【精品】《制药机械(第二版)》第二章:制药工程材料精品ppt课件.ppt
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1、制药机械(第二版)第二章:制药工程材料第一节第一节 工程材料基础知识工程材料基础知识 材料常用性能材料常用性能 钢的热处理钢的热处理一、一、材料的力学性能材料的力学性能 定义定义:材料在外力作用下所表现出来的性能材料在外力作用下所表现出来的性能称为力学性能。称为力学性能。指标指标:强度、硬度、塑性、冲击韧性、疲劳强度、硬度、塑性、冲击韧性、疲劳等。等。1 强度 强度反映材料抵抗外力作用不失效、不被破坏的能力 1)屈服强度 s 反映材料抵抗永久变形的能力 2)抗拉强度)抗拉强度 b b 抗拉强度反映材料抵抗断裂破坏的能力抗拉强度反映材料抵抗断裂破坏的能力 2 硬度 表示金属材料在一个小的体积范围
2、内抵抗弹性变形、反映塑性变形或断裂的能力。常用测量硬度的方法常用测量硬度的方法:布氏硬度布氏硬度HB、洛氏、洛氏硬度硬度HR、维氏硬度维氏硬度HV。维氏硬度维氏硬度 HV3 塑性 是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。被破坏的能力。断面收缩率:断面收缩率:伸长率:伸长率:伸长率伸长率和断面收缩率和断面收缩率的值越大,则材料的值越大,则材料的塑性越好。的塑性越好。4 冲击韧性 材料在冲击载荷作用下抵抗破材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力坏的能力5 疲劳 表示材料经无数次交变载荷作用而不表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。致引起断
3、裂的最大应力值。r -1 二、钢的热处理 1.热处理的定义热处理的定义2.热处理的主要目的热处理的主要目的:改变钢的性能改变钢的性能3.热处理的分类热处理的分类 热处理分为普通热处理和表面热处理两大类。普通热处理包括退火、正火、淬火、回火等普通热处理包括退火、正火、淬火、回火等 表面热处理包括表面淬火、化学热处理等表面热处理包括表面淬火、化学热处理等 1)退火和正火 退火是把钢放在炉中,加热到适当温度,保温一定时间,然后随炉温缓慢冷却的热处理工艺。正火是将钢加热到适当温度,保温一定时间,然后出炉置于空气中冷却的热处理工艺。2)淬火和回火 淬火是将钢加热到适当温度,保温一定时间后,置于淬火剂(油
4、、水、盐水)中,快速冷却的热处理工艺。回火是淬火后进行的较低温度的加热、冷却的热处理工艺。回火按照温度范围的不同分为三类:低温回火、中温回火和高温回火 3)表面热处理 表面热处理方法有表面淬火和化学热处理表面热处理方法有表面淬火和化学热处理 钢的表面淬火是将工件的表面通过快速加热到淬钢的表面淬火是将工件的表面通过快速加热到淬火温度,在热量还来不及传导至中心部位之前,火温度,在热量还来不及传导至中心部位之前,迅速冷却来改变钢的表层组织,而中心部没有发迅速冷却来改变钢的表层组织,而中心部没有发生相变仍保持原有的组织状态。生相变仍保持原有的组织状态。化学热处理是将零件放在某种化学介质中,通过化学热处
5、理是将零件放在某种化学介质中,通过加热、保温、冷却等方法,使介质中的某些元素加热、保温、冷却等方法,使介质中的某些元素渗入零件表面,改变表面层的化学成分和组织结渗入零件表面,改变表面层的化学成分和组织结构,从而使零件表面具有某些化学性能。构,从而使零件表面具有某些化学性能。第二节 金属材料钢的分类钢的分类1)1)按化学成分分按化学成分分按化学成分分按化学成分分 中碳钢中碳钢 0.250.6%C高碳钢高碳钢 0.6%C低碳钢低碳钢 0.25%C低合金钢 合金元素总量 5%中合金钢 合金元素总量 510%高合金钢 合金元素总量 10%碳素钢碳素钢合金钢合金钢2)按质量分)按质量分钢的质量是以磷、硫
6、的含量来划分的。钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。分为:普通质量钢、优质钢、高级优质分为:普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。钢和特级优质钢。3 3)按用途分按用途分工程用钢工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆建筑、桥梁、船舶、车辆渗渗 碳碳 钢钢调调 质质 钢钢弹弹 簧簧 钢钢滚动轴承钢滚动轴承钢耐耐 磨磨 钢钢机器用钢机器用钢结结 构构 钢钢刃具钢刃具钢模具钢模具钢量具钢量具钢工工 具具 钢钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢特殊性能钢特殊性能钢 一、碳钢一、碳钢 1.碳素结构钢碳素结构钢Q+Q+最低屈服强度值最低屈服强度值最低屈服强度值最低屈服强度值+质量等级符号质量等级符号质量等级符号质量等
7、级符号+脱氧方法符号脱氧方法符号脱氧方法符号脱氧方法符号QQ表示表示表示表示“屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度”;屈服强度值单位是;屈服强度值单位是;屈服强度值单位是;屈服强度值单位是MPaMPa;质量等级符号为质量等级符号为质量等级符号为质量等级符号为A A、B B、C C、D D、E E。由。由。由。由A A到到到到E E,其,其,其,其P P、S S含量依次下降,质量提高。含量依次下降,质量提高。含量依次下降,质量提高。含量依次下降,质量提高。脱氧方法符号:沸腾钢脱氧方法符号:沸腾钢脱氧方法符号:沸腾钢脱氧方法符号:沸腾钢FF;镇静钢;镇静钢;镇静钢;镇静钢ZZ;半镇静;半镇静;半镇静;
8、半镇静钢钢钢钢bb;特殊镇静钢;特殊镇静钢;特殊镇静钢;特殊镇静钢TZTZ。如碳素结构钢牌号表示为如碳素结构钢牌号表示为如碳素结构钢牌号表示为如碳素结构钢牌号表示为 Q235AF Q235AF、Q235BZQ235BZ。2.优质优质碳素结构钢碳素结构钢 优质碳素结构钢:优质碳素结构钢:牌号为牌号为两位数字两位数字 这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几 如如45其平均含碳量为万分之四十五(即其平均含碳量为万分之四十五(即0.45%C)碳钢的品种有铸钢、锻钢、钢板、型钢和钢管等 二、铸铁铸铁含碳量铸铁含碳量(质量分数质量分数)一般在一般在2.112.11以上,并
9、含有以上,并含有S S、P P、SiSi、MnMn等杂质。等杂质。铸铁可分为灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、高硅铸铁等铸铁可分为灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、高硅铸铁等铸铁可分为灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、高硅铸铁等铸铁可分为灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、高硅铸铁等1.1.灰铸铁灰铸铁灰铸铁灰铸铁灰铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的片状石墨形式存在,灰铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的片状石墨形式存在,灰铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的片状石墨形式存在,灰铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的片状石墨形式存在,断口呈暗灰色。断口呈暗灰色。断口呈暗灰色。断口呈暗灰色。灰口铸铁的牌号、性能和用途灰口铸铁的牌
10、号、性能和用途 铸铁类别铸铁类别牌号牌号 b bMPaMPa HBSHBS适用范围及应用举例适用范围及应用举例铁素体铁素体灰口铸铁灰口铸铁HTl00HTl00100100143143229229低负荷和不重要的零件,如盖、外罩、手轮、支低负荷和不重要的零件,如盖、外罩、手轮、支架、重锤等。架、重锤等。铁素体珠光铁素体珠光体灰口铸铁体灰口铸铁HTl50HTl50150150163163229229承受中等负荷的零件,如汽轮机泵体、轴承座、承受中等负荷的零件,如汽轮机泵体、轴承座、齿轮箱等齿轮箱等珠光体珠光体HT200HT200200200170170241241承受较大负荷的零件,如汽缸、齿轮、
11、油缸、阀承受较大负荷的零件,如汽缸、齿轮、油缸、阀壳、壳、灰口铸铁灰口铸铁HT250HT250250250170170241241飞轮、床身、活塞、刹车轮、联轴器、轴承座等飞轮、床身、活塞、刹车轮、联轴器、轴承座等孕育铸铁孕育铸铁HT300HT300300300187187255255承受高负荷的重要零件,如齿轮、凸轮、车床卡承受高负荷的重要零件,如齿轮、凸轮、车床卡盘、盘、HT350HT350350350197197269269剪床和压力机的机身、床身、高压液压筒、滑阀剪床和压力机的机身、床身、高压液压筒、滑阀壳体等壳体等2、球墨铸铁经过球化处理的铸铁液,浇注后石墨结晶球状,获得球墨铸铁,从
12、而提高了铸铁的力学性能。牌号表示牌号表示:是由“QT”(“球铁”两字汉语拼音字首)后附最低抗拉强度 b b值(MPa)和最低断后伸长率的百分数表示。球墨铸铁的牌号、力学性能及用途球墨铸铁的牌号、力学性能及用途 牌号牌号牌号牌号力学性能力学性能力学性能力学性能 应应应应用用用用举举举举例例例例 s s%HBSHBS不大于不大于 QT40018QT400184004002502501818130130180180 汽汽车车、拖拉机的、拖拉机的轮毂轮毂、差速器壳、差速器壳、拨拨叉,叉,中低中低压阀门压阀门,上、下水及,上、下水及输输气管道,气管道,压缩压缩机上高低机上高低压压汽缸,汽缸,电电机机壳,
13、机机壳,齿轮齿轮箱等箱等 QT45010QT450104504503103101010160160210210QT5007QT50075005003203207 7170170230230机器座架、机器座架、传动轴传动轴、飞轮飞轮、电动电动机架,内机架,内燃机的机油燃机的机油泵齿轮泵齿轮、铁铁路机路机车车辆轴车车辆轴瓦等瓦等 QT6003QT60036006003703703 3190190270270曲曲轴轴、连连杆、凸杆、凸轮轴轮轴、气缸套,部分磨床、气缸套,部分磨床、铣铣床、床、车车床的主床的主轴轴,机床,机床蜗蜗杆、杆、蜗轮蜗轮,大,大齿轮齿轮,小型水,小型水轮轮机主机主轴轴,气缸体,
14、气缸体,桥桥式起式起重机大小重机大小滚轮滚轮等等 QT7002QT700270070042042022225225305305QT8002QT800280080048048022245245335335QT9002QT900290090060060022280280360360高高强强度度齿轮齿轮,如汽,如汽车车后后桥桥螺旋螺旋锥齿轮锥齿轮,大,大减速器减速器齿轮齿轮,内燃机曲,内燃机曲轴轴、凸、凸轮轴轮轴等等 三、合金钢合金钢是指在碳钢基础上有目的地加入某些元素所形成的钢种。钢中加入这些元素的目的是为了改善钢的性能,满足使用要求。在合金钢中常用的合金元素有铬(Cr)、锰(Mn)、镍(Ni)、
15、钛(Ti)、硅(Si)、硼(B)、钨(W)、钒(V)等。合金钢的牌号 合金钢的牌号通常是由含碳量数字、合金元素符号、合金元素含量数字顺序组成。含碳量数字为两位数时表示平均含碳量的万分数,为一位数时表示平均含碳量的千分数;合金元素含量数字位于合金元素符号之后,通常表示合金元素平均含量的百分数,当合金元素平均含量15时不标数字。合金钢的分类合金钢按其含合金元素量的多少可分为低合金钢(含合金元素总量小于5)、中合金钢(含合金元素总量(510)和高合金钢(含合金元素总量大于10)。按用途分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。特殊性能钢分为不锈钢和耐热钢等。1.低合金高强度结构钢1 1)性能要求)性能
16、要求)性能要求)性能要求:高强度及足够韧性。高强度及足够韧性。高强度及足够韧性。高强度及足够韧性。良好的焊接性能、耐蚀性及低的冷脆转变温度。良好的焊接性能、耐蚀性及低的冷脆转变温度。良好的焊接性能、耐蚀性及低的冷脆转变温度。良好的焊接性能、耐蚀性及低的冷脆转变温度。2 2)用途)用途)用途)用途Q345Q345钢钢钢钢(16Mn)(16Mn)综合性能好综合性能好综合性能好综合性能好,用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。,用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。,用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。,用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。Q390Q390钢含钢含钢含钢含V V、TiTi、NbNb,强度高强度高
17、强度高强度高,用于中等压力的压力容器。,用于中等压力的压力容器。,用于中等压力的压力容器。,用于中等压力的压力容器。Q460Q460钢含钢含钢含钢含MoMo、B B,正火组织为,正火组织为,正火组织为,正火组织为B B,强度高强度高强度高强度高,用于石化中温高压容器。,用于石化中温高压容器。,用于石化中温高压容器。,用于石化中温高压容器。2合金钢结构钢(1 1)合金调质钢)合金调质钢 调质钢通常经调质后使用,具有优良的综合机械调质钢通常经调质后使用,具有优良的综合机械性能,广泛用于制造轴、齿轮、连杆、螺栓、螺性能,广泛用于制造轴、齿轮、连杆、螺栓、螺母等。它是制药机械零件用钢的主体。母等。它是
18、制药机械零件用钢的主体。调质钢分为碳素调质钢和合金调质钢两类。调质钢分为碳素调质钢和合金调质钢两类。4040、4545、5050是常用而廉价的碳素调质钢。合金调质钢是常用而廉价的碳素调质钢。合金调质钢的常用牌号有的常用牌号有40Cr40Cr、35SiMn35SiMn、35CrMo35CrMo、40MnB40MnB等,等,最典型的钢种是最典型的钢种是40Cr40Cr,用于制造一般尺寸的重要,用于制造一般尺寸的重要零件。零件。(2)合金渗碳钢 渗碳钢通常经渗碳并淬火、低温回火后使用,具有外硬内韧的性能,主要用于制造承受强烈冲击载荷和摩擦磨损的机械零件,如变速齿轮,凸轮轴等。渗碳钢分为碳素渗碳钢和合
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