表示，公称直径100mm的管子，表示为100A。国内现在所讲的公制管，已经是广义的概念，它是对国内沿用的（而且目前还在广泛使用）老系列的通称。

英制管：同样，严格的讲，英制管是指尺寸以英寸（in）为单位而计算的管子。例如，在日本英制管以B表示，公称直径4in的管子，表示为4B。国内现在所讲的英制管，也是广义的概念，它是相对上述公制管而言的，是对尺寸与美国标准相同（或相近）的管子的通称。新国标管法兰的颁布实施，使英制管在国内的应用愈来愈广泛。

（一）管子 无缝碳钢管（包括低合金钢管）

国内大多数钢厂至今仍未按英制管组织无缝管生产。在HG20553《化工配管用无缝及很节钢管尺寸选用系列》中讲到：上海宝钢、成都无缝钢管厂、天津钢管公司等三家钢管加工企业可以生产供应英制管，经与后两个单位联系知道情况并非如此。他们仍按GB8163或GB3087组织生产。有幸的是，由于这两个国标的管子外径尺寸和壁厚是一个密集尺寸系列（GB8163中管子外径范围为φ6～426mm），其中的一些管子尺寸与英制管相同或相近，加上制造公差因素（外径公差为±1%，min0.5mm；壁厚公差为±15%，-12.5%），所以钢厂基本上可以满足设计要求的英制管。根据这一情况，本人认为，在设计中不论是采用HG20553中的Ia系列，还是采用Ib系列都是可行的。但是一方面为了方便，另一方面为了与国际接轨，一般应采用Ia系列。焊接碳钢管（包括低合金钢管）

从已有标准来看，当公称直径≤6in时，只有仅适用于水、空气、煤气等低压（≤1.6MPa）介质的英制管。公称直径≥8in时，既有英制管、又有公制管。3 无缝不锈钢管

国内钢厂按GB/T14976（原标准为GB2270）生产无缝不锈钢管。同GB8163一样，GB/T14976中的管子外径和壁厚，也是一个密集尺寸系列：从φ10～426mm。但是存在的问题是，从外径来讲，当公称直径≤10in时，既能满足公制管要求，又能符合英制管要求；当公称直径>10in时，只有公制管。从壁厚来讲，也存在问题。由于制造工艺限制，公称直径≥2in的管子，最小壁厚都较大，例如6in的管子，最小壁厚为7mm，12in的管子，最小壁厚为12mm。

上述问题的存在，直接影响到设计中材料的选用。本人认为，还需进一步进行市场调查，解决这些问题。4 焊接不锈钢管

GB12771《流体输送用不锈钢焊接钢管》不论是从尺寸，还是从技术要求，都难以满足石化管道的需要。本人认为一般不考虑选用，可选用HG20537.3～4中的不锈钢焊接钢管，该标准有英制管与公制管，技术要求也符合石化管道的需要。

由于无缝管的壁厚较大，价格较高，国外焊接不锈钢管使用非常广泛。例如在天津化工厂环氧氯丙烷工程的合同附件谈判时，所谈的三家外商在其装置中所使用的不锈钢管几乎全是焊接管。国内由于制造工艺落后，产品质量难以保证要求，所以除大直径管子外，一般都采用无缝管。经对市场进行调查了解到，国内近几年来建立了几个设备水平一流、质保体系完善的不锈钢焊接管厂，其产品质量高。本人认为，可在今后的设计中采用，以降低工程投资。

（二）管件

管件涉及的内容较多，它们包括弯头、三通、异径管（大小头）、管接头、管帽、过滤器、疏水器、视镜等，其中多数已有国标或行业标准，一般都能满足设计需要。

从连接形式来讲，有对焊、承插焊、螺纹、法兰等。在选用连接形式时，应特别注意下列问题。

<1>对焊与承插焊：为了满足国内现状以及与国际接轨，在对焊与承插焊管件的国标中包括A系列（配英制管）与B系列（配公制管）。另外，在GB/T14383中最大承插焊管径为3in，本人认为：承插焊一般应选≤3/2in的管径。经本人查阅许多引进装置，一般也是这种规定。<2>螺纹：在GB/T14626中，螺纹形式有两种，一种是60°圆锥管螺纹，简称NPT；另一种是55°圆锥管螺纹，简称Rc。前者是美国标准锥管螺纹，在引进装置中大量采用，后者是国内通用的。在GB9114.1～3（螺纹法兰）中，法兰的螺纹是Rc，而ANSIB16.5中的螺纹为NPT。

关于法兰连接，在下面一节专门讨论。

（三）法兰

法兰是管道中非常重要的元件，正确选用法兰，应注意如下问题。（1）分析不同体系，防止混用 在国际上法兰主要存在两大体系。美国ANSI管法兰体系与德国DIN管法兰体系。这两个体系的管法兰连接尺寸完全不同，无法互配。新国家管法兰标准中包括了上述两个体系的管法兰，所配管子要求按英制管执行。新的化工部管法兰标准是属于德国管法兰体系，所配管子要求按公制管执行。为了满足需要，化工部正拟定修改该标准，使其既可配公制管，又可配英制管。根据上述情况，本人认为，选用法兰时首先要分清属于那个体系（按公称压力等级区别如下：PN2.0，5.0，10.0，15.0，25.0，42.0属于ANSI管法兰体系；PN0.25，0.6，1.0，1.6，2.5，4.0属于DIN管法兰体系），其次，在一个装置中尽量避免两种体系混用。（2）合理选用法兰的密封面形式

法兰密封面形式很多，其中使用最广泛的是（凸）面（RF），这主要是由于它加工简单，容易安装。另外，金属缠绕垫的出现，又大大弥衬了它的不是，使其应用范围又扩大了许多。例如，由于氨有很强的渗透性，所以在过去的合成氨装置中，大量采用凹凸面形式，但是在渭化与816合成氨装置中，除少数高压场合采用环面形式外，其余全部采用RF形式。本人认为，在我院的设计中也应采用这种作法。（3）综合考虑压力与温度条件

由于各种材料在不同的温度下许用应力不同，所以，选用法兰公称压力等级时要同时考虑设计压力与设计温度条件，公称压力等级中，同种材料，由于设计温度不同，其最高允许压力也不同。

（四）垫片

法兰密封失效即产生泄露，尽管产生泄露的因素很多，但是垫片对密封起着非常重要的作用，应引起高度重视。

垫片的品种很多，应根据操作条件合理选用。在选用金属缠绕垫时，需要注意下列问题。<1>根据ANSIB16.5的规定，公称压力等级150Lb（PN2.0MPa）的法兰，如果采用金属缠绕垫，建议选用高颈对焊或活套式的法兰。<2>金属缠绕垫的填料如果是聚四氟乙烯材料，根据ASMEB16.20的规定，垫片都应带内环。凡带内环的垫片，如管道所配法兰是ANSIB16.5时，管子壁厚也有要求：公称直径≤1in的管子，最小的壁厚应为sch80，公称直径5/4～6in的管子，最小壁厚应为sch40.根据这一规定，本人认为当介质允许用其它材料（如石棉）作填料时，就不要选聚四氟乙烯，以免产生最小壁厚要求，从而增加投资。

（五）紧固件

关于紧固件的选用，新国家管法兰标准中谈的很少，不便选用。本人认为HGJ75《钢制管法兰用紧固件》和HGJ76《钢制管法兰、垫片、紧固件选配规定》对该问题进行了比较详细地说明，设计中应参考这两个标准合理选用紧固件。

（六）阀门

阀门是管道中最重要的元件，阀门的费用约占管道材料费用的一半。所以，如何正确选用阀门，对装置能否正常运转，对建设费用都关系重大，历来受到重视。

关于阀门，需要讨论的问题很多，限于篇幅，本文讨论的问题是：在管道等级中是直接给出阀门型号，还是给阀门数据表？这一问题对选择阀门是比较重要的。在许多引进装置的管道等级中尽管列出了阀门型号，但由于该型号大多数是工程承包公司自己确定的，不能通用。为此，一般都针对每一型号，具体给出详细的阀门数据表。数据表一般包括下列主要内容：<1>公称直径范围；<2>设计压力和温度；<3>连接面形式；<4>结构形式；<5>阀体、阀芯、阀盖材料；<6>密封结构及材料；<7>阀门结构长度；<8>试验条件；<9>制造标准；<10>检验标准等。本人认为，这种作法是不难理解的。原因是：国际上大的工程公司采购一般都是在国际范围内进行，对于同一种形式的阀门，每个国家或每个阀门制造企业都有他们自己的阀门型号，往往各不相同。在这种情况下，列阀门数据表是最好的而且是最可行的方法。但是这种作法给我们造成一种错觉，似乎我们在制定管道等级中也必须建立阀门数据表。

目前，我院设计的项目，几乎都是在国内建设的，阀门采购也都立足于国内。根据这一基本情况，应按照国内阀门产品现状来确定数据表的必要性。那么国内阀门产品现状是什么呢？经过本人调查分析，情况如下： 现在，国内阀门产品主要由中国通用机械阀门行业协会所属企业制造。该协会的会员几乎包括了国内各重要阀门生产企业，如我们熟知的苏阀、沈阀、上阀、良工、自贡、开封等。该协会把阀门分为标准系列与特殊系列。对于标准系列，阀门型号的编制方法统一执行JB308-75标准。可以这样讲，该型号已成为国内阀门行业的统一语言。该型号所包括的内容比较全面。对于特殊阀门，没有统一规定，每个阀门企业都有自己的型号，往往也是各不相同。标准阀门所包括类型、品种、规格一般情况下可以满足设计需要。

科学探究材料选用三原则 篇3

一、对应与突破原则

即对应目标与突破难点。选择探究材料切忌盲目，玩“新意”与“照搬照用”，其结果是“乒乒乓乓”“热热闹闹”而一无所获。选择的材料应是为探究活动要达到的目标服务，每个探究环节的目标决定了教师选择怎样的材料，而灵活选用材料更是为了帮助学生突破难点，深入探究。

（一）对应目标，有的放矢

“材料引起探究，材料引起活动。”然而，并非什么材料都能拿来探究，也并非所有材料一股脑儿地放在一起探究。只有指向于探究目标的、帮助学生有效建构科学概念的材料才是我们要让学生探究的材料。借助对应的典型材料，学生才能发现问题、解决问题。而这一切建筑在教师对整个探究教学活动的清晰的结构之上，需要教师明确每一环节的探究目标。

如《声音是怎样产生的》一课的探究教学结构大致体现为以下几个环节：

对应的环节目标为：

1.激发兴趣，暴露前概念：敲、碰撞、弹、踢、摩擦等各种方法发出声音。

2.在对比观察中发现发声物体的共同现象或状态：振动。

3.产生问题，提出猜想：声音是由物体振动产生的吗？

4.借助典型材料深入探究，验证、反证猜测，完善核心概念。

5.应用与拓展：寻找人体中的发声器官等。

围绕以上环节目标选择相应的材料比较科学合理。如在第1环节中，为了激发学生的兴趣，材料的选择上就可以体现各自的想法与个性，有的采用各种乐器发声，有的用多媒体播放自然界美妙的声音，有的甚至现场弹奏一曲，学生兴趣盎然。而第2、4环节中材料的选择则不能随意，必须典型、有结构，环节2的材料要让学生比较容易地观察到物体发声同时在不停“振动”的现象，显然尺子、橡皮筋等材料不但选材方便且能达成此目标，可以成为本节课的基础材料。而环节4的材料不但要让学生“看”到振动，更要让学生“摸”到振动，多感官的震撼刺激都为了指向本课的核心概念：声音是由物体振动产生的。由此，选用音叉（看见“水花四溅”、感觉“麻麻的”）、弹棉花的弓（看见“棉絮飞舞”）等材料便有了针对性，这与目标的达成紧密相关。日常教学中，如果能从以上环节目标出发选择对应的材料，则能发挥材料的真正价值。

（一）突破难点，灵活选材

材料是学生探究活动的载体，但“水能载舟亦能覆舟”，不恰当的材料，不但使学生偏离探究方向，甚至会使学生的探究在相互干扰中云里雾里，只有从学生的已有经验出发，针对学生探究的瓶颈，灵活地选用典型材料才能帮助学生突破难点，有效探究、深入思考，在认知冲突中统一，在思维发展中建构。

《声音是怎样产生的》一课的教学重难点在于引导学生从“声音是由敲、碰撞等产生”的片面的前概念转变为“声音是由物体振动产生”的完善的科学概念，教学的策略为：从“否定—形成—完善”三个梯度建构“声音是由物体振动产生的”，选择的材料便要体现以下三个层次：一是让学生观察到“敲、碰撞”后物体还在持续发声，否定只有“敲、碰撞”才能发声的错误经验；二是让学生清晰地观察、感受到物体发声的同时在不断地“振动”，形成“物体振动产生声音”的新概念；三是让学生发现“制止物体振动，声音同时停止”的现象，反证声音是由物体振动产生的，进而完善新概念。以此灵活选择不同层次的探究材料，才能帮助学生突破认知上的困难，从不全面、错误的前概念走向科学的完善的新概念。由此，好多教师不得不从众多的材料中去对比、筛选材料，甚至改造、自制教具，都是基于突破难点出发，这样的选材与制材值得我们学习。

二、深入与建构原则

即深入探究与建构概念。材料使用的目的在于促进学生探究，完善科学概念，构建起学生的科学知识体系。在教学中，选用丰富的、有结构的探究材料能帮助学生的探究活动走向深入，由此建构起正确的科学概念。

（一）丰富材料促探究深入

丰富的探究材料不仅是学生探究活动乐趣的来源，更是学生深入探究的有效载体。由于活动的层次性，环节目标的递进性，科学概念的建构性，“一样材料上一课”的教学难以促进学生探究活动的深入（复合型或组合型的材料除外）。丰富不是体现在数量上，并非越多越好，而是在材料的层次与多样上。

综观《声音是怎样产生的》一课，学生在本课中使用了钢尺、橡皮筋，以及音叉、锣、鼓、吉他等各种乐器。从学生参与的角度观察，学生学得兴趣盎然，意犹未尽。然而这些材料并非一股脑儿发给学生，而是在呈现时机与顺序上发挥每种材料的价值。如在让学生初步观察发声物体的现象与状态时使用钢尺与橡皮筋，目的在于它们在发声的同时“振动”现象明显，便于学生“看”到。而在验证“声音是由物体振动产生的吗”的深入探究中，仅凭这两种材料显然缺乏说服力。因此，音叉、鼓、弹棉花的弓等材料的使用满足了学生探究的需求。手摸音叉有明显的麻感，放入水中水花四溅，豆子在鼓面上“跳舞”，既让学生看得到，又让学生触感得到。显然，这些材料的使用在验证“物体产生声音的同时是在振动的”活动中体现了明显的优势，让学生的探究活动更有趣味，更充分。在接下来的交流过程中，因为学生观察、体验深刻，交流互动尤为热烈，只要教师稍加追问，学生就能较完整地表述清楚。在这样丰富多样的材料运用下，学生的探究活动自然走向深入，探究价值大大提升。

（二）结构材料促概念建构

材料的种类、组合、数量以及投放的次序就是材料的结构，“有结构的材料”一般都是教师经过精心设计的典型材料的组合。这种材料的组合，既要揭示教学内容有关的一系列现象，体现教材的科学性，又要符合学生年龄特征和认知规律，贴近学生的日常生活，还应具有趣味性，使学生喜欢，并有能力通过对材料的探索来帮助学生建构正确的科学概念。

在教学《声音是怎样产生的》时，为了让学生形成“声音是由物体的振动产生的”这一科学概念，笔者为学生提供了以下几种有结构的组合材料：1.队鼓和米，从米的跳动来感受鼓面的振动；2.音叉和水，从水的波纹来感受音叉的振动；3.弹棉花的弓和棉花，从棉花的飞舞来感受弓弦的振动；4.各种弦类乐器。学生利用提供的材料选择自己感兴趣的实验进行验证，由于提供的材料不但典型，而且有结构，因此，不管学生选择哪一组材料，都能清晰地看到实验现象：当各种物体发出声音时，它们都在振动。正是这些有结构的材料，为学生形成“声音是由物体振动产生的”这一科学概念提供最大的助力。而锣与人组合的“令行禁止”游戏活动，在“开始，敲锣；停，按住锣”的互动中，更是非常直观自然地让学生看到了“停止振动声音也没了”的现象，以形象趣味的方式反证了“声音是由物体振动产生的”，使本课核心概念的建构更趋完善。

三、产出与发展原则

即产出效益与发展思维。材料的充分利用是材料在学生探究活动是否发挥探究价值的保障，决定着探究教学的产出效益。一次成功的材料利用必定体现为学生思维的真正灵动，探究后研讨的热烈深入。

（一）多次利用促产出效益

一份有结构的材料是能通过材料的有机组合，在不同时候的呈现时机而在课堂上被多次利用，每一次有每一次的可探究之处，每一次有每一次可探究的价值。

在常态教学中，教师投入的时间与精力是有限的，可利用的资源也是有限的，这就要求教师能在有限的时间与精力下精选材料，在有限的材料下，充分地利用材料，使材料的价值最大化。如有教师在声音一课的导入部分准备了许许多多乐器供学生分组探究，只为了让学生能用各种方法使乐器发出声音，而在后续的探究活动中并未再次使用，材料的利用率并不高，这多少有点奢侈与浪费，教师教学的投入与产出不呈正比，成本显然有点高。相反，有教师利用音叉、鼓、锣等乐器“发声”导入，在后续的验证实验中再次让学生分组实验，前后两次呈现，目标不同，价值不同，充分提升了材料的效益。

（二）合理利用促思维发展

材料准备丰富多样，但如果不加以合理利用，也难以发挥材料的真正价值。科学合理利用材料，才能使学生在探究活动中观察到与自己已有经验相冲突的现象，进而在认知冲突、思维碰撞中发展。

如《声音是怎样产生的》一课，教师从学生认为“敲、碰撞等产生声音”的前概念出发，提供能持续发声的材料，使学生发现钢尺、橡皮筋等物体在不拨动、敲击的情况下还能不断发声，进而引发对原有认识的“否定”。在此基础上，教师引导学生去观察发现新的现象：它们在发声的时候有什么共同的现象？同时提出猜想：声音是由物体振动产生的吗？由此，一个新的科学概念开始在学生心中初步建构。在后面的验证实验中，学生借助典型材料一次次地感受“振动”，不仅看到，而且触摸得到。还在“令行禁止”的敲锣游戏中体验“制动”，反证猜想。这样，学生经历了从“发现振动，提出猜想”到“感受振动，验证猜想”，再到“体验制动，反证猜想”的思维发展过程。在一次次的探究活动中验证了自己的假设，在思维的碰撞中形成了新概念并感受到了探究的快乐，这样利用材料便是发挥了材料的内在价值。

综上所述，小学科学探究材料的选用要在厘清教学结构的基础上，从达成环节目标和突破难点出发，不盲目不随意，不简单不浪费，灵活地选用典型的有结构的多样材料，促进学生主动探究、深度思维，帮助学生建构或重构科学概念，真正做到精简投入与高效产出的目的。

刀具材料优化选用浅议 篇4

1 确定科学合理的工艺

选择刀具材料应首先根据工艺系统、工件材料状况, 选用最优的、合理的、准确的切削工艺。

切削液能起到润滑和降低切削温度的作用, 也有利于断屑和排屑, 但切削液的使用、存储、保洁和处理等都十分繁琐, 且成本很高, 同时切削液对环境和操作者身体健康的危害很大。据美国企业统计, 在集中冷却加工系统中, 切削液占总成本的14%~16%, 刀具成本只占2%~4%。因此如果采用干式切削加工, 总的制造成本可降低约10%。所以, 未来加工的方向应是较少采用切削液, 对环境有利和降低制造总成本的干式加工方法将逐渐得到推广应用。

超高速切削的切削力低、热变形小、加工精度高、材料切除率高, 可以进一步提高加工效率降低加工成本, 同时可用于加工难的材料, 并且在节能减排方面效益显著。在日益重视环保的今天必定会产生巨大环保效益, 因此在工艺系统许可的情况下应尽可能采用。

2 根据工艺及加工材料适应性选择搭配刀具材料

确定加工工艺后再针对加工对象材料和工艺特点, 依据环保性和经济性原则选择合理的刀具材料。

2.1 干式加工

干式加工的刀具材料应具良好的耐热性、耐磨性、减磨性和导热性等机械物理性能, 排屑和散热也是干式加工中需要解决的重要工艺课题。涂层刀具是在高强度和韧性的基体材料上涂上一层耐高温、耐磨损的易涂覆材料。涂层刀具有两种分类:1) 软涂层类, 这类刀具可以减少摩擦因为其表面的摩擦因数较低, 所以切削力和切削温度也会降低, 这类刀具也叫自润滑刀具。2) 硬涂层类, 这类刀具的特性是耐磨性相对较高, 硬度高。

干式切削时, 由于刀具与切屑接触部位温度过高, 刀具材料易与当前加工材料产生亲合作用易发生元素扩散流失等状况, 造成磨损加剧, 因此在高速干切削情况下应注意规避含易高温扩散型材料的刀具。

2.2 粘结、扩散因素控制

粘结、扩散的主要原因在于刀具材料与工件材料中含有相同的成分因而造成粘结。如普通高速钢切削加工钢材类也容易产生粘结, 形成积屑瘤对加工质量影响很大, 使切削力和切削过程不稳定。用YT类硬合金刀具切削含Ti不锈钢时, 也容易造成刀具磨损加快, 因此在选择刀具材料时要注意不可选择易于工件材料粘结的刀具材料, 最主要是应规避刀具材料与工件材料含有相同成分。

2.3 切削力影响

如果中低速系统或粗加工、断续加工场合通常就选择尺寸较大, 整体材料刀头。因为中低速切削一般切削用量较大, 需要较大尺寸刀头。同时由于切削时压力大, 而涂层刀具基体材料硬度不足易产生变形, 从而导致涂层分离, 刀口变形等刀具失效形式, 不易发挥涂层刀具优势。而超细晶粒硬质合金在硬度有所提高的情况下, 抗弯强度提高了2倍以上, 因此整体式超细晶粒硬质合金刀具是合理的选择。

在连续性切削和切削力不大的场合, 尤其是高速切削应尽力选用涂层刀具。刀具涂层采用高性能材料, 辅以自润滑、减磨等技术, 所以在连续切削场合表现更好, 也更环保。

2.4 超高速切削

超高速切削加工要求刀具材料与被加工材料尽可能不含有相同的化学成分、亲合力要小, 并且要具有优良的热稳定性和耐磨性。高速、超高速切削加工刀具可选化学亲合力小的涂层刀具或陶瓷刀具。

陶瓷刀具具有优良的高温性能, 能够以比硬质合金刀具高3~10倍的速度进行切削加工。它对黑色金属抗黏结和抗扩散能力强、摩擦系数低。另外, 它的硬度很高、材质细, 刃口更锋利, 加工表面质量好。

2.5 超硬刀具材料

金刚石刀具硬度最高, 耐磨性和导热性好, 非常适合高硬度材料或高速、高精度加工, 但是由于与黑色金属亲和的原因只适合有色金属和非金属材料加工。

立方氮化硼 (CBN) 刀具是在硬度面仅次于金刚石的刀具材料, 热稳定性好, 在大气中可以加热到1 000℃也不发生氧化。CBN对于黑色金属不具有亲和性, 因此最适合加工淬硬钢, 高硬铸铁等加工材料的。

超硬材料刀具的耗能量相对较低, 尤其凸显在以车代磨、以铣代磨等方面, 耗能低、效率高, 这样可以缩短工程的周期, 减少时间上的浪费。超硬材料刀具不仅仅是加工高硬度材料的理想刀具, 更适用于高速精密和自动化加工。

3 环保原则校验

要设计绿色刀具, 首先要选用绿色刀具需要的配套材料, 选用绿色的刀具所需材料虽然不能保证一定可以制造绿色刀具产品, 但是在设计绿色刀具时选用所需的专用材料是设计的基础。关于绿色刀具材料的选择也不是简单的事情, 是有着系统性和综合性的, 材料的选择还是颇为复杂的, 当今社会下对绿色材料的等级还没有做到一个极为明确的划分, 也没有系统的分析此类问题的方法, 所以这给材料的选取者带来了一定程度上的困难。在材料选取的过程中要注重情况相近的材料, 这些情况极为相似的材料中价格较低的环保性能会更好一些。选取材料时的小技巧就是首先选择无污染、低能耗的绿色材料, 也要考虑到很多废品的回收再利用, 尽量做到材料消耗与自然环境之间的相互协调。具体情况主要表现在2点。

1) 材料具有的环境负荷值的高低是通过该材料全生命周期中对环境污染或破坏的大小来判断的。造成污染或破坏严重则该材料的环境负荷值高;环境污染或破坏小或者不造成环境污染则该材料环境负荷值低。

2) 所选材料的循环利用率相对较高, 可再生能源的好处是可以节约在生产材料的过程中所产生的资源浪费, 也可以在一定程度上减少生产材料给环境带来的污染, 材料在使用的过程中可循环利用的次数越多, 对环境造成的污染就越小。面向可拆卸设计技术, 面向可回收设计技术, 刀具产品回收的经济性是零部件及材料能否有效回收的关键因素。零部件材料回收的前提条件是能方便、经济、快捷、无损害地从产品中拆卸下来。因此, 可回收刀具的结构必须具有良好的拆卸性能, 以保证回收的可能性和方便性。

4 智能刀具选择系统研发

新刀具研发、选用所涉及因素较多, 新型材料的不断采用对切削加工不断提出新的要求, 针对新的加工工艺和新的刀具材料应运而生。刀具材料设计涉及参数众多且很多无现成参数, 因此急需一套成熟的系统及测试积累成熟数据库辅助设计;在刀具选用上, 由于刀具品牌众多、相互又存在成分、性能差异, 选择与材料工艺最佳匹配的刀具也显得越来越困难、越来越不易, 因此开发快捷实用的智能数字化刀具选择系统成为十分有必要解决的问题。

现有的研发方向有“基于实例推理”的刀具材料选择系统和“基于模糊综合评判”的刀具材料选择系统研究方向, 对比看来“基于模糊综合评判”的刀具材料选择系统适应性可能更广、更可能精确一些。有了成熟的刀具材料选择系统, 辅以先进的刀具几何形状设计系统和优化的智能工艺制定系统, 人类的制造工艺水平才能出现质的飞跃。

摘要：合理选择刀具材料至少应结合工件材料、工件状态、工艺特点经济性、环保性等相关因素综合考虑, 形成清晰的选择思路。恰到好处的选择, 从而保证加工精度、加工效率、经济性、保护工艺系统及环保各方面产生显著的提升效果。

百货商场装饰材料的选用 篇5

建筑市场中的装饰材料有多种多样、金属、陶瓷、砖石、塑料、木材、织物、皮革、玻璃、橡胶等，它们都具有不同的质地。

装饰材料的软与硬也是一种对比。纤维织物具有柔软的触感，如纯羊毛织物、丝棉织物，它们都有柔软的特点，常作为轻型的蒙面材料或窗帘。玻璃纤维织物，易于保养，能防火，线条挺拔，也是很好的装饰材料。硬的材料如砖石、金属、玻璃等耐用耐磨，不变形。硬质材料多数有很好的光洁度。晶莹明亮的硬材使店内很有生气。

材料具有光泽与透明度，一般经过精细加工的材料具有很好的光泽，如抛光金属、玻璃、磨光花岗岩、大理石、釉面砖、瓷砖等，通过镜面表面的反射使室内空间感扩大和延伸，同时能反映出多变的色彩，是丰富与活跃店内气氛的好材料。

建筑空间是由各个面围合而成的，一般商店内部空间大多呈六面体，由天棚、地面与墙面组成。处理好这三部分有助于加强店内空间的完整与统一。

商店建筑中通常采用木天棚、石膏板天棚、金属板天棚、矿棉板或玻璃纤维板天棚等。

木天棚——一般为木板或胶合板，它可以是狭长条板或大块板、镶板，也可用木板组成蜂窝状顶棚。木天棚加工方便，材质轻盈，适合于中小型商店的天棚装饰。

石膏板天棚——石膏板表面有平板与凸凹板之分，它可组合成各种图案，与灯具配合有较强的艺术表现力。

金属板吊顶天棚——这是一种华丽的装饰材料，造型多样，品种繁多，但价格较贵。

矿棉板或玻璃纤维板天棚——这两种板材具有耐火、防腐蚀、质轻的特点，而且吸音效果较好，适合于噪声较大的大型商场。

地面是空间的底面，由于它以水平面的形式出现，地面处理可采用不同的建筑材料，瓷砖、石材、木板、塑料地板、地毯等。

瓷砖地面——瓷砖是非常耐用的材料，色彩丰富。石材还可分为大理石、花岗岩、砂岩、石板等。大理石，磨光后会发出美丽的光泽，色彩花纹极为丰富，是高档的地面材料，花岗岩，石质坚硬，色泽统一，光洁度极好，是高档的豪华型地面材料。砂岩和石板风格粗犷，色调沉稳，也是很好的地面材料。

木地板——以木质材料为主，能保温，弹性适当，纹质优美。木板有单层及复合层之分。

塑料地板——它的厚度为3—5毫米，平面尺寸为300毫米 ×300毫米。塑料地板色彩丰富，图案简单，有一定弹性，施工很容易，价格也很便宜。但它的强度和耐久性较差。

地毯——商店采用的地毯大多为化纤地毯，它的装饰性强，保温和吸音性良好。可用于较高档的商店中。

墙面是组成空间的重要因素之一，它作为空间的侧面，以垂直形式出现，对人的视觉影响很大。在墙面处理中，应使它与门窗、灯具和通风孔洞结合起来，以取得完整的效果。场面用材料较多，如木质壁材、涂料、油漆、墙纸等。

木质壁材——木质建材可分合成板、纤维板、木板，合成板就是胶合板，它富于自然色彩，表面质感较好，是高级墙面装修材料。

涂料——它种类繁多,色彩丰富。涂料干燥后形成薄膜，色彩和表面形式可自由选择。

油漆——这是一种使用方便的墙面涂层，它有较好的防水性能

墙纸——墙纸是贴在墙壁上的装饰材料，它可分为编织墙布和塑料墙纸两种。墙纸是最常用的墙面材料，色彩、图案、质地极多，可随时改换。

材料选用 篇6

【关键词】优化 选择 实验材料 自主探究

自主探究学习作为科学课堂中需要大力提倡的一种学习方式，要求学生做课堂的主人，在教师的引导下发挥自己的主观能动性，调动自己的各种感觉器官，通过动手、动眼、动嘴、动脑，主动地去获取知识。但综观当下课堂中自主探究学习的开展情况，会发现其中存在两种极端情况：有的教师过分低估学生的能力，担心学生这个不行那个不会，在让学生自主探究前“做足准备”样样提及，生怕漏说一个地方会影响学生自主研究的效果；有的教师则不顾学生的实际情况，为了顺应理念上的潮流而选择形式上的跟风，什么铺垫都没有，只是一味提供相当长的时间试图完全放手让学生进行所谓的开放式自主探究……显然，这样的设计不能顺应现在教学中学生与课堂的需求，对于学生的自主探究能力培养、课堂教学效果提升有害而无益。

那如何才能为学生自主探究提供有力而坚实的支架呢？如何才能让学生的自主探究学习更加高效呢？笔者试着从优化课堂实验材料入手，根据自己的课堂教学实践以及同行的研究课例，提出以下几点策略与思考。

一、合理选择实验材料，为提高自主探究实效打好根基

对于一堂富有探究意味的科学课而言，实验和活动是基础，绝大部分知识是需要学生通过动手实验去发现、理解、运用的。相应的实验材料则是探究性学习活动的基础和关键，是探究过程中必不可少的准备。合理选择实验材料，是实现学生高效的自主探究的基础。

（一）因课堂情境的需要选择材料

将科学课堂的学习内容融入生活情境之中，能让学生体会到学习的内容源于生活，这有利于激发学生的学习兴趣，有利于学生在科学课堂中高效地习得知识。情境教学有时需要配合相应的实验材料，才能寓教于境激发学生的探究兴趣。因此，教师应根据具体的课堂情境需要选择合适的实验材料。

如六年级上册《相貌各异的我们》一课中，笔者将不同的相貌特征融入了“寻找好心人”的情境中，这就需要特殊的实验材料加以辅助，才能取得良好的教学效果。笔者在这个环节给每个小组准备了一套带磁性的相貌拼图，以及一块铁皮展板。让学生根据目击者对好心人的相貌特征描述，利用拼图材料拼出一幅好心人的相貌图。此情景与拼图游戏结合起来，既能让学生通过拼图的过程加深对已知的相貌特征的印象，又能在区分未知的相貌特征的过程中进一步了解未知相貌特征之间的区别，同时还能激发学生的学习兴趣。

（二）因学生的需要选材

《全日制义务教育科学（3～6年级）课程标准（实验稿）》指出：“科学课的教学方法要富有儿童情趣和符合儿童的认知规律。”实验材料的选择只有符合学生的认知规律，才能发挥最大功效。有时实验材料可适当地选择更便于学生理解与接受的简单材料，让学生能一环一环突破，循序渐进地习得应该掌握的知识点，这样才能充分发挥学生学习的主观能动性，凸显学生的主体地位。

如四年级上册《食物在口腔里的变化》一课，在引导学生观察口腔的环节，笔者选择的是“饼干”这种食材。饼干这种食物在口腔里被初步消化时大小、干湿、软硬等方面的变化比较明显，同时又能够较好地体现牙齿咀嚼、舌头搅拌、唾液湿润的作用，因此饼干不但能够满足学生不同层次的观察需求，而且能较好地控制很多不必要的无关变量，是一种能提高探究效率的实验材料。

（三）因实验内容的需要选择材料

实验材料的选择依附于实验内容的需要，应选择能达到理想实验效果的最简材料，不能一味追求实验材料的多样化，以防止实验材料喧宾夺主而转移学生的注意力，影响实验的有效开展，降低自主探究的实效。

如六年级下册《小苏打和白醋的变化》一课，第一个环节是观察小苏打和白醋。这个环节主要是让学生通过观察，了解这两种物质的一些物理特性，为进一步观察两种物质混合后的变化做铺垫。因此，只需准备三样实验材料：白醋、小苏打、记录表。根据实验的需要选择实验材料，没有了其他多余的材料来转移学生注意力，就显得重点突出，学生自主探究的实效性就得以增强。

又如五年级上册《测量力的大小》一课，其中有一个环节是让学生经历弹簧测力计的发明历程。这一环节的目的主要是让学生感知人们是通过有弹力的物体形变而比较出物体轻重的，所以，教师只需顺应学生的思维，给学生准备一块木板、一个钉子、一根皮筋、两样所受重力大小不同的重物即可。在不受其他多余材料干扰的情况下，实验的效率就会非常高。

（四）因实验效果的需要选择材料

有些实验对材料的要求不高，很多类似的实验器材都能在实验中起到相同的作用，但为了使实验效果更加的明显，则需要教师根据实验效果对实验材料进行挑选，以凸显每种实验材料的独特功效，从而增强学生自主探究的实效。

如六年级下册《小苏打和白醋的变化》一课，在观察小苏打和白醋混合后的变化这一部分，笔者选择了以下实验材料：一只透明的可密封的封口袋（盛放白醋，课前已放好）、网状茶叶包外包袋（盛放小苏打，课前已放好）。在操作时把材料放入密封袋中混合，就会观察到密封袋慢慢地鼓起来了，如此能让学生非常直观地感受到，混合过程中生成了一种无色、透明的气体。这个实验对于实验材料的选择原本是多样的，但要让学生感知反应过程中吸收热量这一现象，用塑料袋比用玻璃器皿有更强的优势，特别是在实验中很好地利用了封口袋可以密封的特殊功效，凸显了两种物质混合后的变化。

二、进一步优化实验材料，为实现高效自主探究提供保障

在合理选择实验材料的基础上，如何才能将学生的主体地位更好地凸显出来，实现更高效的自主探究呢？笔者通过实践总结出以下几点做法。

（一） 从提供实验材料的全面性入手优化供给实验材料

要实现学生自主、高效的长时探究，全面的、有结构的实验材料是教师必备的工具。在科学课堂的长时自主探究环节中，教师最理想的状态是充当一个万能器材保管员的角色，给学生提供符合学生认知特点并能促进学生思维发展的，全面的、有结构的实验材料。

如三年级上册《比较水的多少》第一环节，教师出示了容器形状不同的两瓶水，在学生进行简单猜测后教师就抛出了研究的任务：“你们能自己设计实验，比较出哪瓶水多吗？”以往的课堂教学中，教师会先让学生交流实验的方法。说到教师有准备的方法，教师就顺势出示材料，并顺着学生的思路重点交流实验的注意事项；说到未准备实验材料的实验方法时，教师则以缺少材料为由把这种方法简单交流就不了了之。这样的设计看似跟着学生的思维走，其实到最后还是让学生按照教师的设计在小步伐前进。

那如何从优化材料入手解决这个问题？就这个环节而言，提供全面的、符合学生思维特点的优化材料，就能还学生自主的探究空间。实验材料：装水的1号瓶、2号瓶，空瓶子（各组形状不同），相同形状杯子2个，尺，电子秤，格子纸条，记号笔，漏斗。这些看似普通的材料中蕴含了很多适应学生特点的简单方法——找和1号瓶或2号瓶一样大小的瓶子装水比水位高低，用两个同样大小的杯子装水比水位高低（可以用尺量高度也可用格子纸条比格数），将水倒入同一个瓶中比水的重量。教师已经把学生能够想到的方法中所需的最简易实验材料都准备齐了，学生自然能顺利地设计出多样化的比较方法并通过自主探究比较出结果来。

教师在做足有结构材料的准备后，学生的主体地位也凸显了，学生的探究效率也提高了，如此做个材料保管员又何乐而不为呢！

（二） 从明确实验材料的指向性入手优化添补实验材料

进行探究活动时，如果研究任务过于简单学生会失去探究的兴趣，如果太难学生会因找不到解决方法而无法独立完成自主探究。在科学课堂教学中，利用实验材料指向性选择将探究难度调控到学生“跳一跳，摘桃子”的适宜程度，有益于探究活动的高效开展。

如三年级下册《水珠从哪里来》一课的教学难点在于，学生在猜测水珠从哪里来后，难以思路清晰地通过猜测来设计实验。在这个环节适当添补一些指向性明确的实验材料，学生很大程度上能够依靠实验材料隐含的提示明确探究的方向，为高效设计探究方法指明方向。如当学生还迷茫于如何证明水珠是来自杯内的冰块还是杯外的水蒸气时，教师除了给学生提供无色冰块，再提供一些有颜色的冰块、磨砂玻璃盖、封口袋等材料，这样就可间接地给学生以启示，把问题聚焦到如何明晰水珠是来自杯内还是来自杯外的，暂时先将来自哪种状态的水先放一放，这样学生就能在较短的时间内设计出简单易操作的区分方法，从而将较难的探究任务解决于无形。

（三） 从提高实验材料的精确度入手优化选择实验材料

对于实验效果不是特别明显的实验而言，一般的实验材料的误差会严重影响实验结果的准确度，这就给学生自主探究的顺利展开带来了困难。当一般的实验材料难以满足学生自主探究的需求时，我们就应该从提高实验材料的精确度入手，优选精确度较高的实验材料，为学生高效自主探究提供坚实保障。

如五年级上册《评价我们的太阳能热水器》一课，以往的实验材料选择存在以下几个问题：首先，装水容器装水量多，在课堂有限的时间里学生制作的太阳能热水器整体升温的效果不太理想；其次，太阳光强度不可控制，课堂活动开展受到了很大的制约，给水加温效果也严重受到影响；第三，测量时由于普通温度计过长，很难在不影响热水器本身加热状态下将温度计摆放于被测水中实时监测温度；第四，普通温度计灵敏度不够，误差较大，很难准确测出经过不同升温措施处理后的热水器升温效果区别。在这么多问题的影响下，学生很难在自主探究的过程中检测出自制太阳能热水器的升温效果，也难以和其他组比较得出哪些升温措施更有效，严重降低了学生课堂探究的效果。

想要有效解决以上这一系列问题，就得从选择精确性与精细化程度都较高的材料入手。笔者的做法是对部分实验材料进行特殊选择：首先是模拟太阳光的灯，笔者选择了热效能比较好、功率比较高的浴霸灯，解决了受天气制约无法开展检测的问题，同时缩短了升温的时间，提高了课堂效率。其次，装水容器笔者选择了一个容积比较小，配有密封盖子的透明塑料容器。选择统一容器装水，一方面考虑装少量水可以更集中将光线汇聚到一处，便于学生灵活设计，另一方面又方便了教师对温度计与容器的组装。将数显温度计探头与容器组合在一起，减少了手持温度计测量时不断开合容器对水温的影响，另外密封的衔接处理，可以让学生灵活改变容器被照射角度。总之，特殊组合的容器与温度计套件的优化选择，解决了普通温度计无法实时监测水温的问题，增强了升温的效果，提高了检测实效，为学生高效自主探究提供坚实保障。

自主探究学习是凸显学生主体性的一种学习方式，是能发挥学生主观能动性的一种高效的学习模式。教师应采取一切手段，帮助学生顺利进行自主探究学习，尽可能地辅助学生高效地完成自主探究学习。教师合理选择实验材料、科学优化实验材料，可以为学生实现高效的自主探究打好扎实的根基、提供坚实的保障，能使学生的自主探究更有实效。

铝活塞加工刀具材料的合理选用 篇7

每一品种刀具材料都有其特定的加工范围, 只能适用于一定的工件材料和切削速度范围。不同的刀具材料和同种刀具加工不同的工件材料时刀具寿命往往存在很大的差别, 例如:加工铝活塞时, 金刚石刀具的寿命是YG类硬质合金刀具寿命的几倍到几十倍;YG类硬质合金刀具加工含硅量高、中、低的铝合金时其寿命也有很大的差别。所以, 合理选用刀具是成功进行切削加工的关键。每一种刀具材料都有其最佳的加工对象, 即存在切削刀具与加工对象的合理匹配问题。

1 刀具材料应具备的性能

1.1 高的硬度和耐磨性

硬度是刀具材料应具备的基本特性。刀具要从工件上切下切屑, 其硬度必须比工件材料的硬度大。切削金属所用刀具的切削刃硬度, 一般都在60HRC以上。

耐磨性是材料抵抗磨损的能力。一般来说, 刀具材料的硬度越高, 其耐磨性就越好。组织中的硬质点 (碳化物、氮化物等) 的硬度越高, 数量越多, 颗粒越小, 分布越均匀, 则耐磨性越好[3]。耐磨性还与材料的化学成分、强度、显微组织及摩擦区的温度有关。可用公式表示材料的耐磨性WR:

WR=KIC0.5E-0.8H1.43

式中 H—材料硬度 (GPa) 。硬度愈高, 耐磨性愈好。

KIC—材料的断裂韧性 (MPa.m1/2) 。KIC愈大, 则材料受应力引起的断裂愈小, 耐磨性愈好。

E—材料的弹性模量 (GPa) 。E很小时, 由于磨粒引起的显微应变, 有助于产生较低的应力, 耐磨性提高。

1.2 足够的强度和韧性

要使刀具在承受很大压力, 以及在切削过程经常出现的冲击和振动条件下工作, 而不产生崩刃和折断, 刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。

1.3 高的耐热性 (热稳定性)

耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。它是指刀具材料在高温条件下保持一定的硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。

刀具材料还应具有在高温下抗氧化的能力以及良好的抗粘结和抗扩散的能力, 即刀具材料应具有良好的化学稳定性。

1.4 良好的热物理性能和耐热冲击性能

刀具材料的导热性愈好, 切削热愈容易从切削区散走, 有利于降低切削温度。

刀具在断续切削或使用切削液时, 常常受到很大的热冲击 (温度变化剧烈) , 因而刀具内部会产生裂纹而导致断裂。刀具材料抵抗热冲击的能力可用耐热冲击系数R表示, R的定义是为:

R=λσb (1-μ) /Eα

式中 λ—导热系数;

σb—抗拉强度;

μ—泊松比;

E—弹性模量;

α—热膨胀系数。

导热系数大, 使热量容易散走, 降低刀具表面的温度梯度;热膨胀系数小, 可减少热变形;弹性模量小, 可以降低因热变形而产生的交变应力的幅度;有利于材料耐热冲击性能的提高。

耐热冲击性能好的刀具材料, 在切削加工时可以使用切削液。

1.5 良好的工艺性能

为了便于刀具的制造, 要求刀具材料具有良好的工艺性能, 如锻造性能、热处理性能、高温塑性变形性能、磨削加工性能等。

1.6 经济性

经济性是刀具材料的重要指标之一, 优质刀具材料虽然单件刀具成本很高, 但因其使用寿命长, 分摊到每个零件的成本则不一定很高。因此在选用刀具材料时要综合考虑其经济效果。

2 刀具材料

2.1 高速钢

高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢[4]。高速钢具有较高的强度和韧性, 并且具有一定的硬度和耐磨性, 适合各类刀具的要求。高速钢刀具制造工艺简单, 容易磨成锋利切削刃, 因此尽管各种新型刀具材料不断出现, 高速钢刀具在金属切削中仍占较大的比例。可以加工有色金属和高温合金。由于高速钢具有以上性能, 活塞加工中的铣浇冒口、铣横槽及铣膨胀槽用铣刀、钻油孔用钻头等刀具都为高速钢材料。

2.2 硬质合金

硬质合金是由难熔金属碳化物 (如WC、TiC、TaC、NbC等) 和金属粘结剂 (如Co、Ni等) 粉末经粉末冶金的方法制成。

由于硬质合金中都含有大量的金属碳化物, 这些碳化物都有熔点高、硬度高、化学稳定好、热稳定性好等特点, 因此, 硬质合金材料的硬度、耐磨性、耐热性都很高。常用硬质合金的硬度为89～93HRA, 比高速钢的硬度 (83～86.6HRA) 高, 在800～1000℃时尚能进行切削。在540℃时, 硬质合金的硬度为82～87HRA, 在760℃时, 硬度仍能保持77-85HRA。因此, 硬质合金的切削性能比高速钢高得多, 刀具耐用度可提高几倍到几十倍, 在耐用度相同时, 切削速度可提高4～10倍。

目前我公司使用的硬质合金刀具主要是YG类 (WC-TiC-Co) 中的YG6和YGX。YT类 (WC-TiC-Co) 中的YT15等硬质合金用于活塞粗加工、半精加工和部分精加工工序。

2.3 金刚石

金刚石是目前已知矿物材料中硬度最高、热传导性最好的物质, 与各种金属、非金属材料配对摩擦的磨损量仅为硬质合金的1/50—1/800[4], 是制作切削刀具最理想的材料。然而, 天然单晶金刚石仅用于制作首饰及某些有色金属的超精密加工[5]。刀具用人造大颗粒单晶金刚石尽管目前De Beers公司、住友电工等均已工业化生产, 但还没有进入大量应用阶段。

金刚石刀具的切削刃非常锋利 (这对切下极小断面的切屑是很重要的) , 刃部粗糙度很小, 摩擦系数又低, 切削时不易产生积屑瘤, 加工表面质量高。加工有色金属时, 表面粗糙度可达到Ra0.012μm, 加工精度可达到IT5级以上。

金刚石刀具有三种:天然单晶金刚石刀具、整体人造聚晶金刚石刀具、金刚石复合刀具。天然金刚石刀具由于成本较高等原因, 在实际生产中应用较少。人造金刚石是通过合金触媒的作用, 在高温高压下由石墨转化而成。金刚石复合刀片是在硬质合金基体上经过高温、高压等先进工艺烧结一层约0.5～1μm厚的金刚石, 这种材料是以硬质合金做基体, 其机械性能、热传导性和膨胀系数都近似于硬质合金, 基体上的人造多晶金刚石磨料中的金刚石晶体呈不规则排列, 其硬度和耐磨性在各个方向都是均匀的[6]。

聚晶金刚石 (简称PCD) 是由经过筛选的人造金刚石微晶体在高温高压下烧结而成。在烧结过程中, 由于添加剂的加入, 使金刚石晶体间形成以TiC、SiC、Fe、Co和Ni等为主要成分的结合桥。金刚石晶体以共价键的结合形成牢固地嵌于结构桥构成的坚强骨架中, 使PCD的强度和韧性都大大提高, 其硬度约为9000HV, 抗弯强度为0.21～0.48GPa, 导热系数为20.9J/cm.s.℃, 热膨胀系数为3.1×10-6/℃[7]。现在使用的聚晶金刚石刀具大多是PCD与硬质合金基体烧结形成的复合体, 即在硬质合金基体上烧结上一层PCD。PCD的厚度一般为0.5mm和0.8mm, 由于底层为硬质合金, 焊接方便;又由于PCD结合桥的导电性, 使得PCD便于切割加工成各种形状, 制成各种刀具, 成本远远低于天然金刚石。

聚晶金刚石 (PCD) 可加工各种有色金属和极耐磨的高性能非金属材料, 如铝、铜、镁及其合金, 硬质合金, 纤维增强塑料, 金属基复合材料, 木材复合材料等。PCD刀具材料中金刚石晶粒平均尺寸不同, 对性能产生的影响也不同, 晶粒尺寸越大, 其耐磨性越高。在相近的刃口加工量下, 晶粒尺寸越小, 则刃口质量越好。选用晶粒尺寸为10～25μm的PCD刀具, 可以500～1500m/min的高速切削Si含量12～18%的硅铝合金, 晶粒尺寸8～9μm的PCD加工Si含量小于12%的铝合金。超精密加工, 则应选用晶粒尺寸小的PCD刀具。PCD的耐磨性在超过700℃时会减弱, 因其结构中含有金属Co, 会促进“逆向反应”即由金刚石向石墨转变。PCD有较好的断裂韧性, 可以进行断续切削, 可以以2500m/min的高速端铣Si含量10%的铝合金。

可利用金刚石材料的高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数实现有色金属及耐磨非金属材料的高精度、高效率、高稳定性和高表面光洁度加工。在切削加工有色金属时, PCD刀具的寿命是硬质合金刀具的几十倍甚至几百倍, 是目前铝活塞精密加工的理想刀具。例如:精车活塞环槽、精镗活塞销孔、精车活塞外圆、精车活塞顶面等工序。

2.4 立方氮化硼

聚晶立方氮化硼 (PCBN) 是由CBN微粉与少量粘结相 (Co, Ni或TiC、TiN、Al2O3) 在高温高压下加入催化剂烧结而成的。它具有很高的硬度 (仅次于金刚石) 和耐热性 (1300～1500℃) , 优良的化学稳定性、比金刚石刀具高得多的热稳定性 (达1400℃) 和导热性, 低的摩擦系数, 但其强度较低。与金刚石相比, PCBN的突出优点是热稳定性高得多, 可达1200℃ (金刚石为700～800℃) , 可承受较高的切削速度;另一个突出优点是化学惰性大, 与铁族金属在1200～1300℃下也不起化学反应, 可用于加工钢铁。因此, PCBN刀具主要用于高效加工黑色难加工材料[8]。

PCBN刀具除了具有以上的特点外, 还有以下几项优点:①硬度高, 特别适合于加工从前只能磨削的HRC50以上的淬硬钢、HRC35以上的耐热合金和HRC30以下而其它刀具很难加工的灰口铸铁。②与硬质合金刀具相比, 切削速度高, 可实现高速高效切削。③耐磨性好, 刀具耐用度高 (为硬质合金刀具的10～100倍) , 能获得较好的工件表面质量, 实现以车代磨。不足之处在于PCBN刀具的抗冲击性能较硬质合金差, 因此, 使用时应注意提高工艺系统的刚性, 尽量避免冲击切削。

PCBN可制成整体的刀片, 也可与硬质合金结合制成复合刀片[9]。PCBN复合刀片是在硬质合金基体上烧结一层0.5～1.0mm厚的PCBN, 其性能兼有较好的韧性和较高的硬度及耐磨性。

PCBN的性能主要与CBN的粒度、CBN的含量及结合剂种类有关, 按其组织大致可分为两大类:一类是由CBN晶粒直接结合而成, CBN含量高 (70%以上) , 硬度高, 适用于耐热合金、铸铁和铁系烧结金属的切削加工;另一类是以CBN晶粒为主体, 通过陶瓷结合剂 (主要有TiN、TiC、TiCN、AlN、Al2O3等) 烧结而成, 这类PCBN中CBN含量低 (70%以下) , 硬度低, 适用于切削加工淬硬钢[10]。

在我公司, 立方氮化硼刀具被用于镶铸铁环活塞的车削铸铁环槽工序中, 同时也应用于活塞立体靠模的加工中。

2.5 陶瓷

陶瓷刀具材料的主要优点是:

1) 有很高的硬度与耐磨性, 常温硬度达91～95HRC;

2) 有很高的耐热性, 在1200℃高温下硬度为80HRC;而且高温条件下抗弯强度、韧性降低极少;

3) 有很高的化学稳定性, 陶瓷与金属亲合力小, 高温抗氧化性能好, 即使在熔化温度下也不与钢相互作用。因而刀具的粘结、扩散、氧化磨损较少;

4) 有较低的摩擦系数, 切屑不易粘刀, 不易产生积屑瘤。

陶瓷刀的缺点是:

脆性大, 强度与韧性低, 抗弯强度只有硬质合金的1/2～1/5, 因此使用时必须选择合适的几何参数与切削用量;避免承受冲击负荷, 以防崩刃与破损;此外, 陶瓷刀导热率低, 仅为硬质合金的1/2～1/5, 热膨胀系数却比硬质合金高10～30%, 抗热冲击性较差。

目前, 陶瓷刀具还没有应用于铝活塞加工过程中。

3 小结

刀具材料的发展对切削技术的进步起着决定性的作用。本文介绍了切削中所使用的金刚石、聚晶立方氮化硼、陶瓷、硬质合金、高速钢等刀具材料的性能及适用范围。刀具损坏机理是刀具材料合理选用的理论基础, 刀具材料与工件材料的性能匹配合理是切削刀具材料选择的关键依据, 要根据刀具材料与工件材料的力学、物理和化学性能选择刀具材料, 才能获得良好的切削效果。就活塞在切削加工时的刀具材料选用作了阐述。

高速钢:活塞加工中铣浇冒口、铣横槽及铣膨胀槽用铣刀, 钻油孔用钻头等都为高速钢材料。

硬质合金:YG、YD系列硬质合金刀具被广泛应用于铝活塞加工的各个工序中, 特别是活塞粗加工和半精加工工序。

立方氮化硼:立方氮化硼刀具被用于镶铸铁环活塞的车削铸铁环槽工序中。同时也应用于活塞立体靠模的加工中。

金刚石:金刚石刀具可利用金刚石材料的高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数实现有色金属及耐磨非金属材料的高精度、高效率、高稳定性和高表面光洁度加工。在切削铝合金时, PCD刀具的寿命是硬质合金刀具的几十倍甚至几百倍, 是目前铝活塞精密加工的理想刀具, 已经应用于精车活塞环槽、精镗活塞销孔、精车活塞外圆、精车活塞顶面及精车活塞燃烧室等精加工工序中。

摘要：本文从刀具材料性能 (主要是指刀具材料与工件材料的力学、物理和化学性能) 相互匹配的角度研究如何合理选用适合加工活塞的刀具材料, 要根据刀具材料与工件材料的力学、物理和化学性能选择刀具材料, 才能获得良好的切削效果, 即最长的刀具寿命、最大的切削生产率和最低的刀具成本消耗。

关键词：金刚石,PCD,聚晶立方氮化硼,陶瓷,硬质合金

参考文献

[1]陈日曜编著.金属切削原理, 机械工业出版社.

[2]张中民等.不同材料刀具的寿命对比试验, 哈尔滨科学技术大学学报, 第19卷, 第1期, 1995年2月.

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[4] nd.DiamSteinmetz K.The Wear of Synthetic Dia-mond.Iond Rev.1993.5.53 (554) .19-24.

[5]冯克明.超硬材料刀具的性能及用途, 中国机械工程, 1995年第6卷第2期.

[6]刘献礼.PCD刀具的选择与应用, 机械二艺师, 1998, 10.

[7]李铭铭.金刚石切削刀具及其应用, 磨料磨具通讯, 1997年第10期.

[8]刘利民, 刘民.超硬刀具应用.工具技术, 1997.3.

[9]超硬材料与工具, 冶金工业出版社, 1996.

[10]宋银胜.PCBN刀具切削灰铸铁的工艺试验, 机械工艺师, 2000.6.

论热力管道保温材料的选用 篇8

1 保温材料概述

1.1 保温材料的特点

常用保温材料的特点主要包括有:密度小、重量轻、导热系数低、防火防水性好、柔韧性高、施工方便、操作简单等。

1.2 保温材料的种类

热力管道中常用的保温材料了类型主要包括有:

(1) 布、毡类的保护层, 包括塑料布、玻璃布、油毡等等。 (2) 金属保护层, 包括铝箔、黑铁皮、不锈钢板、镀锌铁皮等等。 (3) 涂抹式保护层, 包括石棉、水泥、保温涂料等等。

2 热力管道保温材料的选用

在选择热力管道保温材料时, 设计工作人员要考虑以下几个方面的问题, 具体体现在:

2.1 热水管道的保温材料的选择

在热力管道的保温工程中, 由于室外架空热水管道温度较低, 因此其保温材料通常首选价格较低的玻璃棉管壳, 而后是岩棉管壳、超细玻璃棉以及聚氨脂泡沫塑料。在这些保温材料中, 聚氨脂泡沫塑料的节能效果最好, 其次是玻璃棉管壳、超细棉管壳以及岩棉管壳。经济损失和保温费用方面, 硅酸铝纤维毡的数值最高, 微孔硅酸钙管壳次之。综合考虑保温经济损失和年度费用, 超细玻璃棉管壳的综合效果最好, 聚氨脂泡沫塑料、岩棉、玻璃棉次之。

需要注意的是: (1) 过去传统的管道保温在计算时没有将土建支架的费用影响进行考虑, 导致热力管道整个费用计算的不准确。 (2) 在实际的管道保温设计中, 由于受到施工条件、技术条件等因素的影响, 导致对玻璃棉制品的选择受到不同程度的限制, 无法在实际的保温工程中充分的体现其在保温效果和投资费用上的优越性。

2.2 蒸汽管道的保温材料的选择

由于市场经济的不断变化和发展, 导致其保温材料以及热能的价格也发生了相应的变化, 使得现实情况同现行保温设计手册在相关数据上出现差异, 尤其是保温厚度等方面的数据已经不具有完全的参考性, 因此, 设计人员在选择蒸汽管道的保温材料时, 必须要根据实时的最新保温厚度和热价进行相关方面的计算, 从而确保保温投资的科学性。

在热力管道中, 室外架空蒸汽管道的温度较高, 其保温材料就保温效果方面通常首选玻璃棉管壳, 其次是超细玻璃棉管壳和岩棉材料, 效果最差的是硅酸铝纤维毡。在投资成本方面, 玻璃棉管壳的价格最低, 珍珠岩管壳、超细玻璃棉以及岩棉管壳的价格次之, 硅酸铝纤维毡的价格最高。在经济损失和年度费用方面, 综合考虑最为理想的是玻璃棉管壳, 超细玻璃棉、岩棉、玻璃珍珠岩管壳次之, 经济损失最大、费用最高的为硅酸铝纤维毡。

2.3 节能环保型保温材料的选择

随着环保经济、低碳经济日渐兴起, 在进行热力管道设计时, 也要根据实际情况选择那些保温性能质量高、节能环保效果好的保温材料。要对各种保温材料的经济厚度热损失情况进行比较和分析, 热损失量越小, 保温材料的热能利用率越高, 保温效果越好, 节能效果越好。因此, 选择节能材料时, 要尽可能选择热损失最小的保温材料。

通常情况下, 每米热力保温管道的热损失一般是:

标准煤的发热量=1.163×7000W·h/kg。当锅炉的效率在60%时, 标准煤在经过锅炉燃烧后所产生的实际发热量=0.6×1.163×7000, 即4884.6W·h/kg。这时, 每米热力保温管道的热损失 (每小时) 折合数为:

根据国家颁布的有关行业经济评价规定, 对标准煤进行价格的修正, 即0.94/kg。这时, 每米热力保温管道的燃料费每小时是:

其中, Y-每小时每米热力管道损失的燃料费, 用￥/m·h表示;G-每小时每米热力管道的热损失折合标准煤, 用kg/m.h表示;q-每米热力管道的热损失量, 用W/m表示。

经过大量的实际测试检验得出, 在热力管道中应用硬质聚氨脂泡沫塑料作为管道的保温层, 其管道热损失量同其他材料相比数值最小, 因此, 硬质聚氨脂泡沫塑料是当前最为节能的保温材料, 在热力管道中应予以大力的应用和推广。

2.4 保温管道的具备条件

在对热力管道实施保温措施时, 必须符合以下几个方面的内容, 即:

(1) 在生产过程中, 要求选择介质温度能够长时间保持稳定状态的保温设备及管道材料。

(2) 进行保温的管道其外表面的温度要达到50℃以上, 包括各种热力管道、设备以及相应的附件。

(3) 在保温过程中, 必须防止热力管道及其相关设备中的介质出现冻结或结晶现象。

3 结束语

保温能够有效地减少热力管道输送过程中热能的损耗, 提高能源有效利用率, 节约企业成本, 提高企业经济效益。在热力管道工程的设计中选择那些效率高、性能高、科技含量高的节能环保型保温材料, 能在提高热力管道输送效率和企业经济效益的同时, 提高热能的有效利用率, 从而达到节能、低碳、环保的目的。

摘要：随着我国国民经济的飞速发展, 对能源的消耗和需求也在持续增加。如何在保证工业高速发展的前提下, 节约能源应用成为各行各业所面临的重要问题。文章就如何科学、正确选择热力管道的保温材料进行了简单分析和讨论, 以期更好地提高热力管道的输送质量, 减少热能的损耗, 从而不断提高热力企业的经济效益和价值。

关键词：热力管道,保温材料,选用

参考文献

[1]张信德.正确选用热力管网保温材料的几个问题[J].冶金能源, 2013 (6) .

[2]滕达.热力管道经济保温材料的选择[J].公用科技, 2010 (3) .

[3]韩彦荣, 谢华.热力管道保温材料的选用分析[J].制冷与空调 (四川) , 2012 (4) .

[4]张风华.浅谈热力管道和设备的保温[J].管道技术与设备, 2010 (21) .

浅谈排水管道材料的选用标准 篇9

1 排水管道材料的材质及其优缺点分析

1.1 排水管道中的塑料管。

排水管道材料并不是只是单一的材质的, 而是有许多的材质组成的。不同的材质适合的条件不同, 各有各的优缺点。首先给大家介绍的就是塑料管。塑料管是大家生活中常见的一种排水管道材料。塑料管也叫非金属管, 是一类非金属材质制成的管道的总称, 而并不是指单一的塑料管。塑料管在使用的过程中体现出了许多的优点。具体主要体现在以下几个方面:首先, 塑料管的密度比较小, 质地轻, 在运输的过程中是非常方便、便捷的。而且在安装的过程中也是非常容易的;接着, 塑料管的耐腐蚀性比较强。塑料管使用的环境一般都是比较潮湿的, 这样的情况下, 金属管就容易受到腐蚀。然而塑料管就不会;此外, 塑料管的内壁是比较光滑的, 进行排水的过程中阻力比较小。更适合进行排水工作。这么说并不是意味着塑料管没有缺点。塑料管在使用的过程中也是存在着一定的缺点的。它的缺点之一就是在后期回收燃烧过程中会释放出许多的有毒、有害气体。对环境的影响是非常大的。

1.2 排水管道的复合管。

排水管道的材质还有复合管。复合管是指由金属材质与非金属材质混合制成的排水管道。复合管的优点是比较突出的, 它既具有非金属的优点也具有非金属材质的优点。它的优点主要体现在以下几个方面[1]:首先, 它具有金属材质的刚性强的特点。由于复合管在制作的过程中, 加入了许多的金属材料, 这使得复合管的刚性得到了很大的提升, 与金属管的几乎没有什么差别;此外, 复合管也具有非金属材质的特性, 最主要的表现就是他的耐腐蚀性。由于复合管在制作的过程中混入了许多的非金属材料, 使得它的抗腐蚀性性能得到了很大的提升。复合管的内壁与外壁是非金属材质的, 这样可以很好的提升它的抗腐蚀性。复合管也是有一定的缺点的。一是它的制作工艺相对来说比较复杂, 制作流程相对来说比较繁琐;而是复合管的价格相对来说比较高。

1.3 排水管道的金属管。

金属管也是排水管道的一种。显而易见, 金属管就是由金属材质制成的管道。金属管也是具有一定的优点和缺点的[2]。它的优点主要体现在以下几个方面:首先它的使用年限比较高。金属管的使用年限与其它类型的管道相比较是比较高的;接着是它的刚性强。由于金属管在制作的过程中全是由金属材质制成的, 因此它的刚性在三种管道中是最强的;然后, 金属管的接口方式比较多。在进行管道安装工作的开展过程中, 是需要对管道材料进行连接的。金属管的接口方式比较多;此外, 金属管道不会发生自燃的危险。金属管的缺点主要由以下几个方面:首先, 现阶段我国主要是有的金属管是由铜制成的。如果铜超标的话, 那么对环境的影响是非常大的;此外, 金属管的抗腐蚀性能不是很好。在使用的过程中容易造成腐蚀。

2 排水管道材料的选用标准分析

2.1 排水管道材料的压力等级标准。

排水管道材料在选用的过程中是需要遵循一定的标准的, 排水管道材料的压力等级就是需要遵循的标准之一。所谓的压力等级标准是排水管道材料在使用的过程中是需要承受一定的压力的。不同的使用环境所需要承受的压力不同。相同的使用环境不同材质的管道承受压力也是有所区别的。因此, 在进行排水管道材料的选用的过程中, 一定要结合使用的环境查阅相关的压力等级标准, 再进行排水管道材料的选购工作。

2.2 排水管道材料的刚性标准。刚性标准也是需要遵循的标准之

一。在进行排水管道材料选用的过程中也是需要考虑它的刚性标准的。因为不同的使用环境对排水管道材料的材质是有不同的要求的。有的使用条件要求排水管道材料的刚性是需要达到一定的指标的, 而有些使用条件要求排水管道材料的刚性为零, 也就是不能够使用金属管和复合管。因此, 在进行排水管道材料的选用过程中需要查阅相关的刚性标准。

2.3 排水管道材料的外观标准。

排水管道材料在选用的过程中也是需要遵循一定的外观标准的。大家或许这这个标准有一些迷惑, 排水管道材料对外观也有要求吗?答案是肯定的。排水管道材料子在选用的过程中, 是需要外观光滑、平整, 没有凸起或者缺陷的地方的。如果排水管道材料的外观不够光滑或者有凸起、凹陷的地方。那么在进行管道安装的过程中是为带来一定的问题的。如安装过程中刺伤安装人员、表面不够平整增加安装的难度等。因此。在进行排水管道材料选用的过程中是需要对管道的外观进行一定的检查的。一定要符合相关的使用标准才可以进行选用。

2.4 排水管道材料的质量标准。

排水管道材料的质量标准是在进行排水管道材料选用过程中最重要的标准之一。因为在水利工程计划的过程中, 一旦工程完工它的使用是需要达到一定的年限的。如果排水管道材料的质量不过关, 那么在使用的过程中就会引发一系列的问题。因此, 在对排水管道材料选用的过程中, 一定要遵循相关的质量标准。这也就意味着, 相关的选购人士在进行选购之前, 需要详细阅读并理解相关的质量标准, 然后在后期选购工作中严格的按照质量标准进行选购。

2.5 排水管道材料的环保标准。

排水管道材料的环保标准也是需要遵循的标准之一。随着环境问题的之间恶化, 对环境的保护已经成为了国际间的一个共同目标。每一个国家、每一座城市甚至每一个人都有义务对环境进行保护[3]。排水管道材料的选用也是如此。相同的材料可以通过不同的制作过程完成。所需要选用的排水管道材料是需要通过环保途径制成的。如果排水管道材料的制作过程不符合相应的环境标准, 那么是不符合排水管道材料的选用标准的。因此, 在排水管道材料选用的过程中, 一定要查阅相关的环保标准, 从而为环保事业做出贡献。

2.6 排水管道材料的回收利用标准。

回收利用标准也是需要遵循的标准之一。排水管道材料在经过一定年限的使用之后, 是需要对排水管道材料进行回收再利用的。这就需要考虑到排水管道材料的回收利用标准。一种材料的回收利用价值是否很高都是需要考虑的内容之一。总结来说回收利用标准是不可忽视的标准之一。

2.7 排水管道材料的经济性标准。

经济性标准也是需要考虑的标准之一。每一项工程的可利用资金都是有限的。因此, 在资金承受能力范围之内, 选取最好的排水管道材料是值得考虑的。简而言之就是要考虑的性价比。如何消耗最少的资金获取最好的排水管道材料是每一个选购人员值得思考的问题。

结束语

以上内容就是本文对排水管道材料的选用标准内容的分析。通过本文的介绍, 想必大家对这方面的内容都有了一定的了解。排水管道材料在选用的过程中是需要遵循许多的标准的, 希望相关的排水管道材料采购人士在开展采购工作的过程中, 要谨记这方面的标准, 从而确定选购的排水管道材料符合相关的规定。

摘要：近些年来, 随着我国经济的发展与国际地位的日益提高, 我国对各行各业都进行了一定的改进与发展。水利工程中我国重点发展的项目工程之一。水利工程的好坏直接影响到我国的经济与农业的发展。在开展水利工程中的过程中, 常会涉及到排水管道材料的选用, 本文将会介绍这方面的内容。希望大家有所了解。

关键词：排水管道材料,材料选用,选用标准

参考文献

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[2]任海萍, 郝晓龙.浅谈建筑给排水常用管材[J].广西质量监督导报, 2013 (7) :101-102.

化工管道设计中材料的选用分析 篇10

化工产品由于其特殊性, 在生产过程中, 一旦出现任何失误, 都极有可能造成泄漏或腐蚀状况的发生, 威胁到化工生产人员的人身安全。因此, 为了确保化工产品生产过程中的安全性, 还需注重对化工管道设计中材料的选用。化工管道设计中材料的选择, 需要根据不同化工产品的具体特性, 结合不同管道材料的耐腐蚀性、抗压力、设计温度等, 选择最为适宜的材料, 以保证化工设计能达到预期质量。

2 选择管道材料的基本原则

(1) 化工材料的选择应遵循化工生产管道设计的相关规定。 (2) 管道选择需要以生产运输化学产品的特性作为主要依据, 不同特性的化工产品生产, 需选用的管道材料也不同。如易燃易爆化学产品则需避免使用塑料材料设计管道, 而具备较强腐蚀性的化学产品则不可使用碳钢材质的材料。 (3) 管道材料不仅要考虑到化学生产的不同特性, 还要注意管道的抗压力、抗冲击力以及抗温性等, 在综合考量的基础上进行选择。如, 在温度较低的情况下, 应避免选择铝镍合金钢、不锈钢等材料。

3 化工设计中的管道材料选用的分析

3.1 耐热管材的选用

耐热性管道材料通常是指具备较强抗高温性、抗热冲击性的材料。并且, 为确保化工产品生产过程的安全, 这些材料也拥有较高的抗腐蚀性、耐氧化性等功能。高温钢管作为化工生产物质运输的重要途径, 其抗氧化性能有效防止化学物质运输过程中, 有毒有害气体或液体的渗漏, 有效提升了化工生产的安全性。现阶段, 在化工生产管道抗氧化方面, 所采用的碳素钢管往往会形成一层氧化膜覆盖于其表面, 以增强其抗氧化功效。在这个过程中, 可将一些金属元素, 如铬元素、铝元素、硅元素等合理添进钢管内。铬元素相比于铁元素, 氧化时间更短, 因而能形成以氧化膜覆盖于金属表面, 有效隔绝了深层次氧化作用的形成。此外, 钼元素与铬元素添入管道内, 还能形成铬-钼合金, 其在抗氧化方面具备较为显著的功效, 适用于石油化工生产中的管道设计。

3.2 低温管材的选用

对于化工管道设计中材料的选择, 还需考虑到温度问题, 在-20℃至-196℃的低温环境下, 应根据实际温度差异选择较合适的材质。如, 温度在-20℃至-40℃时, 则不可使用碳素钢管材料;温度在-40℃至-70℃时, 则不能选择低合金钢管材料;温度低于-70℃时, 便不能选择合金钢管材。通常而言, 当温度下降至0℃以下时, 铁素钢管的韧性为大幅度降低, 而脆性而会相应提升。因此, 为保证化学物质运输的安全, 必须考虑到管道材料的耐低温性能。

3.3 高温管材的选用

一些化工产品的生产是处在高温状态下, 因而其运输管道也需具备较强的抗高温性。而在化工管道设计中, 对高温材料的选择, 需要考虑到以下方面: (1) 不同温度下, 管道材料的屈服强度所呈现出的反比例变化及塑性的正比例变化; (2) 随时间推移而出现的管道材质力学性及荷载强度可能产生的变化; (3) 不同温度条件下, 管道材料的抗拉强度大小变化; (4) 温度变化而引起的管道材料的腐蚀性变化。

在化工生产过程中, 当温度达到350℃时, 即为高温环境。在此情况下, 管道材料不可避免会受到一定程度的腐蚀。因此, 在其高温环境下的管道材料选择中, 还应对材料的耐腐蚀性提出一定要求。通常情况下, 高温管材也存在一定的高温极限, 如碳素钢, 但其承受温度超出425℃左右时, 极有可能会出现碳素钢的石墨化状况, 因而必须添入适量的合金元素, 以防止这种状况的发生, 并增强碳钢素财材料的稳定性。同时, 也可选择铝元素镇静钢、沸腾钢等, 以更好地提升化工管道使用的安全性能。

3.4 特殊介质管材的选用

(1) 塑料衬里材料的选用。在化工产品生产中, 要确保化学物质运输管道的塑料衬里的使用温度不高于120℃。在其衬里材料的选择上, 主要为聚四氟、聚丙烯等。相关设计人员在进行材料选择时, 还需将其应用环境纳入考虑范畴, 避免将其使用于苯溶解介质中。

(2) 苛性钠碱液管材的选用。对苛性钠碱液管材的选择, 需要考虑到腐蚀介质与拉应力共同作用对其产生的不利影响, 一旦管道材料选择不当, 则极有可能会出现管道的破裂状况。因此, 为保证化工生产的安全, 必须将氢氧化钠的浓度及温度控制在合理范围内。

(3) 硫酸管材的选用。化工生产中的硫酸类化学产品因具备较强的腐蚀性, 必须选择抗腐蚀性较强的运输管道。总体而言, 当硫酸浓度在95%~98%时, 应尽可能将管道温度保持在20°左右、压力控制在1.6Pa左右。同时, 管材的腐蚀裕量需为1.5。在硫酸物质的输送过程中, 硫酸亚铁保护膜直接决定了其碳钢管材抗腐蚀性的强弱。因此, 为了确保保护膜的完整、不被破坏, 需将其所运输硫酸的流速掌握在合理范围内。同时, 对于不同温度条件下的硫酸运输, 所选用的管道材料型号也不同, 应根据实际情况而定。

(4) 氧气管材的选用。在氧气类化学生产中管道材料的选择上, 通常以不锈钢、碳钢为首选管材。并且, 这类管道的设计, 主要考虑因素为两点, 即温度与压力。因氧气属于助燃气体, 当与其他气体混合后, 一旦在运输过程中受到外力冲击, 极易引发爆炸事故, 所以在对氧气运输管道的设计上, 大多数为GC2 类型。同时, 爆炸事故的发生, 情况严重的可能会造成化工生产的停产。因此, 氧气管材选用必须慎重, 既要考虑到氧气的强压问题, 也要考虑到其流速问题。当氧气的压强在0.33pa~0.55pa时, 则管道材料应为碳钢管。而在氧气压强过高时, 则需选用不锈钢管道。其中, 为最大限度降低氧气输送中存在的安全隐患, 应避免使用褶皱弯头来制作管道, 并确保管道直径与外径的比例大于4:1, 而管道的长度需>2m, 并选择大半径弯头的管件, 将弯头半径与管道外径的比例控制在6:1 以上, 实施无缝焊接的工艺, 完成运输管径之间的焊接。此外, 还需注重对氧气运输管道阀门材料的选择, 根据其运输中的真实压强状况及具体因素, 将不锈钢材料作为阀门材料的首选。

(5) 盐酸管材的选用。在化学生产中, 对于盐酸管道设计中材料的选择, 必须考虑到盐酸的腐蚀性特点。当盐酸浓度为15%~30%时, 应选择抗腐蚀性较强的聚丙烯材料。聚丙烯材料相比于其他管材, 在复杂的温度及大压强下, 仍然能表现较强的耐腐蚀性, 能有效应对盐酸运输中形成的复杂环境。同时, 由于聚丙烯材料在管道设计中的应用, 导入率较低, 因而具备较高的保温性。此外, 聚丙烯材料在管道中的应用, 拥有较高的熔口强度, 能有效防止管道断裂, 提升化工生产的安全性。相比于其他管材, 聚丙烯管道具备质量轻、密度小、成本低的优点, 投入使用极为便捷, 并且使用期限较长。但同样, 聚丙烯管材也存在一些不可避免的缺点, 如老化现象出现频繁, 易受自然气候的影响, 特别是在降雪、降水或风力等恶劣天气下, 聚丙烯管道的使用质量便会大打折扣。

参考文献

[1]杨磊磊.化工管道材料合理选择与研究[J].化工管理, 2014 (21) .

[2]王永俊.浅析化工管道安装中存在的问题及对策[J].化工管理, 2015 (12) .

材料选用 篇11

地铁车辆上应用的电气电子元件种类繁多，依据的标准各制造厂和地铁公司规范也不尽一致，本文仅针对国内部分地铁车辆的设计和制造运营分析其材料选用和基本设计准则。

一、电气元件

电气设计规范符合相应标准。电子设备的设计、制造符合EN 50155标准，其中温度等级为T3以上。

1.1 电容器

一般使用干式钽电容或陶瓷电容。对于高电容值电容，采用长寿命等级的铝电解电容或纸质电容。电力电容使用寿命大于100，000小时的电容器，并使用无毒浸渍剂。

1.2 电阻

牵引、制动和辅助系统的功率电阻（大于300W）的选用符合标准IEC 60322，其他电阻减低额定值的50%使用。制动电阻的设计要便于拆卸和清洁。

1.3 变压器和电感器

变压器和电感器的选用符合标准IEC 60310。

1.4 半导体

不使用锗（Ge）半导体。分离式半导体根据不同用途设置相应的保护。不使用靠元件“迭配”来使电路具有正确、有效功能的电路。

1.5 印刷电路板

元器件的固定方式，能经得起在长期的地铁运营环境中反复冲击和振动；装配好的印刷电路板，两边涂绝缘、保护涂料，该涂料能被热的电烙铁烫穿，涂料的溶媒对元器件无不利影响；接插件采用标准型号，选择时考虑车辆运营所在地的环境条件和列车寿命期内所需的插/拔次数；印刷电路板和模块用适当的方式保持固定；不采用加“飞线”的方法来纠正设计错误；所有电子元件需经过老化处理，满足EN50155标准。

1.6 微处理器和运算/逻辑单元集成电路

设计要点：电路系统提供大于牵引控制软件所需存储容量20%扩充量；单元封装在易于更换模块的金属壳体内；整个单元由标准的包装系统机箱来支撑。

电路中的PROM均是可拆卸的，便于编程。

I/O信号借助于控制装置上专用的I/O模块来传送。

输入/输出模块的要求：进行过/欠电压、电压突变、短路和开路的保护；进行必要的电压变换；减少噪声和干扰信号。

编程

需结构清晰，易于识别。系统包括Watch-dog的功能。

1.7 干扰要求

设计和布线考虑避免在运行中产生相互干扰。

瞬变过程抑制的要求：对于产生EMI的设备的设计均考虑其EMI的发射；电磁阀和操作器件的线圈装续流二极管或电弧抑制设备；在发生源抑制瞬变过程；电子设备的设计能经受车辆运行环境所能遇到的EMI或瞬变过程。

二、控制和保护电气

2.1 接触器

接触器定义为功率≥5KW的任何开关设备。

接触器能方便地进行检查、拆卸和更换。

触点电流值大于10mA，防止触点发生氧化的现象。

所有接触器上都安装灭弧罩：

触头均消除弹跳，以防止发生金属熔敷和电蚀。

各种接触器绕组均使用固态抑制装置，以防沿低压网络产生的瞬变电压。

2.2 继电器

继电器限定为开关功率<5KW。

触点计算准确，避免低电平负载；对不同性质的负载进行合理的换算。关键回路的控制继电器采用高可靠性安全性继电器。

各种继电器的绕组使用固态抑制装置，以防沿低压网络产生的瞬变电压。

触点电流值大于10mA，防止触点发生氧化的现象。

所有延时继电器优先R-C延时或固态延时式的。

绝缘材料具有阻燃性能；达到耐温等级温度上限。触点过负载能力能100次成功（交流为200次）切换两倍额定负载电流。

所有继电器的电气寿命不少于106次，且电路的设计将使这些继电器至少满足10年以上的使用寿命。

2.3 开关

不并联使用触点开关以传输等于或大于制造厂规定的电流额定值。

开关上配置一个“定位键”，作用是当开关安装以后，使开关体在开关机械转动时能受制约而固定不动。

触点电流值大于10mA，防止触点发生氧化的现象。

开关每个端子上最多接二根导线。

2.4 保护电路断路器和高速断路器

保护断路器要求非常坚固，能充分地满足预期的运行要求； 所有电路断路器的通和断位置永久性刻在断路器的手柄或外壳上；每个断路器只保护一个回路，任何回路只用一个断路器保护；每对断路器的触头都有相适应的灭弧装置，以防飞弧；断路器额定电流值在断路器安装之后清晰和永久可见；

高速断路器

适用于牵引电路；采用单触点串联连接；由低压控制；独立安装或安置在高压箱内。

保护断路器板的布置

保护断路器的布置按安全原则设计；在保护断路器旁有一条线槽，放置每条断路器的导线；底座易于拆卸，便于维护和保养。

2.5 熔断器

熔断器仅用在绝对需要的地方且均有熔断指示。空气隙和漏电距离按相应国际标准的要求。每个熔断器的额定值清晰、持久地印刻在其表面。

三、综合

除以上所述，电气电子元件材料和设计应符合地铁运用环境条件，符合国际国内相关电气和防火及冲击振动的标准规定，所选择的电气装置（继电器、接触器、断路器、接插件、熔断器）的技术数据和说明书（产品样本）应归档保存，以便追踪校核。车辆用所有各类电气配件在装车前均经试验、检查，并验收合格。

参考文献

[1]EN 50155-机车车辆上使用的电子设备

[2]IEC 60322：2001 机车车辆-铁道车辆电气设备-开式结构功率电阻器规则

材料选用 篇12

一、简述化工装置管道材料

化工装置管道材料设计包括管件、管道、垫片、阀门、法兰、紧固件等, 有关化工装置管道材料设计文件做出以下说明, 管道材料等级索引表、管道壁厚表、管道材料登记表及只管连接表, 对管道材料设计的各部件均有具体要求, 例如管道标准、材料单位、管子、管件、螺栓、阀门、垫片等。管道材料等级索引表是指某项项目中, 将流体按照温度、使用材料、压力等分成多等级, 并对其作出介绍。管道材料等级表是指某个具体管道中的等级介绍, 其中包括所有参与装置的组成部件, 例如管件、管子、螺栓、阀门、垫片及其相关配件, 管道等级是指各部件的材料、规格、型号、尺寸等, 管道材料等级表是管道材料控制专业编制中的关键内容, 同时也是管道设计、材料汇总、施工与维修养护等工作开展的前提。

管道壁厚表、管道只管连接表是基于管道材料等级表下, 前者是对不同管径等级的管道壁厚制成表格并给出具体说明, 后者是对主管引出支管的根部连接方式作出介绍。

二、化工装置管道材料的设计和选用原则

从实际的化工装置出发, 对不同的管道材料设计及其特点选择相应的材料, 考虑到工况, 选择经验丰富的管道材料设计方案。

1. 管道材料的设计和选用原则

根据选用材料的差别, 对其设计工艺也应作出调整, 例如国内管道材料应根据GB50316标准开展管道设计、管道制造、管道焊接及其工艺处理, ASTM管道材料根据相应标准来进行管道设计、管道制造、管道焊接及其工艺处理, 其检验标准、试验标准也随之变化。根据输送介质的严重程度选择相应的材料, 通常极度危险、高度危害等介质与液化烃的压力管道制造材料大多选用优质钢, 输送可燃介质管道材料必须使用沸腾钢。输送腐蚀介质管道根据实际的腐蚀情况选择相应的材料, 如下表1所示。

管道材料的使用温度GB 50316、ASM E B31.3标准的温度以下, 低温管道用材料按照ASM E B31.3标准来进行低温冲击试验, 此标准中对试验合格也有一定的要求, 材料是否通过参照试验合格标准。管道材料的操作温度超过二百摄氏度, 当管道输送介质中带有氢气的材料有碳钢、低合金钢管道, 提高标准的操作温度不超过四十摄氏度左右, 并给予一定含有氢气的分压, 根据实际需求选择抗氢材料。

2. 管道及组成件

选用合适的管道材料调整设计工艺, 国内管道材料及其组成材料应符合GB、HG标准的材料和尺寸要求, ASTM管道材料及其组成材料应符合ASTM、API、BS标准的材料和尺寸要求。尽量规避或减少使用经验少的管径标准, 例如DN65、DN125、DN90、DN550等, 管道组成部分的材料有要垫片、法兰、阀门等, 紧固件考虑到不同工况下的压力、温度、介质腐蚀性、燃爆性、毒性、磨蚀性, 对相应参数要求或高精度标准的管道工艺应及时作出调整。

3. 端面连接

常用的化工装置管道连接包括法兰连接、螺纹连接、咬合连接、焊接等, 在化工装置中尽量选用焊接来连接各管道材料。管道螺纹连接时根据标准的不同, 选用不同的螺纹连接方案, 例如60°密封管螺纹与NPT螺纹, 其标准可选用GB/T12716与ASM E B1.20.1, 55°密封管螺纹可选用GB/T 7306.2螺纹标准。

螺纹连接适用于丝堵放空时孔板法兰的取压点、热电偶出口, 当含有氢气、烃气、易爆介质、有毒介质的螺纹连接, 应使用密封焊。

4. 氧气管道材料的选择

氧气管道材料可根据GB50030的标准来进行选择和设计, 根据使用温度的不同选用相应的材料, 使用温度小于二百摄氏度可选择304、304L标准的不锈钢作为管道材料, 使用温度大于二百摄氏度管道材料可选择Inconel600。氧气管道中螺栓、螺母最好选用不锈钢材料, 氧气管道避免使用快开型阀门或快闭型阀门, 禁止使用闸阀, 建议使用全通径阀门, 其中阀门填料可使用膨胀石墨或聚四氟乙烯等物质。氧气管道的垫片材料可选用镍金属环垫、镍金属平垫、铜金属平垫、缠绕式垫片等, 氧气管道及其组成部件需进行脱脂处理, 氧气管道的各端口、各种材料的连接方式是焊接, 在与阀门、设备连接时填充材料可为聚四氟乙烯薄膜、水玻璃、一氧化铅等, 禁止使用含有铅红的麻丝、棉丝、油脂材料。

结束语

综上所述, 化工装置工艺管道设计是一项复杂的项目设计, 对设计人员的要求较高, 设计人员需要具备一定的专业知识与设计理念。管道材料的设计、选用与化工装置有着直接的关系, 科学合理的管道材料的设计与选用是保障装置安全运作的前提。

摘要：在化工装置中管道材料的设计是最关键的内容之一, 科学合理的管道设计对整体的化工装置起到重要的作用, 因此, 如何设计安全、合理的管道式化工装置中首要考虑的问题, 本文从化工装置管道材料出发, 对塔、泵、冷换设备等化工管线设计进行了分析, 探讨了化工装置管道材料的设计工艺, 并提出相应的注意事项, 为今后的化工管道设计打下良好的基础, 具有一定的借鉴效果。

关键词：石油化工,管道,化工材料,设计

参考文献

[1]田卉.石油化工装置工艺管道设计探讨[J].化学工程与装备, 2008 (3) .

[2]尹伊君.有关石油化工装置的管道设计与工艺探讨[J].中国石油和化工标准与质量, 2012 (33) .