金属材料的生产及加工.pptx

金属材料工程概论,主 编 刘宗昌 任慧平 郝少祥 教 师 陈召松 电 话1,本教材主要内容,第一章 材料在国民经济中的地位 第二章 金属材料导论 第三章 金属材料的生产及加工 第四章 金属结构材料 第五章 不锈钢和耐热钢 第六章 金属耐磨材料 第七章 金属功能材料 第八章 亚稳态材料 第九章 铸铁 第十章 有色金属及合金 第十一章 非金属材料 第十二章 金属整合系统 第十三章 材料科学基础理论知识,2,3,3.1 金属冶炼与质量控制 3.2 铸造 3.3 冷加工与热加工 3.4 焊接工程 3.5 金属热处理技术及其发展 3.6 粉末冶金 3.7 表面工程,第三章 金属材料的生产及加工,第三章 金属材料的生产及加工,3.1金属冶炼与质量控制,金属冶炼方法分为： 湿法冶金 火法冶金,湿法冶金就是金属矿物原料在酸性介质或碱性介质的水溶液进行化学处理或有机溶剂萃取、分离杂质、提取金属及其化合物的过程。湿法冶金作为一项独立的技术是在第二次世界大战时期迅速发展起来的，在提取铀等一些矿物质的时候不能采用传统的火法冶金，而只能用化学溶剂把他们分离出来，这种提炼金属的方法就是湿法冶金。 中国古代的“湿法冶金”：西汉时期刘安所著淮南万毕术中记载有“曾青得铁则化为铜”其含义是把铁片放入硫酸铜溶液或其它铜盐溶液中，可以置换出单质铜。这种方法是现代湿法冶金先驱。,5,3.1金属冶炼与质量控制,火法冶金是指在高温下应用冶金炉把有价金属和精矿中的大量矿石分离开的各种作业。火法冶金是提取纯金属最古老、最常用的方法。 钢的生产过程大致为： 采矿选矿炼铁炼钢连铸轧钢钢材,6,成分的控制 气体与夹杂 组织结构控制,3.1金属冶炼与质量控制,连铸 连续铸造，二十世纪五十年代在欧美国家首先出现，是一项把钢水直接浇筑成型的先进技术。 与传统的模铸法相比，具有大幅提高金属收得率和铸胚质量、节约能源等显著优势。,3.1.2 成分的控制,原则：生产金属材料，由于难于控制多相反应的物理化学过程，势必要求合金中需要控制的合金元素及杂志含量具有尽量宽的规格 从原则上来看，解决方法： 1.从金属材料学角度考虑，应该尽可能使所开发的材料成分简单，且性能随成分的变化不大。这样便可提出成分简单而规格较宽的金属材料。 2.从冶金学角度考虑，应该尽可能改善设备及原材料状态，并提高技术水平。这样便可以生产成分较为复杂而规格较窄的金属材料。 实际生产中，应相互配合。,例如：奥氏体不锈钢（无缝钢管） 不许有铁素体，硅是促进铁素体形成的元素，冶炼时尽可能降低硅的含量。 镍可以抵消硅的效应，镍含量控制在上限。 上面为金属材料学角度。 冶金学： 改善设备和技术，不再生产中增加额外杂志 能精确生产设计合金，确保各元素含量。,3.1.3 气体与夹杂,来源 1.炉内的气体介质 2.炉料 3. 氧化剂和还原剂 4.炉渣、炉壁、炉底的氧化物和硅酸盐等。 提高方向： 1.提高钢的纯净度 2.控制钢中非金属夹杂物的数量和形态。,3.1.4 组织结构控制,组织结构除受成分控制，还要由铸造条件、压力加工条件、热处理条件和其他条件决定。,3.2 铸造,1铸造 将熔融态金属浇入铸型后，冷却凝固成为具有一定形状铸件的工艺方法。铸造是生产金属零件毛坯的主要工艺方法之一，与其他工艺方法相比，铸造成型生产成本低，工艺灵活性大，适应性强，适合生产不同材料、形状和重量的铸件，并适合于批量生产。但它的缺点是公差较大，容易产生内部缺陷。铸造按铸型所用材料及浇注方式分为砂型铸造、熔模铸造、金属型铸造、压力铸造以及离心铸造等。 常用的铸造材料有铸铁、铸钢、铸铝、铸铜等，通常根据不同的使用目的、使用寿命和成本等方面来选用铸件材料。,11,3.2 铸造,3.2.1 铸造过程及铸造性能,铸造过程 1.液态金属的冷却 2.液固结晶 3.固态金属的冷却,3.2.2 特种铸造方法,冷硬铸造 金属型铸造 压力铸造 离心铸造 熔模铸造,3.3 冷加工和热加工,冷加工：在低于回复及再结晶的温度下进行的加工。 例如：切削、冷轧、冷拔、冷锻、冲压、冷挤压等。,热加工：在金属的再结晶温度以上进行的加工。 例如：金属铸造、热轧、锻造、焊接和金属热处理等。,3.4 焊接工程,压力焊接 冷压焊 超声波焊接 锻焊 气焊 接触焊 摩擦焊,融化焊接 气焊 驻焊 电弧焊 电渣焊 真空电子束焊接 激光束焊,3.4 焊接工程,3.5 金属热处理技术及其发展,热处理是钢材、机器零件及工具生产过程中的重要工序，对发掘金属材料强度的潜力、改善零件使用性能、提高产品质量和延长其使用寿命具有重要意义。 金属热处理在我国有悠久历史： 商代已经有结晶退火的金箔饰物 洛阳出土的战国时代的铁锛，由白口铁经脱碳退火制成 战国时代燕下都城出土的兵器采用淬火、正火和渗碳等工艺 近代出土的秦兵俑佩戴的长剑、箭簇，经表面处理,史料记载 最早的史料记载见于汉王王褒传中的“清水淬其锋” 明代科学见宋应星的天工开物对退火、淬火、固体渗碳、形变强化均有详细的描述,3.5 金属热处理技术及其发展,定义：将金属按一定速度加热到一定温度，保温一定时间，然后以预定的速度冷却下来，以期得到预定的组织结构和性能的工艺规范或操作。 分为: 整体热处理 表面热处理 化学热处理：渗碳、离子化学热处理等。,3.5 金属热处理技术及其发展,国内外热处理技术发展的现状： 1.清洁的热处理技术 2.精密的热处理技术 3.节能的热处理技术 4.少无氧化的热处理技术,热处理技术的发展方向： 1.少无污染 2.少无畸变 3.少无分散 4.少无浪费 5.少无氧化 6.少无脱碳 7.少无废品 8.少无人工,3.5 金属热处理技术及其发展,3.5 金属热处理技术及其发展,铁碳相图有A0、A1、A2、A3、A4、Acm线 请大家翻开书到P22页 A0线：温度230，渗碳体的居里点 A1线：PSK线，共析转变温度，727 A2线：MO线，770，铁素体的居里点 A3线：GS线，温度727912，铁素体转变为奥氏体的终了线或奥氏体转变为铁素体的开始线 A4线：NJ线，温度13941495摄氏度，奥氏体转变为高温铁素体的开始线或高温铁素体转变为奥氏体的结束线 Acm线:ES线，7271148，碳在奥氏体的溶解度曲线，也成为渗碳体的析出线 另：由于加热、冷却不同，角标不同： 加热用C表示，例：Ac1、Ac3、Accm 冷却用r表示，例：Ar1、Ar3、Arcm,3.5 金属热处理技术及其发展,常用热处理包括退火、正火、淬火和回火。 退火是将金属加热到临界温度(Ac3：或Ac1，)以上，保温一段时间后度冷却，使其组织结构接近均衡状态，从而消除或减少内应力，均化组织和成分，有利于加工作业。 正火是将金属加热保温后，在室温下空气中进行冷却，是一种特殊的退火处理。其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化，去除材料的内应力。,淬火是将金属加热至临界温度以上，保温后快速冷却至室温，以达到强化金属组织，提高金属的强度、硬度等机械性能。 回火是将淬火后的金属重新加热，再进行保温冷却。其目的是为了消除淬火应力，以达到所要求的组织和性能。,3.6 粉末冶金,粉末冶金是以金属粉末或金属化合物粉末为原料状和性能的材料或制品的工艺方法，又称金属陶瓷法。 其主要工序为： 粉末原料的制取和准备。 将粉末加工成所需形状的坯料。经混合、成形和烧结，获得所需形状 将坯料在低于主要组元熔点的温度下进行烧结，使之获得最终的性能。,用途：难熔金属加工，如W、Mo；生产特殊用途的型材，如刹车片、轴承、电子工业中的磁性元件、火箭技术中的高温构件。 制粉方法：机械研磨法、还原法