金属材料及制备加工工艺[教育知识]

1、 第一章第一章 金属材料的制备冶金金属材料的制备冶金 第二章第二章 铸造铸造 第三章第三章 金属的压力加工金属的压力加工 第四章第四章 金属材料热处理金属材料热处理 第五章第五章 金属的焊接金属的焊接 第六章第六章 工程材料工程材料 第一篇第一篇 金属材料及制备加工工艺金属材料及制备加工工艺 1教书育人 第一节第一节 冶金工艺概述冶金工艺概述 第二节第二节 钢铁冶炼钢铁冶炼 第三节第三节 有色金属冶炼有色金属冶炼 第一章第一章 金属材料的制备冶金金属材料的制备冶金 2教书育人 因此，要获得各种金属及其合金材料必须首先通过因此，要获得各种金属及其合金材料必须首先通过 各种方法将金属元素从矿物中各

2、种方法将金属元素从矿物中出来，接着对粗炼金属出来，接着对粗炼金属 产品进行产品进行和和，然后，然后， ，才能得到所需成分、组织和规格的金属材料。，才能得到所需成分、组织和规格的金属材料。 第一节第一节 冶金工艺概述冶金工艺概述 绝大多数金属元素（除绝大多数金属元素（除AuAu、AgAg、PtPt外）都以外）都以氧化物、氧化物、 碳化物等化合物的形式存在碳化物等化合物的形式存在地壳之中。地壳之中。 金属的冶金工艺可以分为金属的冶金工艺可以分为火法冶金、湿法冶金、电冶火法冶金、湿法冶金、电冶 金以及真空冶金金以及真空冶金等。等。 3教书育人 q 火法冶金火法冶金 ：火法冶金是指利用高温从矿石中提取

3、金属或其化火法冶金是指利用高温从矿石中提取金属或其化 合物的方法。合物的方法。 ： 选矿、焙选矿、焙 烧球化或烧球化或 烧结烧结 金属化合物金属化合物 的还原的还原 除去杂质除去杂质 提纯金属提纯金属 4教书育人 ： 提取提取 冶金冶金 真空真空 冶金冶金 喷射喷射 冶金冶金 氯化氯化 冶金冶金 5教书育人 q 湿法冶金湿法冶金 ：湿法冶金是指利用一些化学溶剂的化学作用，在湿法冶金是指利用一些化学溶剂的化学作用，在 水溶液或非水溶液中进行包括氧化、还原、中和、水解和水溶液或非水溶液中进行包括氧化、还原、中和、水解和 络合等反应，对原料、中间产物或二次再生资源中的金属络合等反应，对原料、中间产物

4、或二次再生资源中的金属 进行提取和分离的冶金过程。进行提取和分离的冶金过程。 ： 6教书育人 q 电冶金电冶金 ：利用电能从矿石或其它原料中提取、回收、精利用电能从矿石或其它原料中提取、回收、精 炼金属的冶金过程。炼金属的冶金过程。 ： 7教书育人 8教书育人 Fe在地壳中的含量为在地壳中的含量为5左右，在金属中仅次于铝左右，在金属中仅次于铝， 除陨石外，纯铁在地壳中还未见到，铁容易与其它元素除陨石外，纯铁在地壳中还未见到，铁容易与其它元素 化合，特别是与氧化合，因此化合，特别是与氧化合，因此铁矿石多以氧化物形式存铁矿石多以氧化物形式存 在在。 铁矿石中除铁的氧化物外，还有其它元素的氧化物铁矿

5、石中除铁的氧化物外，还有其它元素的氧化物 (SiO2、MnO2 等等)，这些，这些统称为脉石统称为脉石。 炼铁的目的炼铁的目的就是使铁从铁的氧化物中还原，并使还原就是使铁从铁的氧化物中还原，并使还原 出的铁与脉石分离。出的铁与脉石分离。 第二节第二节 钢铁冶炼钢铁冶炼 9教书育人 原料原料：脉石、熔剂（如脉石、熔剂（如CaCOCaCO3 3用于造渣）以及焦炭等。用于造渣）以及焦炭等。 q 生铁冶炼生铁冶炼 主要反应过程主要反应过程： CO2 C 2CO Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe 10教书育人 11教书育人 主要产品）主要产品）： 分为炼钢生铁和铸造生铁。分为炼钢生铁和铸造生铁。 产

6、品）产品）：含含SiO2、CaO和和Al2O3的铝硅酸盐，主的铝硅酸盐，主 要用于生产水泥。要用于生产水泥。 产品）产品）：含含26左右的左右的CO，用作燃料。，用作燃料。 炼铁产品及副产品炼铁产品及副产品： q 钢铁冶炼钢铁冶炼 炼钢的目的炼钢的目的：除去生铁中多余的碳和大量杂质元素，除去生铁中多余的碳和大量杂质元素， 使其化学成分达到钢的要求。使其化学成分达到钢的要求。 12教书育人 炼钢的基本过程炼钢的基本过程： ： 2FeO22（FeO） Si MnMn P P C C (FeO(FeO） （SiOSiO2 2） （MnOMnO） （P P2 2O O5 5） （COCO） FeFe

7、： 13教书育人 2P + 5FeO + 4CaO = 5Fe + 4CaOP2O5 FeS + CaO = FeO + CaS 由于由于P P、S S元素的存在严重影响钢的性能，所以必须脱除。元素的存在严重影响钢的性能，所以必须脱除。 ： ：消除钢中的氧化杂质，提高钢的质量。消除钢中的氧化杂质，提高钢的质量。 ：按照不同钢种对合金元素成分的要求，进行合金按照不同钢种对合金元素成分的要求，进行合金 化处理。化处理。 14教书育人 炼钢的常见工艺炼钢的常见工艺： 碱性平炉炼钢：碱性平炉炼钢：以液态生铁或废钢为原料；利用炉气和以液态生铁或废钢为原料；利用炉气和 矿石供氧；以气体或液体燃料供热。矿石

8、供氧；以气体或液体燃料供热。 15教书育人 电弧炉炼钢：电弧炉炼钢：利用石墨电极和金属炉料之间形成的电弧利用石墨电极和金属炉料之间形成的电弧 高温高温(通常通常5000一一6000)加热和熔化金属，金属熔化后加热和熔化金属，金属熔化后 加入铁矿石、熔剂等，并吹氧，以加速钢中的碳、硅、加入铁矿石、熔剂等，并吹氧，以加速钢中的碳、硅、 锰、磷等元素的氧化。锰、磷等元素的氧化。 当碳、磷含量合格时，当碳、磷含量合格时， 扒去氧化性炉渣再扒去氧化性炉渣再 加入石灰、萤石、电加入石灰、萤石、电 石、硅铁等造渣剂和石、硅铁等造渣剂和 还原剂，形成高碱度还原剂，形成高碱度 还原渣，脱去钢中的还原渣，脱去钢中

9、的 氧和硫。氧和硫。 16教书育人 氧气顶吹转炉炼钢：氧气顶吹转炉炼钢： 熔池搅拌；放热升温；无需燃料。已成为现代冶炼熔池搅拌；放热升温；无需燃料。已成为现代冶炼 碳钢和低合金钢的主要方法。碳钢和低合金钢的主要方法。 17教书育人 第三节第三节 有色金属冶炼有色金属冶炼 q 铜的冶炼铜的冶炼 铜在地壳中的含量只有铜在地壳中的含量只有0.010.01，在自然界中大多以硫，在自然界中大多以硫 化物和氧化物的形式存在于各种伴生矿中。一般，硫化铜化物和氧化物的形式存在于各种伴生矿中。一般，硫化铜 矿采用火法冶炼；氧化铜矿采用湿法冶炼。矿采用火法冶炼；氧化铜矿采用湿法冶炼。 铜精矿的火法冶炼铜精矿的火法

10、冶炼： 18教书育人 目前，湿法冶炼的发展出现新的契机，基于环保的要目前，湿法冶炼的发展出现新的契机，基于环保的要 求，湿法冶炼的地位正在显示出不可取代的作用。求，湿法冶炼的地位正在显示出不可取代的作用。 铜的湿法冶炼铜的湿法冶炼： 溶溶 解解 19教书育人 由于铝的化学性质活泼，不能通过各种化学处理直由于铝的化学性质活泼，不能通过各种化学处理直 接还原得到粗金属，所以长期以来铝的价格极高。接还原得到粗金属，所以长期以来铝的价格极高。 后来，人类发现电解法很容易制备金属铝，铝的价后来，人类发现电解法很容易制备金属铝，铝的价 格大约降低了格大约降低了20倍。倍。 电解法制备金属铝必须包括两个环节

11、电解法制备金属铝必须包括两个环节：一是从含铝：一是从含铝 的矿石中制取纯净的氧化铝；二是采用熔盐电解氧化铝的矿石中制取纯净的氧化铝；二是采用熔盐电解氧化铝 得到纯铝。得到纯铝。 q 铝的冶炼铝的冶炼 20教书育人 铝的生产流程示意图铝的生产流程示意图 纯冰晶石纯冰晶石 铝铝 锭锭 萤萤 石石 铝铝 矿矿 石石 生产氧化铝生产氧化铝 纯氧化铝纯氧化铝 电电 解解 制制 铝铝 碳素材料碳素材料 阳阳 极极 糊糊 或或 其其 它它 产产 品品 电极生产电极生产 选选 矿矿 再熔或精炼再熔或精炼 电电 能能 生产冰晶石生产冰晶石 或或 氟氟 化化 物物 21教书育人 铝冶炼的主要过程铝冶炼的主要过程： AlAl3 3 3e Al3e Al Al