课题一--金属材料及其性能演示幻灯片.ppt

江 门 职 业 技 术 学 院;“金属材料及热处理”总课时45;课程考核;课题一 认识并掌握金属材料基本性能 课题一 认识并掌握金属材料基本性能 任务1 认识金属材料 任务2 了解钢铁材料的生产过程 任务3 掌握金属材料的物理与化学性能 任务4 掌握并能测量金属材料的力学性能 任务5 掌握金属材料的工艺性能 思考与练习 ;任务一 认识金属材料; ? ; ? ; ? ; ? ;新材料新工艺;新材料新工艺;3. 金属材料的应用 在近代，材料专家把金属材料比做现代工业的骨架，随着金属材料大规模生产及其使用量的急剧上升，极大地促进了人类社会经济和科学技术的飞速发展。如果没有耐高温、高强度、高性能的钛合金等金属材料，就不可能有现代宇航工业的发展。 ;任务二 了解钢铁材料的生产过程;1．炼铁 铁矿石中除铁外，还含有其他的氧化物，如二氧化硅、氧化锰、三氧化二铝等，这些杂质称为脉石。炼铁实质是从铁矿石（铁的氧化物）中还原铁并使之与杂质分离的过程。 1）炼铁的原料及其作用：原料有铁矿石、燃料和熔剂。 铁矿石：磁铁矿（主要含Fe3O4，含铁量最高）、赤铁矿（主要含Fe2O3，）和菱铁矿（主要含FeCO3）。含铁量在30％以上就有开采价值。;2）燃料。高炉炼铁的燃料是焦炭。焦炭是烟煤隔绝空气加热分解的干馏物。作用是燃烧后提供高温，并提供一氧化碳还原剂 3）熔剂。常用的熔剂是石灰石（CaCO3），作用是造渣。矿石中的脉石熔点很高，加人熔剂与脉石发生化学作用，生成熔点低、密度小、流动性好的炉渣，将铁分离出来。 2. 炼铁的基本过程 炼铁的设备是高炉。铁矿石、焦炭、石灰石由装料机构分层在高炉上部装料口装人。基本过程包括燃料燃烧、铁的还原和增碳、其他元素的还原、造渣等。;1）燃料燃烧 2）氧化铁的还原和铁的增碳 3）造渣。石灰石在加热到一定的温度后，会发生分解生成生石灰，生石灰与杂质发生反应生成熔渣，渣物密度比铁水小，浮在铁水上，从出渣口排出。 3. 高炉的产品 （1）铸造生铁（ Wc ＞1.25％）和炼钢生铁（ Wc ＜1.25％） （2）高炉煤气和炉渣;2．炼钢;1）转炉炼钢法：氧气顶吹转炉炼钢是利用一根或几根吹氧管从钢液上方吹人纯氧，利用炉中化学反应产生的热进行冶炼，不需外加热源。首先是装料，将铁水注人炉内，并按比例向炉内加入一定量的废钢和造渣材料。向炉中吹入18～12个标准大气压的氧气。剧烈的氧化反应使铁水温度升高，使Si、Mn、S、P被氧化进入渣中，碳被氧化形成CO气体逸出炉外。当钢液中S、P、Si、Mn、C的含量均达到要求时停止吹氧。出钢前进行钢液的脱氧和合金化，根据钢种要求加人脱氧剂和合金料，最后将钢水注入钢包以各连铸或模铸使用。;转炉炼钢法;2）电炉炼钢法 用于生产质量要求较高的合金钢和特殊钢种。电炉具有炉温高，氧、硫及非金属夹杂含量低，合金元素烧损少等优点。电炉是电弧炉。电弧炉是利用石墨制成的电极与废钢料或钢水之间产生的高温电弧作为热源来进行熔炼的。缺点是要消耗大量的电能，成本比平炉钢、转炉钢高，用废钢作为炼钢原料。;3. 钢的浇注 炼好的钢液放人盛钢桶内，少数直接浇注成铸钢件，大部分浇注成钢锭，送往轧钢车间或锻压车间，轧制或锻压成型材、坯料等。 目前浇注方法主要有钢锭模铸锭和连续铸锭两种。;任务三 掌握金属材料的物理与化学性能;钢中常存元素及其对性能的影响;纯金属：铁（Fe)、铝（Al）、铜（Cu）、金（Au）、银（Ag）、铬（Cr）、镍（Ni）、锰(Mn)、钼（Mo）、钨（W）、钒（V）、钛（Ti）、锌（Zn）、锡（Sn)、铅（Pb）、铍（Be）、铌（Nb）、锆（Zr）、钴（Co）等 合金：合金是由两种或两种以上金属元素、或金属元素与非金属元素组成，具有金属特性的物质。 合金比纯金属具有更好的性能，更高的强度、硬度、耐热性、耐蚀性、电磁性。 常见的非金属元素：碳（C）、氮（N）、硫(S） 磷（P）、硼（B）、硅（Si）等。 ;黑色金属：以铁或以铁为主形成的金属材料，外观颜色成黑色，如碳钢、合金钢、铸铁等。 非铁金属材料（有色金属材料）：除黑色金属外的金属和合金，如铜及铜合金、铝及铝合金等。;常见合金组成成分与用途;密度：ρ＝m/Ｖ kg/m3 不同金属，密度不同，查表１－1 熔点：从固态向液态转变时的温度。纯金属有固定的熔点。比较表１－1 导热性：能够传导热量的性能，用λ表示。金属越纯导热能力越好（银、铜、铝、铬、铁）。比较表１－1 导电性：能够传导电流的性能，用电阻率（ρ）来衡量。导电性和导热性一样，金属越纯导电能力越好，银、铜、铝、镁、钨、镍。 比较表１－1 ;热膨胀性：随温度变化而膨胀、收缩的特性。用线胀系数（αl）和体胀系数（αv）表示。 αv≈αl αl＝（l2-l1）/l1Δt