工程材料及热加工工程材料的基础知识.ppt

第1页，共32页，星期日，2025年，2月5日一、工程材料的分类1、按用途分：建筑工程材料；机械工程材料；电子工程材料2、按原子聚集状态分：单晶体；多晶体；非晶体3、按原子键合特点分：金属材料；非金属材料；复合材料⑴金属材料:纯金属和以金属元素为主的合金1、黑色金属：Fe、Mn、Cr及其合金2、有色金属：⑵非金属材料1、有机高分子材料：C，H；塑料、橡胶、纤维2、无机材料：不含C，H；陶瓷⑶复合材料：由两种或两种以上的不同性质或不同组织结构的材料以微观或宏观的形式结合在一起而构成。第2页，共32页，星期日，2025年，2月5日二、钢铁生产简介钢铁是以铁和碳为主要组成元素，同时还含有Si、Mn、S、P等元素的合金。包含钢和生铁。生产过程：第3页，共32页，星期日，2025年，2月5日第4页，共32页，星期日，2025年，2月5日1、炼铁：实质：铁的化合物的还原。炼铁方法：设备：高炉原料：铁矿石、焦炭、和熔剂。铁矿石：是主要的炼铁原料，一般有磁铁矿(Fe3O4)、亦铁矿(Fe2O3)、褐铁矿(2Fe2O3.3H2O)、菱铁矿(FeCO3)。矿石中除铁的化合物外，还含有硅、锰、磷、硫等的化合物，这些统称为脉石。焦炭：为炼铁提供热源；焦炭不完全燃烧产生的CO气体作为还原剂，将铁从矿石中还原出来。熔剂：主要是石灰石(CaCO3)和萤石(CaF2)，其作用是与铁矿石中的脉石结合形成熔点较低、密度小、流动性好的熔渣，并与铁液分离，以便获得较纯净的生铁液。第5页，共32页，星期日，2025年，2月5日原理、过程：炼铁时炉料按一定比例从高炉的顶部加料口装入炉内；由炉子下部的风口吹入热空气，使焦炭燃烧产生热量和CO气体，CO气体在上升过程中与铁矿石相接触，将铁矿石还原成海绵铁。矿石与燃料中的部分元素(如C、Si、Mn、P、S)在高温下溶于铁中形成生铁液，与炉渣分离后，从高炉底部的出铁口流出。生铁液可直接送炼钢炉内冶炼成钢，也可浇成生铁锭作为炼钢或铸造的原料。生铁高炉的主要产品是生铁。分为炼钢生铁和铸造生铁两类。炼钢生铁中硅的质量分数较低(Wsi1.25％)，断口呈银白色。铸造生铁中硅的质量分数较高(Wsi1.25％一3.2％)，断口呈灰黑色。第6页，共32页，星期日，2025年，2月5日二、炼钢1、钢与生铁的区别：成分差异生铁很少直接用于制造零件。（含有较多的碳和杂质元素，使得生铁的加工性能差，力学性能低，不能满足加工和使用要求。）炼钢的实质是通过氧化降低生铁中的碳与杂质元素的含量，使之达到有关标准规定的成分和性能。2、炼钢方法炼钢方法：主要有转炉炼钢和电炉炼钢等。炼钢原料：生铁、废钢、熔剂(石灰石等)、脱氧剂(硅铁、锰铁、铝等)、合金料等。炼钢过程：主要包括氧化、造渣、脱氧等。氧化过程：碳及杂质元素与氧化剂反应生成各种氧化物。造渣：熔剂与各种氧化物结合，形成密度小、熔点低、流动性好的炉渣，并与钢液分离；脱氧：在炼钢的后期加入脱氧剂，使残留在钢液中的氧与脱氧剂反应，并使生成的化合物进入炉渣去除。第7页，共32页，星期日，2025年，2月5日(1)转炉炼钢氧气顶吹转炉是最常用的炼钢方法。原理：它主要以生铁液为原料，加适量的废钢，吹入氧气使生铁液中的碳和部分杂质元素氧化，从而降低钢中的碳及杂质元素的含量。转炉炼钢依靠生铁液的余热和氧化反应产生的热量提供冶炼热源。特点：氧气顶吹转炉生产率高、节省能源、成本低，适合于大型钢铁联合企业，主要生产各类普通用途的非合金钢(碳钢)。(2)电炉炼钢电炉炼钢有电弧炉炼钢、感应炉炼钢等方法，常用的是电弧炉炼钢。它以转炉钢和废钢作原料、以铁矿石和纯氧作氧化剂，以电极与金属炉料间的电弧热提供冶炼热源。电弧炉冶炼温度高(可达2000℃)，能冶炼含有高熔点合金元素的合金钢。特点：采用的炉料较纯净，冶炼过程容易调节，化学成分易控制，能够冶炼高级优质钢和合金钢。但电弘炉炼钢耗电量大，成本高。第8页，共32页，星期日，2025年，2月5日现代炼钢中，主要的炼钢方法只在炉内完成熔化和初调成分的功能，而钢的精炼和合金化是在炉外精炼装备中完成的。炉外精炼可完成脱碳、脱氧、脱硫、脱磷及去除其他有害杂质等功能，使钢的化学成分、组织结构与性能达到更高的要求。第9页，共32页，星期日，2025年，2月5日3、钢的浇注钢液经脱氧处理后，可浇注入钢锭模或连铸机的结晶器，浇成钢锭或钢坯。脱氧工艺与脱