制药设备与工程设计 朱宏吉课件 二版课件 教学课件 作者 朱宏吉 张明贤 编著第03章 工程材料.ppt

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1、第三章工程材料TianjinUniversity23.1.1概述GMP对设备及管道材质的要求是：①凡是水、气系统中的管道、管件、过滤器、喷针等都应采用优质奥氏体不锈钢材料；②选用其他材料必须耐腐蚀、不生锈。通常，设备材料可分为金属材料和非金属材料两大类。3.1材料的性能TianjinUniversity33.1.2性能材料的性能包括材料的力学性能、物理性能、化学性能和加工性能等。1、力学性能力学性能是指材料在外力作用下抵抗变形或破坏的能力，有强度、硬度、弹性、塑性、韧性等。(1)强度材料的强度是指材料抵抗外加载荷而不致失效破坏的能力。按所抵抗外力

2、作用的形式可分为：抵抗外力的静强度；抵抗冲击外力的冲击强度；抵抗交变外力的疲劳强度。按环境温度可分为常温下抵抗外力的常温强度；高温或低温下抵抗外力的高温强度或低温强度等。材料在常温下的强度指标有屈服强度和抗拉（压）强度。TianjinUniversity4操作温度对力学性能有影响。通常随着温度升高，金属的强度降低而塑性增加。金属材料在高温长期工作时，在一定应力下，会随着时间的延长，缓慢并且不断地发生塑性变化，称为“蠕变”现象。对于长期承受交变应力作用的金属材料，还要考虑“疲劳破坏”。所谓“疲劳破坏”是指金属材料在小于屈服强度极限的循环载荷长期作用

3、下发生破坏的现象。图3-1拉伸应力-应变曲线TianjinUniversity5（2）硬度硬度是指固体材料对外界物体机械作用（如压陷、刻划）的局部抵抗能力。它是由采用不同的试验方法来表征不同的抗力。硬度不是独立的基本性能，而是反映材料弹性、强度与塑性等的综合性能指标。一般情况下，硬度高的材料强度高，耐磨性能较好，但切削加工性能较差。在工程技术中应用最多的是压入硬度，常用的指标有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRC、HRB）和维氏硬度（HV）等。（3）塑性材料的塑性是指材料受力时，当应力超过屈服点后，能产生显著的变形而不即行断裂的性质。（4）冲击韧性

4、对于承受波动或冲击载荷的零件及在低温条件下使用的设备，其材料性能仅考虑以上几种指标是不够的，必须考虑抗冲击性能。材料的抗冲击能力常以使其破坏所消耗的功或吸收的能除以试件的截面面积来衡量，称为材料的冲击韧度，以αk表示，单位J/cm2。TianjinUniversity62、物理性能金属材料的物理性能有密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系数、导电性、磁性、弹性模量与泊松比等。3、化学性能化学性能是指材料在所处介质中的化学稳定性，即材料是否会与周围介质发生化学或电化学作用而引起腐蚀。（1）耐腐蚀性金属和合金对周围介质，如大气、水汽、各种电解液侵蚀的抵

5、抗能力叫做耐腐蚀性。（2）抗氧化性在高温下，钢铁不仅与自由氧发生氧化腐蚀，使钢铁表面形成结构疏松容易剥落的FeO氧化皮；还会与水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等气体产生高温氧化与脱碳作用，使钢的力学性能下降，特别是降低了材料的表面硬度和抗疲劳强度。因此，高温设备必须选用耐热材料。TianjinUniversity74、加工工艺性能（1）可铸性主要是指液体金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析倾向(合金凝固时化学成分的不均匀析出叫偏析)。（2）可锻性是指金属承受压力加工(锻造)而变形的能力。（3）焊接性能用焊接方法使两块金属牢固地联接，且不发生裂纹，具有与

6、母体材料相当的强度，这种能熔焊的性能称焊接性。（4）可切削加工性是指金属是否易于切削。切削性好的材料，刀具寿命长，切屑易于折断脱落，切削后表面光洁。TianjinUniversity83.2金属材料3.2.1碳钢和铸铁碳钢和铸铁是工程应用最广泛、最重要的金属材料。它们是由95％以上的铁和0.05％～4％的碳及1％左右的杂质元素所组成的合金，称“铁碳合金”。一般含碳量在0.02％～2％者称为钢，大于2％者称为铸铁。当含碳量小于0.02％时，称纯铁(工业纯铁)；含碳量大于4.3％的铸铁极脆，二者的工程应用价值都很小。1、碳钢（1）碳钢的耐腐蚀性能（2

7、）分类与编号分类方法有多种，如按用途可分为建筑及工程用钢、结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢和特殊性能钢(如不锈钢、耐热钢等)；按含碳量分为低碳钢、中碳钢和高碳钢；按脱氧方式分镇静钢和沸腾钢；按品质可分普通钢、优质钢和高级优质钢等。TianjinUniversity9①普通碳素钢普通碳素钢有Q195、Q215、Q235、Q255及Q275五个钢种。②优质碳素钢优质钢含硫、磷有害杂质元素较少，其冶炼工艺严格，钢材组织均匀，表面质量高，同时保证钢材的化学成分和力学性能，但成本较高。优质碳素钢的编号仅用两位数字表示，钢号顺序为08、10、15、20、25、

8、30、35、40、45、50、…80等。钢号数字表示钢中平均含碳量的万分之几。如45号钢表示钢中含碳量平均为0.45％(0.42％～0.