金屬材料及制備加工工藝課件

第一章金屬材料的制備－冶金第二章鑄造第三章金屬的壓力加工第四章金屬材料熱處理第五章金屬的焊接第六章工程材料

第一篇金屬材料及制備加工工藝金屬材料及制備加工工藝第一節(jié)冶金工藝概述第二節(jié)鋼鐵冶煉第三節(jié)有色金屬冶煉第一章金屬材料的制備－冶金金屬材料及制備加工工藝

因此，要獲得各種金屬及其合金材料．必須首先通過各種方法將金屬元素從礦物中提取出來，接著對粗煉金屬產(chǎn)品進(jìn)行精練提純和合金化處理，然后澆注成錠，加工成形，才能得到所需成分、組織和規(guī)格的金屬材料。

第一節(jié)冶金工藝概述

絕大多數(shù)金屬元素（除Au、Ag、Pt外）都以氧化物、碳化物等化合物的形式存在地殼之中。

金屬的冶金工藝可以分為火法冶金、濕法冶金、電冶金以及真空冶金等。金屬材料及制備加工工藝

火法冶金

定義：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。

工藝過程：礦石準(zhǔn)備礦石冶煉精煉提純選礦、焙燒球化或燒結(jié)金屬化合物的還原除去雜質(zhì)提純金屬金屬材料及制備加工工藝

工藝方法分類：火法冶金提取冶金真空冶金噴射冶金氯化冶金金屬材料及制備加工工藝

濕法冶金

定義：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、水解和絡(luò)合等反應(yīng)，對原料、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程。

工藝過程：離子浸取固液分離金屬或化合物提取溶液富集金屬材料及制備加工工藝

電冶金

定義：利用電能從礦石或其它原料中提取、回收、精煉金屬的冶金過程。

工藝分類：

電熱熔煉：直接用電加熱生產(chǎn)金屬的一種冶金方法。電熱熔煉包括電弧熔煉、等離子熔煉和電磁熔煉等。水溶液電解：應(yīng)用水溶液電解精煉金屬的一種冶金方法。金屬材料及制備加工工藝熔鹽電解：直接利用高導(dǎo)電率、低熔點(diǎn)的熔鹽作為電解質(zhì)在熔池中進(jìn)行電解。金屬材料及制備加工工藝

Fe在地殼中的含量為5％左右，在金屬中僅次于鋁，除隕石外，純鐵在地殼中還未見到，鐵容易與其它元素化合，特別是與氧化合，因此鐵礦石多以氧化物形式存在。鐵礦石中除鐵的氧化物外，還有其它元素的氧化物(SiO2、MnO2等)，這些統(tǒng)稱為脈石。

煉鐵的目的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。

第二節(jié)鋼鐵冶煉金屬材料及制備加工工藝

原料：脈石、熔劑（如CaCO3用于造渣）以及焦炭等。

生鐵冶煉

主要反應(yīng)過程：CO2＋C＝2COFe2O3－Fe3O4－FeO－Fe金屬材料及制備加工工藝金屬材料及制備加工工藝生鐵（主要產(chǎn)品）：分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵。爐渣（副產(chǎn)品）：含SiO2、CaO和Al2O3的鋁硅酸鹽，主要用于生產(chǎn)水泥。煤氣（副產(chǎn)品）：含26％左右的CO，用作燃料。

煉鐵產(chǎn)品及副產(chǎn)品：

鋼鐵冶煉

煉鋼的目的：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。金屬材料及制備加工工藝

煉鋼的基本過程：鐵元素的氧化：

2〔Fe〕＋｛O2｝＝2（FeO）〔Si〕〔Mn〕〔P〕〔C〕｝＋(FeO）（SiO2）（MnO）（P2O5）（CO）｝＋〔Fe〕鐵元素的再還原：

金屬材料及制備加工工藝

2P+5FeO+4CaO=5Fe+4CaO·P2O5FeS+CaO=FeO+CaS

由于P、S元素的存在嚴(yán)重影響鋼的性能，所以必須脫除。造渣除P、S：

脫氧：消除鋼中的氧化雜質(zhì)，提高鋼的質(zhì)量。

合金化：按照不同鋼種對合金元素成分的要求，進(jìn)行合金化處理。金屬材料及制備加工工藝

煉鋼的常見工藝：堿性平爐煉鋼：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。金屬材料及制備加工工藝電弧爐煉鋼：利用石墨電極和金屬爐料之間形成的電弧高溫(通常5000℃一6000℃)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、錳、磷等元素的氧化。當(dāng)碳、磷含量合格時(shí)，扒去氧化性爐渣．再加入石灰、螢石、電石、硅鐵等造渣劑和還原劑，形成高堿度還原渣，脫去鋼中的氧和硫。金屬材料及制備加工工藝氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼：

熔池?cái)嚢瑁环艧嵘郎?；無需燃料。已成為現(xiàn)代冶煉碳鋼和低合金鋼的主要方法。金屬材料及制備加工工藝

第三節(jié)有色金屬冶煉

銅的冶煉

銅在地殼中的含量只有0.01％，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：精銅礦熔煉粗銅冰銅火法精煉電解精煉純銅金屬材料及制備加工工藝

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。

銅的濕法冶煉：銅礦溶劑銅離子置換法溶解電沉積氫還原銅金屬材料及制備加工工藝

由于鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑，不能通過各種化學(xué)處理直接還原得到粗金屬，所以長期以來鋁的價(jià)格極高。后來，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20倍。

電解法制備金屬鋁必須包括兩個(gè)環(huán)節(jié)：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得到純鋁。

鋁的冶煉金屬材料及制備加工工藝

鋁的生產(chǎn)流程示意圖純冰晶石鋁錠螢石鋁礦石生產(chǎn)氧化鋁純氧化鋁電解制鋁碳素材料陽極糊或其它產(chǎn)品電極生產(chǎn)選礦再熔或精煉電能生產(chǎn)冰晶石或氟化物金屬材料及制備加工工藝鋁冶煉的主要過程：Al3＋＋3e→AlAlO33--6e→Al2O3礦石（Al2O3）NaAlO2Al2O3?Na