1、第二章制藥工程材料,第一節(jié) 工程材料基礎(chǔ)知識(shí),材料常用性能 鋼的熱處理,一、 材料的力學(xué)性能,定義 : 材料在外力作用下所表現(xiàn)出來(lái)的性能稱為力學(xué)性能。 指標(biāo) : 強(qiáng)度、硬度、塑性、沖擊韌性、疲勞等。,1 強(qiáng)度,強(qiáng)度反映材料抵抗外力作用不失效、不被破壞的能力 1）屈服強(qiáng)度 s 反映材料抵抗永久變形的能力 2）抗拉強(qiáng)度 b 抗拉強(qiáng)度反映材料抵抗斷裂破壞的能力,2 硬度,表示金屬材料在一個(gè)小的體積范圍內(nèi)抵抗彈性變形、反映塑性變形或斷裂的能力。 常用測(cè)量硬度的方法 ：布氏硬度HB、洛氏硬度HR 、維氏硬度HV 。,布氏硬度 HB,洛氏硬度 HR,維氏硬度 HV,3 塑性,是指材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變

2、形而不被破壞的能力。 斷面收縮率： 伸長(zhǎng)率： 伸長(zhǎng)率和斷面收縮率的值越大，則材料的塑性越好。,4 沖擊韌性 材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力,5 疲勞 表示材料經(jīng)無(wú)數(shù)次交變載荷作用而不致引起斷裂的最大應(yīng)力值。r -1,二、鋼的熱處理,1.熱處理的定義,2.熱處理的主要目的:改變鋼的性能3.熱處理的分類,熱處理分為普通熱處理和表面熱處理兩大類。 普通熱處理包括退火、正火、淬火、回火等 表面熱處理包括表面淬火、化學(xué)熱處理等,1）退火和正火,退火是把鋼放在爐中，加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，然后隨爐溫緩慢冷卻的熱處理工藝。 正火是將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，然后出爐置于空氣中冷卻的熱處理工藝

3、。,2）淬火和回火,淬火是將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間后，置于淬火劑（油、水、鹽水）中，快速冷卻的熱處理工藝。 回火是淬火后進(jìn)行的較低溫度的加熱、冷卻的熱處理工藝?；鼗鸢凑諟囟确秶牟煌譃槿悾旱蜏鼗鼗?、中溫回火和高溫回火,3）表面熱處理,表面熱處理方法有表面淬火和化學(xué)熱處理 鋼的表面淬火是將工件的表面通過快速加熱到淬火溫度，在熱量還來(lái)不及傳導(dǎo)至中心部位之前，迅速冷卻來(lái)改變鋼的表層組織，而中心部沒有發(fā)生相變?nèi)员３衷械慕M織狀態(tài)。 化學(xué)熱處理是將零件放在某種化學(xué)介質(zhì)中，通過加熱、保溫、冷卻等方法，使介質(zhì)中的某些元素滲入零件表面，改變表面層的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，從而使零件表面具有某些化學(xué)性能

4、。,第二節(jié) 金屬材料,鋼的分類 按化學(xué)成分分,2）按質(zhì)量分,鋼的質(zhì)量是以磷、硫的含量來(lái)劃分的。 分為：普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。,3）按用途分,一、碳鋼 1.碳素結(jié)構(gòu)鋼,Q+最低屈服強(qiáng)度值+質(zhì)量等級(jí)符號(hào)+脫氧方法符號(hào) Q表示“屈服強(qiáng)度”；屈服強(qiáng)度值單位是MPa； 質(zhì)量等級(jí)符號(hào)為A、B、C、D、E。由A到E，其P、 S含量依次下降，質(zhì)量提高。 脫氧方法符號(hào)：沸騰鋼F；鎮(zhèn)靜鋼Z；半鎮(zhèn)靜 鋼b；特殊鎮(zhèn)靜鋼TZ。 如碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)表示為 Q235AF、Q235BZ。,2. 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：牌號(hào)為兩位數(shù)字 這兩位數(shù)字表示鋼平均含碳量的萬(wàn)分之幾 如45其平均含碳量為萬(wàn)分之

5、四十五（即0.45%C） 碳鋼的品種有鑄鋼、鍛鋼、鋼板、型鋼和鋼管等,二、鑄鐵,鑄鐵含碳量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))一般在2.11以上，并含有S、P、Si、Mn等雜質(zhì)。 鑄鐵可分為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、高硅鑄鐵等 1. 灰鑄鐵 灰鑄鐵中的碳大部分或全部以自由狀態(tài)的片狀石墨形式存在，斷口呈暗灰色。,灰口鑄鐵的牌號(hào)、性能和用途,2、球墨鑄鐵,經(jīng)過球化處理的鑄鐵液，澆注后石墨結(jié)晶球狀，獲得球墨鑄鐵，從而提高了鑄鐵的力學(xué)性能。 牌號(hào)表示：是由“QT”（“球鐵”兩字漢語(yǔ)拼音字首）后附最低抗拉強(qiáng)度 b值（MPa）和最低斷后伸長(zhǎng)率的百分?jǐn)?shù)表示。,球墨鑄鐵的牌號(hào)、力學(xué)性能及用途,三、合金鋼,合金鋼是指在碳鋼基礎(chǔ)上有目

6、的地加入某些元素所形成的鋼種。鋼中加入這些元素的目的是為了改善鋼的性能，滿足使用要求 。 在合金鋼中常用的合金元素有鉻(Cr)、錳(Mn)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、硅(Si)、硼(B)、鎢(W)、釩(V)等。,合金鋼的牌號(hào),合金鋼的牌號(hào)通常是由含碳量數(shù)字、合金元素符號(hào)、合金元素含量數(shù)字順序組成。含碳量數(shù)字為兩位數(shù)時(shí)表示平均含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)，為一位數(shù)時(shí)表示平均含碳量的千分?jǐn)?shù)；合金元素含量數(shù)字位于合金元素符號(hào)之后，通常表示合金元素平均含量的百分?jǐn)?shù)，當(dāng)合金元素平均含量15時(shí)不標(biāo)數(shù)字。,合金鋼的分類,合金鋼按其含合金元素量的多少可分為低合金鋼(含合金元素總量小于5)、中合金鋼(含合金元素總量（510）和

7、高合金鋼(含合金元素總量大于10)。 按用途分為合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼。特殊性能鋼分為不銹鋼和耐熱鋼等。,1.低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼,1）性能要求: 高強(qiáng)度及足夠韌性。 良好的焊接性能、耐蝕性及低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度。 2）用途 Q345鋼(16Mn)綜合性能好，用于船舶、橋梁、車輛等大型鋼結(jié)構(gòu)。 Q390鋼含V、Ti、Nb，強(qiáng)度高，用于中等壓力的壓力容器。 Q460鋼含Mo、B，正火組織為B，強(qiáng)度高，用于石化中溫高壓容器。,2合金鋼結(jié)構(gòu)鋼,（1）合金調(diào)質(zhì)鋼 調(diào)質(zhì)鋼通常經(jīng)調(diào)質(zhì)后使用，具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能，廣泛用于制造軸、齒輪、連桿、螺栓、螺母等。它是制藥機(jī)械零件用鋼的主體。 調(diào)質(zhì)鋼分為碳素

8、調(diào)質(zhì)鋼和合金調(diào)質(zhì)鋼兩類。40、45、50是常用而廉價(jià)的碳素調(diào)質(zhì)鋼。合金調(diào)質(zhì)鋼的常用牌號(hào)有40Cr、35SiMn、35CrMo、40MnB等，最典型的鋼種是40Cr，用于制造一般尺寸的重要零件。,（2）合金滲碳鋼,滲碳鋼通常經(jīng)滲碳并淬火、低溫回火后使用，具有外硬內(nèi)韌的性能，主要用于制造承受強(qiáng)烈沖擊載荷和摩擦磨損的機(jī)械零件，如變速齒輪，凸輪軸等。 滲碳鋼分為碳素滲碳鋼和合金滲碳鋼兩類。碳素滲碳鋼為低碳鋼，常用牌號(hào)有15、20等；合金滲碳鋼的常用牌號(hào)有20Cr、20CrMnTi、20MnVB等，其中20CrMnTi應(yīng)用最為廣泛。,3不銹鋼,定義： 在腐蝕介質(zhì)中具有很高的抗腐蝕能 力的鋼。 分類： 不

9、銹鋼按化學(xué)成分可分為鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼兩大類。,1）Cr不銹鋼,Cr：是提高耐蝕性的主要元素 鉻在氧化性介質(zhì)形成穩(wěn)定致密的氧化膜，對(duì)鋼材起到保護(hù)作用而具有耐腐蝕性。 最常用的鉻不銹鋼是Crl3型。 鋼號(hào)為1Cr134Cr13，隨含碳量提高，強(qiáng)度、硬度提高，耐蝕性下降。,2）鉻鎳不銹鋼,鉻鎳不銹鋼的含碳量較低，具有良好的耐腐蝕性、塑性和可焊性，適用于制作在腐蝕性介質(zhì)(如大部分酸、堿、鹽的水溶液)中工作的零件，如制藥工業(yè)中的貯槽、管道和容器等，尤其后兩類是制造制劑設(shè)備的主要不銹鋼材料。,4滾動(dòng)軸承鋼,滾動(dòng)軸承鋼主要用于制造滾動(dòng)軸承。滾動(dòng)軸承鋼的牌號(hào)以字母“G”后附鉻元素符號(hào)Cr及Cr含量的千分?jǐn)?shù)

10、表示，碳的含量不標(biāo)出。例如GCrl5表示含Cr1.5%的滾動(dòng)軸承鋼。,四、有色金屬,定義 : 除黑色金屬 ( 鋼、鐵 ) 以外的所有 金屬。 性能：有色金屬具有耐腐蝕性好、低溫時(shí) 塑性好和韌性高等特殊性能。,1鋁及其合金,性能特點(diǎn): 密度小 ; 熔點(diǎn)低；導(dǎo)電及導(dǎo)熱性能好; 抗大氣腐蝕性好; 塑性高; 強(qiáng)度低;無(wú)磁性; 加工工藝性好等。 鋁合金的分類： 形變鋁合金和鑄造鋁合金兩類,1）形變鋁合金,依據(jù)其性能特點(diǎn)分為 防銹鋁合金（主要是Al-Mn和Al-Mg系） 硬鋁合金（主要有AlCuMg系 ） 超硬鋁合金（AlZnMgCu系 ） 鍛鋁合金（AlMgSiCu系）,2）鑄造鋁合金,Al- Si系：

11、 鑄造性能好，具有優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性和焊接性能。代號(hào) 為ZL1+兩位數(shù)字順序號(hào)。 Al-Cu系：耐熱性好，強(qiáng)度較高；但密度大，鑄造性能、耐蝕性能差，強(qiáng)度低于Al-Si系合金。代號(hào)為ZL2+兩位數(shù)字順序號(hào)。 Al-Mg系：耐蝕性好，強(qiáng)度高，密度??；但鑄造性能差，耐熱性低。代號(hào)為ZL3+兩位數(shù)字順序號(hào)。 Al-Zn系：鑄造性能好，強(qiáng)度較高，可自然時(shí)效強(qiáng)化；但密度大，耐蝕性較差。 代號(hào)為ZL4+兩位數(shù)字順序號(hào)。,2銅及其合金,性能特點(diǎn)：純銅呈紫紅色，故又稱紫銅，其密度為8.9g/cm3，熔點(diǎn)為1083；具有面心立方晶格，無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無(wú)磁性；具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性；在大氣、淡水和冷凝水中有良好

12、的耐蝕性。純銅的強(qiáng)度不高，硬度較低，塑性好。 分類：按化學(xué)成分分為黃銅、青銅、白銅。,1）黃銅,以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。 分類：按化學(xué)成分可分為普通黃銅和特殊黃銅。按工藝可分為加工黃銅和鑄造黃銅。 牌號(hào)：加工普通黃銅的牌號(hào)為H（黃）+ 表示銅平均百分含量的數(shù)字，如H68。在普通黃銅的基礎(chǔ)上加入鋁、鐵、硅、錳、鉛、錫、鎳等元素形成特殊黃銅。加工特殊黃銅的牌號(hào)為H（黃）+主加元素符號(hào)（Zn除外）+銅平均百分含量+主加元素平均百分含量，如HPb59-1。,2）青銅,是以鋅以外的其他元素為主要合金元素的銅合金。 分類：錫青銅 （普通青銅） 無(wú)錫青銅（特殊青銅） 牌號(hào)：Q+主加元素符號(hào)+主加

13、元素含量+其他元素含量，如QSn4-3為含4%Sn、3%Zn的錫青銅。 常用青銅有錫青銅、鋁青銅、 鈹青銅、硅青銅、鉛青銅等。,3.鈦及其合金,性能特點(diǎn)：純鈦密度小，熔點(diǎn)高。純鈦具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，在882.5以下為為-Ti，在882.5以上為-Ti。純鈦的比強(qiáng)度高，塑性及低溫韌性好，耐蝕性很高。鈦具有良好的壓力加工工藝性能，但切削性能較差。 鈦合金的分類：型、型、型三種,第三節(jié) 非金屬材料,定義：金屬及合金以外的其余材料稱為非金屬材料。 一、常用工程塑料 定義：以合成樹脂為主要成分的合成材料。 分類： 按應(yīng)用范圍分類：通用塑料和工程塑料 按塑料按樹脂性質(zhì)分：熱塑性塑料 熱固性塑料,1熱塑性塑料

14、,性能特點(diǎn)：加熱時(shí)軟化，可塑造成形，冷卻后則變硬；此過程具有可逆性，可反復(fù)進(jìn)行。加工成形簡(jiǎn)便，具有較高的機(jī)械性能；缺點(diǎn)是耐熱性和剛性較差。 典型品種：有聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯、聚苯乙烯等。,2、熱固性塑料,性能特點(diǎn)：加入添加劑后在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而固化，但固化后再加熱將不再軟化，也不溶于溶劑。耐熱性好；具有較高的耐腐蝕性、耐磨性、良好的絕緣性。脆性大，易碎，陽(yáng)光下易變色。 典型品種：有酚醛塑料、環(huán)氧樹脂、氨基塑料以及近年來(lái)新研制開發(fā)的聚苯二甲酸二丙烯樹脂制成的熱固性塑料。,二、工業(yè)陶瓷,分類 ：傳統(tǒng)工業(yè)陶瓷（普通陶瓷）、特種陶瓷及金屬陶瓷三大類。 應(yīng)用：1）傳統(tǒng)工業(yè)陶

15、瓷廣泛用于日常生活外，大量用于電器、化工、建筑、紡織等工業(yè)部門。2）特種陶瓷主要用來(lái)制作高速切削工具、量具、拉絲模具、耐火坩鍋等機(jī)器具以及用來(lái)制作砂輪、耐高濕涂層涂料。3）金屬陶瓷是制作高速工具、模具、刃具以及航空航天中某些耐熱高強(qiáng)度的優(yōu)良工程材料 。,三、復(fù)合材料,定義：將兩種或者兩種以上的材料用人工方法合成的多相材料，既保持組成材料的特性又具有組合后的新特性，這種材料稱為復(fù)合材料。 在制藥機(jī)械中應(yīng)用廣泛的復(fù)合材料主要有玻璃鋼、涂料、不透性石墨 。,1玻璃鋼,分類：按其成形性能不同，可分為 1）熱塑性玻璃鋼（以玻璃纖維為增強(qiáng)劑并以熱塑性樹脂為粘結(jié)劑制成的復(fù)合材料）。 2）熱固性玻璃鋼（以玻璃纖維為增強(qiáng)劑并以熱固性樹脂為粘結(jié)劑制成的復(fù)合材料）。 應(yīng)用： 1）熱塑性玻璃鋼可代替某些有色金屬制造軸承、齒輪、軸承架等精密機(jī)件 。 2）熱固性玻璃鋼主要用來(lái)制作形狀復(fù)雜的機(jī)器構(gòu)件、護(hù)罩及車輛配件