金屬材料及制備加工工藝

1、 第一章第一章 金屬材料的制備冶金金屬材料的制備冶金 第二章第二章 鑄造鑄造 第三章第三章 金屬的壓力加工金屬的壓力加工 第四章第四章 金屬材料熱處理金屬材料熱處理 第五章第五章 金屬的焊接金屬的焊接 第六章第六章 工程材料工程材料 第一節(jié)第一節(jié) 冶金工藝概述冶金工藝概述第二節(jié)第二節(jié) 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉第三節(jié)第三節(jié) 有色金屬冶煉有色金屬冶煉 因此，要獲得各種金屬及其合金材料必須首先通過(guò)因此，要獲得各種金屬及其合金材料必須首先通過(guò)各種方法將金屬元素從礦物中各種方法將金屬元素從礦物中出來(lái)，接著對(duì)粗煉金屬出來(lái)，接著對(duì)粗煉金屬產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品進(jìn)行和和，然后，然后，才能得到所需成分、組織和規(guī)格的金屬材料。，才

2、能得到所需成分、組織和規(guī)格的金屬材料。 絕大多數(shù)金屬元素（除絕大多數(shù)金屬元素（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殼之中。地殼之中。 金屬的冶金工藝可以分為金屬的冶金工藝可以分為火法冶金、濕法冶金、電冶火法冶金、濕法冶金、電冶金以及真空冶金金以及真空冶金等。等。q 火法冶金火法冶金 ：火法冶金是指利用高溫從礦石中提取金屬或其化火法冶金是指利用高溫從礦石中提取金屬或其化合物的方法。合物的方法。 ：選礦、焙選礦、焙燒球化或燒球化或燒結(jié)燒結(jié)金屬化合物金屬化合物的還原的還原除去雜質(zhì)除去雜質(zhì)提純金屬提純金屬 ：提取提取冶金冶金真

3、空真空冶金冶金噴射噴射冶金冶金氯化氯化冶金冶金q 濕法冶金濕法冶金 ：濕法冶金是指利用一些化學(xué)溶劑的化學(xué)作用，在濕法冶金是指利用一些化學(xué)溶劑的化學(xué)作用，在水溶液或非水溶液中進(jìn)行包括氧化、還原、中和、水解和水溶液或非水溶液中進(jìn)行包括氧化、還原、中和、水解和絡(luò)合等反應(yīng)，對(duì)原料、中間產(chǎn)物或二次再生資源中的金屬絡(luò)合等反應(yīng)，對(duì)原料、中間產(chǎn)物或二次再生資源中的金屬進(jìn)行提取和分離的冶金過(guò)程。進(jìn)行提取和分離的冶金過(guò)程。 ：q 電冶金電冶金 ：利用電能從礦石或其它原料中提取、回收、精利用電能從礦石或其它原料中提取、回收、精煉金屬的冶金過(guò)程。煉金屬的冶金過(guò)程。 ： Fe在地殼中的含量為在地殼中的含量為5左右，在金

4、屬中僅次于鋁左右，在金屬中僅次于鋁， 除隕石外，純鐵在地殼中還未見(jiàn)到，鐵容易與其它元素除隕石外，純鐵在地殼中還未見(jiàn)到，鐵容易與其它元素化合，特別是與氧化合，因此化合，特別是與氧化合，因此鐵礦石多以氧化物形式存鐵礦石多以氧化物形式存在在。 鐵礦石中除鐵的氧化物外，還有其它元素的氧化物鐵礦石中除鐵的氧化物外，還有其它元素的氧化物(SiO2、MnO2 等等)，這些，這些統(tǒng)稱為脈石統(tǒng)稱為脈石。 煉鐵的目的煉鐵的目的就是使鐵從鐵的氧化物中還原，并使還原就是使鐵從鐵的氧化物中還原，并使還原出的鐵與脈石分離。出的鐵與脈石分離。 原料原料：脈石、熔劑（如脈石、熔劑（如CaCOCaCO3 3用于造渣）以及焦炭等

5、。用于造渣）以及焦炭等。q 生鐵冶煉生鐵冶煉 主要反應(yīng)過(guò)程主要反應(yīng)過(guò)程：CO2 C 2COFe2O3 Fe3O4 FeO Fe主要產(chǎn)品）主要產(chǎn)品）： 分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵。分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵。產(chǎn)品）產(chǎn)品）：含含SiO2、CaO和和Al2O3的鋁硅酸鹽，主的鋁硅酸鹽，主 要用于生產(chǎn)水泥。要用于生產(chǎn)水泥。產(chǎn)品）產(chǎn)品）：含含26左右的左右的CO，用作燃料。，用作燃料。 煉鐵產(chǎn)品及副產(chǎn)品煉鐵產(chǎn)品及副產(chǎn)品：q 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉 煉鋼的目的煉鋼的目的：除去生鐵中多余的碳和大量雜質(zhì)元素，除去生鐵中多余的碳和大量雜質(zhì)元素，使其化學(xué)成分達(dá)到鋼的要求。使其化學(xué)成分達(dá)到鋼的要求。 煉鋼的基本過(guò)程煉鋼的基本過(guò)程

6、： 2FeO22（FeO） SiMnMnP PC C(FeO(FeO）（SiOSiO2 2）（MnOMnO）（P P2 2O O5 5）（COCO）FeFe： 2P + 5FeO + 4CaO = 5Fe + 4CaOP2O5 FeS + CaO = FeO + CaS 由于由于P P、S S元素的存在嚴(yán)重影響鋼的性能，所以必須脫除。元素的存在嚴(yán)重影響鋼的性能，所以必須脫除。： ：消除鋼中的氧化雜質(zhì)，提高鋼的質(zhì)量。消除鋼中的氧化雜質(zhì)，提高鋼的質(zhì)量。 ：按照不同鋼種對(duì)合金元素成分的要求，進(jìn)行合金按照不同鋼種對(duì)合金元素成分的要求，進(jìn)行合金 化處理。化處理。 煉鋼的常見(jiàn)工藝煉鋼的常見(jiàn)工藝：堿性平爐煉

7、鋼：堿性平爐煉鋼：以液態(tài)生鐵或廢鋼為原料；利用爐氣和以液態(tài)生鐵或廢鋼為原料；利用爐氣和礦石供氧；以氣體或液體燃料供熱。礦石供氧；以氣體或液體燃料供熱。 電弧爐煉鋼：電弧爐煉鋼：利用石墨電極和金屬爐料之間形成的電弧利用石墨電極和金屬爐料之間形成的電弧高溫高溫(通常通常5000一一6000)加熱和熔化金屬，金屬熔化后加熱和熔化金屬，金屬熔化后加入鐵礦石、熔劑等，并吹氧，以加速鋼中的碳、硅、加入鐵礦石、熔劑等，并吹氧，以加速鋼中的碳、硅、錳、磷等元素的氧化。錳、磷等元素的氧化。當(dāng)碳、磷含量合格時(shí)，當(dāng)碳、磷含量合格時(shí)，扒去氧化性爐渣再扒去氧化性爐渣再加入石灰、螢石、電加入石灰、螢石、電石、硅鐵等造渣劑

8、和石、硅鐵等造渣劑和還原劑，形成高堿度還原劑，形成高堿度還原渣，脫去鋼中的還原渣，脫去鋼中的氧和硫。氧和硫。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼：氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼： 熔池?cái)嚢瑁环艧嵘郎?；無(wú)需燃料。已成為現(xiàn)代冶煉熔池?cái)嚢?；放熱升溫；無(wú)需燃料。已成為現(xiàn)代冶煉碳鋼和低合金鋼的主要方法。碳鋼和低合金鋼的主要方法。 q 銅的冶煉銅的冶煉 銅在地殼中的含量只有銅在地殼中的含量只有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種伴生礦中。一般，硫化銅化物和氧化物的形式存在于各種伴生礦中。一般，硫化銅礦采用火法冶煉；氧化銅礦采用濕法冶煉。礦采用火法冶煉；氧化銅礦采用濕法冶煉。 銅精礦的火法冶煉

9、銅精礦的火法冶煉： 目前，濕法冶煉的發(fā)展出現(xiàn)新的契機(jī)，基于環(huán)保的要目前，濕法冶煉的發(fā)展出現(xiàn)新的契機(jī)，基于環(huán)保的要求，濕法冶煉的地位正在顯示出不可取代的作用。求，濕法冶煉的地位正在顯示出不可取代的作用。 銅的濕法冶煉銅的濕法冶煉：溶溶 解解 由于鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑，不能通過(guò)各種化學(xué)處理直由于鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑，不能通過(guò)各種化學(xué)處理直接還原得到粗金屬，所以長(zhǎng)期以來(lái)鋁的價(jià)格極高。接還原得到粗金屬，所以長(zhǎng)期以來(lái)鋁的價(jià)格極高。 后來(lái)，人類發(fā)現(xiàn)電解法很容易制備金屬鋁，鋁的價(jià)后來(lái)，人類發(fā)現(xiàn)電解法很容易制備金屬鋁，鋁的價(jià)格大約降低了格大約降低了20倍。倍。 電解法制備金屬鋁必須包括兩個(gè)環(huán)節(jié)電解法制備金屬鋁必須包括兩個(gè)環(huán)節(jié)：一是從含鋁：一是從含鋁的礦石中制取純凈的氧化鋁；二是采用熔鹽電解氧化鋁的礦石中制取純凈的氧化鋁；二是采用熔鹽電解氧化鋁得到純鋁。得到純鋁。q 鋁的冶煉鋁的冶煉 鋁的生產(chǎn)流程示意圖鋁的生產(chǎn)流程示意圖純冰晶石純冰晶石鋁鋁 錠錠螢螢 石石鋁鋁 礦礦 石石生產(chǎn)氧化鋁生產(chǎn)氧化鋁純氧化鋁純氧化鋁電電 解解 制制 鋁鋁碳素材料碳素材料陽(yáng)陽(yáng) 極極 糊糊 或或其其 它它 產(chǎn)產(chǎn) 品品電極生產(chǎn)電極生產(chǎn)選選 礦礦再熔或精煉再熔或精煉電電 能能生產(chǎn)冰晶石生產(chǎn)冰晶石或或 氟氟 化化 物物鋁冶煉的主要過(guò)程鋁冶煉的主要過(guò)程：AlAl3 33e Al