材料选用知识及食品接触材料

珠海优特电力科技股份有限公司材料选用知识及食品接触材料前言2我们在设计过程中经常遇到一些关于材料的问题。例如:1，材料刚度特性到底是什么？刚度和强度有何联系？2，不锈钢到底是硬还是软，不锈钢是不是都没磁性？3，不锈钢、铝合金可不可以热处理?4，常见的塑料有哪些，各自有什么性能？5，什么材料可以接触食品？············这个PPT的目的。是用浅显的讲解，给大家认识材料选用的一些知识。材料选用知识及食品接触材料目录3如何选用材料材料特性钢塑料简介食品接触材料知识有色合金材料选用知识及食品接触材料如何选用材料4设计选用材料的几种方法1，根据经验去选用材料；2，根据相似去选用材料；3，根据灵感去选用材料；4，根据材料特性去选用材料；5，以上两种或多种方式的结合。材料选用知识及食品接触材料如何选用材料5设计一个转轴：首先根据经验选择45钢；校核强度，发现强度不足；不改轴尺寸，材料选用40Cr钢。选用材料的例子《Q／UT.J01.434-2012+结构件材料选用规范.pdf.cdg》根据经验去选用材料根据相似去选用材料根据材料特性去选用材料材料选用知识及食品接触材料如何选用材料6材料特性应用场合产品性能加工工艺产品成本产品外观材料特性对设计的影响材料选用知识及食品接触材料材料特性7材料特性材料的特性包括力学性能、热力学性能、化学性能、电学性能、磁学性能、光学性能·······常涉及的材料特性知识力学性能合金化改善力学性能的工艺密度导电性能导热性能磁性能使用环境影响材料选用知识及食品接触材料材料特性8力学性能从文字定义，只获得一些感性的认识。下面从“应力-应变图”为大家剖析，希望能使大家获得更深一些的认识。强度刚度弹性塑性韧性硬度脆性……材料选用知识及食品接触材料材料特性9应变应力高碳钢中碳钢低碳钢此段斜率为杨氏模量应力-应变图强度：材料在某个点的应力值。例如屈服强度、抗拉强度、疲劳强度、定伸强度……。强度一般表示材料抵抗破坏的能力。刚度：材料抵抗变形的能力，和弹性模量（杨氏模量E、剪切模量G）有关。大部分材料（不包括橡胶），合金化、热处理等方法对刚度的加强影响不大。弹性：材料在外力消失时，恢复原先尺寸的性能。塑性：材料产生塑性变形而不断裂的性能。韧性：材料破坏前吸收的能量。硬度：材料局部抵抗硬物压入其表面的能力。和强度、刚度等有关。对于钢，硬度可对应强度。对于橡胶，其邵氏硬度可反映刚度。单位：Pa/KPa/MPa/Gpa单位：%/‰脆性：1，塑性和韧性低。2，在屈服强度以下，突然发生断裂。（材质缺陷、使用环境、应力集中、内应力影响）材料选用知识及食品接触材料材料特性10加深认识材料力学性能的问题1：Q345钢板屈服强度约是Q235的1.5倍，而价格只稍贵一些。用是否更有经济效益？结构设计时除了考虑强度，还要考虑刚度，Q235和Q345的刚度基本一样。另外从工艺角度考虑，屈服强度低意味着更容易加工。目前国内Q235比Q345用量大很多。2：高碳钢和低碳钢弹性模量差不多一样，为什么说高碳钢弹性好？高碳钢屈服强度高。意味高碳钢可弹性变形的长度长。3：为什么不同种类材料的硬度和强度不可以对应，但是钢的硬度和强度可以对应。硬度是材料的刚度、强度等的综合体现，所以硬度一样，强度可能不一样。而钢的刚度都差不多，所以可以用硬度对应强度。材料选用知识及食品接触材料材料特性11合金化：在金属中加入其它元素物质，以改善金属的性能。同类合金特点合金化的一般原理：合金成份不同———微观结构（金相）不同——性能不同性能和原来的金属特性差别密度相近刚度相近强度可改变很多塑性可改变很多硬度可改变很多韧性可改变很多熔点降低材料选用知识及食品接触材料材料特性12合金和化合物的一般区别：合金化合物混合物纯净物比例可变比例不可变铁碳合金Fe3C合金和复合材料的一般区别合金复合材料原子级别的均一性小颗粒以上级别的均一性金属金属或非金属铝合金SiC增强铝合金尼龙+玻纤、ABS+PC材料选用知识及食品接触材料材料特性13改善力学性能方法热处理：通过加热、（保温）、冷却，从而改善材料力学性能。一般有退火、正火、淬火、回火。热锻、热轧、热拉拔、热挤压：通过加热和机械方法，使材料成型，效果类似正火。时效处理：包括自热时效和振动时效、人工时效处理。自然时效：是把工件放置在露天一段时间（半年以上）振动时效：通过振动工件处理人工时效：也是一种热处理冷作硬化：常温或结晶温度以下，通过机械方法，增加强度、以上工艺原理：通过工艺手段（一般不改变成份）——改变或改善微观结构——力学性能不同材料选用知识及食品接触材料材料特性14改善工艺用途应用材料强度塑性韧性硬度退火恢复因铸造、冷加工而降低的材料性质钢、有色合金正火同上，比退火冷却速度快低碳钢、中碳钢、铸钢件、锻件淬火提高硬度和强度中碳钢、高碳钢渗碳淬火提高硬度和强度渗碳钢（低碳钢）回火一般在淬火之后，提高塑性和韧性淬火后的工件固溶处理工艺和淬火类似，作用相反奥氏体不锈钢、一些有色合金人工时效工艺和退火类似，作用相反奥氏体不锈钢、一些有色合金冷作硬化用冷加工的方法提高硬度和强度低碳钢、不锈钢、有色合金材料选用知识及食品接触材料材料特性15密度微观上：密度=摩尔质量÷摩尔体积。对于不同的固体，摩尔体积是不一样的。宏观上：成型工艺影响、成型缺陷影响、密实度（颗粒状料）······1，分子量或原子量大，密度是否较大？2，为什么铸造件、压铸件和注塑件有时的重量会差别较大？3，用NaCl的密度计算食盐体积，差别很大？4，用铝合金取代钢材，可以减轻重量？能减少尺寸？强度/密度、刚度/密度——强度、刚度材料选用知识及食品接触材料材料特性16导电性能材料的导电性能——电阻率。电阻率小——导电材料：金属、石墨、导电橡胶等电阻率大——绝缘材料：一般的橡胶、玻璃、陶瓷、塑料等在中间——半导体材料：工程材料上很少使用，一般用于电子元件选择导电材料除了考虑电阻率，有些情况下还考虑“电阻率/密度”。材料选用知识及食品接触材料材料特性17导热性能材料的导热性能——导热系数有时换需考虑比热容导热系数相对较高——导热材料：金属、玻璃、导热硅脂、导热橡胶、陶瓷······导热系数相对较低——隔热材料：不锈钢、橡胶、塑料、陶瓷、保温砖、空气、真空······隔热材料导热材料材料选用知识及食品接触材料材料特性18磁性能抗磁性材料（磁性相反）：热解碳、银、钻石、铅、石墨、铜、水等因抗磁性产生磁浮的热解碳铁磁性材料（磁性很强）：磁钢、永磁物质、铁、钴、镍等顺磁性材料（磁性很弱）：铝、奥氏体合金、木材等铁磁性大多数顺磁性和抗磁性材料作用力都很弱，可认为没磁性。材料选用知识及食品接触材料材料特性19使用环境的影响温度的影响：材料的应用温度、材料的低温性能、材料的高温性能、材料的热稳定性······接触物质的影响：化学反应、迁移其它环境的影响：耐腐蚀性、耐紫外线性、防虫、防菌材料选用知识及食品接触材料钢20定义：以铁为主要元素、含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的材料。（GB/T13304-2008）密度：7.7~7.9g/cm3杨氏模量：190~210GPa按成分分类按质量等级分类举例非合金钢普通质量Q195,Q235B优质Q235C,45特殊质量YT1、65Mn低合金钢普通质量Q295A,Q345A优质Q295B,Q345B特殊质量Q345E,Q420合金钢优质Q420bz,电工纯铁,硅钢特殊质量不锈钢，铬钢备注：一些名字带钢的材料不属于钢。例如玻璃钢、赛钢、钨钢（WC）。材料选用知识及食品接触材料21钢按成分分类的各元素限制（GB/T13304-2008）材料选用知识及食品接触材料钢22元素强度硬度塑性韧性耐腐抗氧化焊接性能高温性能低温性能淬透性切削性能C————Mn————Cr——————Ni——Ti————————Mo——————Al——N————————S————————————P——————Si————各元素对钢的性能影响材料选用知识及食品接触材料钢23一般结构钢弹簧钢不锈钢磁钢铸钢船体用钢铁轨用钢汽车大梁用钢锅炉用钢工具钢电热丝用钢······按用途分类此PPT涉及材料选用知识及食品接触材料钢24一：以屈服强度命名Q235（屈服点大概在235MPa）(不反应成份)二：以成分命名45（含碳量大概在0.45%的非合金钢）06Cr19Ni10（大概含碳0.06%，铬19%，镍10%）三：按相关国家、行业、厂家标准命名冷轧板DC01，ST12，SPCC轴承钢GCr15含铬1.5%左右的滚动轴承钢类牌号命名方法：材料选用知识及食品接触材料钢25牌号等级引用国标Q195《GB/T700-2006碳素结构钢》Q215A、BQ235A、B、C、DQ275A、B、C、DQ345A、B、C、D、E《GB/T1591-2008低合金高强度结构钢》Q390A、B、C、D、EQ420A、B、C、D、EQ460C、D、EQ500C、D、EQ550C、D、EQ620C、D、EQ690C、D、EQ代表屈服强度，只规定成份的上限值，通常不热处理。一般结构和工程用钢：材料选用知识及食品接触材料钢26牌号引用国标牌号引用国标08F《GB/T699-1999优质碳素结构钢》15Mn《GB/T699-1999优质碳素结构钢》08…….1070Mn1520Cr《GB/T3077-1999合金结构钢》2020CrMnTi2535SiMn3035CrMo3538CrMoAlA4040Cr4540CrNi…….40MnB85…….可热处理的优质以上钢种：用成分命名，规定成份的上限、下限，可热处理。材料选用知识及食品接触材料钢27冷轧板是以热轧卷为原料，在室温下在再结晶温度以下进行轧制而成。和热轧板相比表面质量好、光洁度高。国标牌号性能对应老牌号EN10130-2006JISG3141-2005ISO3574：1999ASTMA1008M-07宝钢旧标准DC01强度高08AlDC01SPCCCR1CSTypeCSt12DC03——DC03SPCDCR2CSTypeA，BSt13DC04SC1DC04SPCECR3DSTypeA，BSt14DC05SC2DC05SPCFCR4DDSSt15DC06SC3DC06SPCGCR5EDDSSt14-TDC07塑性好——DC07————————参考《GBT5213-2008冷轧低碳钢板及钢带》材料选用知识及食品接触材料钢28镀锌板——分电镀锌板和热镀锌板两大类热镀铝锌板热镀锌铁板（白铁皮）热镀锌板电镀锌板基材镀层种类牌号电镀锌板冷轧板纯锌ZE锌镍合金ZNDC01+ZE（SECC）DC01+ZN热镀锌板冷轧板热轧板纯锌镀层Z锌铁镀层ZF铝锌镀层AZDC51D+Z（SGCC）、DX51D+ZFDX51D+AZ材料选用知识及食品接触材料钢29彩涂板彩色涂层钢板是以冷轧钢板和镀锌钢板为基板，经过表面预处理（脱脂、清洗、化学转化处理），以连续的方法涂上涂料（辊涂法），经过烘烤和冷却而制成的产品。涂层钢板具有轻质、美观和良好的防腐蚀性能，又可直接加工。型号：TDC51D+Z（CGCC）彩涂板材料选用知识及食品接触材料钢30弹簧钢牌号引用国标65《GB/T1222-2007弹簧钢》708565Mn55SiMnVB60Si2Mn60Si2MnA60Si2CrVA55SiCrA55CrMnA60CrMnA50CrVA60CrMnBA30W4Cr2VA1，高屈服强度；2，有一定的塑性3，有一定的韧性4，高疲劳强度材料选用知识及食品接触材料钢31不锈钢不锈钢定义（GB/T20878-2007）1，以不锈和耐蚀性为主要特性；2，Cr≥10.5；3，C≤1.5；4，钢。不锈钢类型主要添加合金一般耐腐蚀性磁性可淬火奥氏体不锈钢Cr-Ni较好无（弱）否双相不锈钢Cr-Ni最好有否铁素体不锈钢Cr较差有否马氏体不锈钢Cr最差有是沉淀硬化不锈钢Cr-Ni较好有/无否材料选用知识及食品接触材料钢32不锈钢力学性能刚度（弹性模量）：比普通钢相差很少，有时可以认为一样。对比项目06Cr19Ni1065Mn杨氏模