材料工程基础-第1章-金属材料的制备--冶金
材料工程基础课件-金属材料加工工艺-第一章
金、物理性能、化学性能等方面的测试， 可以评估加工过程中材料的性能和质量。
金属材料加工的质量管理
金属材料加工的质量管理是确保产品符合要求的关键。它涉及工艺控制、设 备维护、操作规范等方面，以确保产品质量稳定和持续改进。
发展趋势及新技术
金属材料加工的发展趋势包括数字化、自动化、智能化等方向，新技术如激光加工、超声波加工等正不断推动 着行业的发展。
材料工程基础课件-金属 材料加工工艺-第一章
这是材料工程基础课件的第一章，介绍金属材料加工工艺的概述，包括分类、 过程、参数与指标、性能检测、质量管理，以及发展趋势和新技术。
材料加工工艺概述
材料加工工艺是指通过各种方法将原料加工成所需形状和尺寸的工艺过程。 它是实现材料的物理和化学特性转变的重要手段。
金属材料加工分类
金属材料加工可以分为锻造、压力加工、切削加工、焊接、粉末冶金等不同 类型。每种类型都有各自适用的场景和过程。
金属材料加工过程
金属材料加工过程涵盖了成形、切削、热处理、表面处理等多个阶段。不同 的材料和要求需要不同的加工过程来达到所需的性能和形状。
金属材料加工工艺的参数与指 标
金属材料加工工艺的参数与指标包括温度、压力、速度、材料损失、表面质 量等。优化这些参数可以提高加工效率和产品质量。
材料工程基础-第1章金属材料的制备--冶金
II、作业温度比其他火法冶金过程低； III、分离效率高，综合利用好。在高品位矿石资源逐 渐枯竭的情况下，对储量很大的低品位、成分复杂难 选的贫矿来说，氯化冶金将发挥它的作用。
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法 ②氯化冶金 尚有三个问题待解决： I、氯化剂的利用效率和氯化剂的再生返回利用是关 键性问题； II、继续解决氯化冶金设备的防腐蚀； III、环境保护
A 形状控制：电磁铸造、金属薄膜的电磁成行，电磁 塑性成型，悬浮熔炼等
B 驱动金属液体：电磁搅拌，电磁泵 C 抑制流动：磁力制动，抑制波动 D 悬浮：非金属夹杂物的电磁分离 E 热量生成：感应熔炼，电磁加热、电弧熔炼、等离
子熔炼等 F 组织控制：晶粒细（粗）化，非晶金属制备
1.1 冶金工艺
三、电冶金 ㈠电热熔炼 ②电磁熔炼
的化合物析出或造
渣。
◆ 物理法 基于在两相平衡时杂质和主金属在两相
间分
配比的不同。
◇ 利用粗金属凝固或熔化过程中，粗金属中的杂质和主金
属在液–固两相间分配比的不同——熔析精炼、区域精
炼（区域熔炼）。
◇ 利用杂质和主金属蒸气压的不同，因而粗金属蒸发过程
中，其易蒸发的组份将主要进入气相，与难蒸发组分分
离——蒸馏精炼、升华精炼。
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
氧势图（Ellingham）的形成原理
为了直观地分析和考虑各种元素与氧的亲和能力，了解不同 元素之间的氧化和还原关系，比较各种氧化物的稳定顺序， 埃林汉曾将氧化物的标准生成吉布斯自由能数值折合成元素 与1mol氧气反应的标准吉布斯自由能变化即，将反应：
材料工程基础 总结
第一章材料的熔炼一、钢铁冶金（重点—看书/课件）1、炼铁主要是还原过程，炼钢主要是氧化过程2、高炉炼铁的原料（炉料）由矿石、溶剂和燃料组成。
3、直接还原：以气体、液体、煤为能源与还原剂，在铁矿石低于熔点温度时进行还原得到金属铁的炼铁工艺。
4、熔融还原：用铁矿石和普通煤作原料，在汽化炉流化床中将直接还原得到的海绵铁进一步加热融化，在熔融汽化炉底形成铁水与炉渣的熔池5、炉外精炼：将在转炉或电炉内初炼的钢液倒入钢包或专用容器内进行脱氧、脱硫、脱碳、去气、去除非金属夹杂物和调整钢液成分及温度的一种炼钢工艺6、常用的炉外精炼工艺：RH法-循环脱气法、LF法-钢包精炼法、VD法-真空脱气法7、炉外精炼的实施手段：一般炉外精炼方法都是渣洗、真空、搅拌、喷吹和加热等精炼手段的不同组合，采用一种或几种手段组成一种炉外精炼方法。
8、LF法的精炼过程将钢液、渣料及脱氧剂加入到LF炉，在还原性气氛下，通过电极埋弧造渣，炉底吹氩搅拌，完成钢液的脱硫、脱氧、合金化、温度及夹杂物的控制。
9、炼钢的方法：转炉炼钢法、平炉炼钢法、电炉炼钢法10、连铸连轧：把液态钢倒入连铸机中轧制出钢坯，然后不经冷却，在均热炉中保温一定时间后直接进入热连轧机组中轧制成型的钢铁轧制工艺。
优点：巧妙地把铸造和轧制两种工艺结合起来，相比于传统的先铸造出钢坯后经加热炉加热再进行轧制的工艺具有简化工艺、改善劳动条件、增加金属收得率、节约能源、提高连铸坯质量、便于实现机械化和自动化的优点。
应用：连铸连轧工艺现今只在轧制板材、带材中得到应用。
11、典型的薄板连铸连轧工艺流程：由炼铁（高炉或电炉）—炼钢（电炉或转炉）—炉外精炼—薄板坯连铸—连铸坯加热—热连轧六个单元工序组成。
二、Al冶金（重点—看书/课件）1、从铝土矿中制取铝常用碱法。
碱法分为拜耳法、烧结法、联合法等。
拜耳法又称湿碱法，典型湿法冶金的一种2、铝冶金特点：从铝矿石中提出纯净的化合物，再通过熔盐电解的方法得到纯铝。
材料工程复习思考题部分答案
材料工程基础》复习思考题第一章绪论1、材料科学与材料工程研究的对象有何异同？答：材料科学侧重于发现和揭示组成与结构，性能，使用效能，合成与加工等四要素之间的关系，提出新概念，新理论。
而材料工程指研究材料在制备过程中的工艺和工程技术问题，侧重于寻求新手段实现新材料的设计思想并使之投入使用，两者相辅相成。
6、进行材料设计时应考虑哪些因素？答：. 材料设计的最终目标是根据最终需求，设计出合理成分，制订最佳生产流程，而后生产出符合要求的材料。
材料设计十分复杂，如模型的建立往往是基于平衡态，而实际材料多处于非平衡态，如凝固过程的偏析和相变等。
材料的力学性质往往对结构十分敏感，因此，结构的任何细小变化，性能都会发生明显变化。
相图也是材料设计不可或缺的组成部分。
7、在材料选择和应用时，应考虑哪些因素？答：一，材料的规格要符合使用的需求：选择材料最基本的考虑，就在满足产品的特性及要求，例如：抗拉强度、切削性、耐蚀性等；二，材料的价格要合理；三，材料的品质要一致。
8、简述金属、陶瓷和高分子材料的主要加工方法。
答：金属：铸造（砂型铸造、特种铸造、熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、连续铸造、消失模铸造）、塑性加工（锻造、板料冲压、轧制和挤压、拉拨）、热处理、焊接（熔化焊、压力焊、钎焊）；橡胶：塑炼、混炼、压延、压出、硫化五部分；高分子：挤制成型、干压成型、热压铸成型、注浆成型、轧膜成型、等静压成型、热压成型和流延成型。
10、如何区分传统材料与先进材料？答：传统材料指已经成熟且已经在工业批量生产的材料，如水泥、钢铁，这些材料量大、产值高、涉及面广，是很多支柱产业的基础。
先进材料是正在发展，具有优异性能和应用前景的一类材料。
二者没有明显界限，传统材料采用新技术，提高技术含量、性能，大幅增加附加值成为先进材料；先进材料长期生产应用后成为传统材料，传统材料是发展先进材料和高技术基础，先进材料推到传统材料进一步发展。
材料工程基础的主要内容
平衡组织
铸态组织 非平衡态组织
单晶硅
尺寸 > 300mm 缺陷数 100-1000 个/cm2
近终型技术
先进的成型技术
定向凝固共晶材料
制成涡轮机叶片
非晶带材：制做变压器 细晶：高强材料 微晶：人们正在研究这
一新结构的意义和实用
准晶：正在研究
共晶组织
与其它材料要素的关系
与其它材料要素的关系
定向凝固共晶组织的生长----材料设计 生长界面
由此说明：材料科 学研究无论是在内 容上还是在空间上 都是无止尽的。
与其它材料要素的关系
在材料使用性能（产品）设计的同时， 力求改变传统的研究及设计路线，将材料性 质同时考虑进去，采取并行设计的方法。
与其它材料要素的关系
B-777上用的先进材料
与其它材料要素的关系
传统方式： 结构与功能 确定材料的性质 （选择材料）
材料工程的发展趋势
加
专
工
家
系
系
统 传感器 统
材料工程的发展趋势
我国在合成与加工方面同先进 国家的差距还很大，许多关键技 术落后的根源都归到这里。因此 提高材料合成与加工的技术水平
是我们的最重要的课题。
三束表面改性
材料工程基础的主要内容
三．材料表面工程 表面改性
合 金
金 激光束 --- 组织变化
属 元
素 电子束 ---组织变化
非均细 晶匀晶 化化化
化
离子束 --- 成分、组织变化
材料工程基础的主要内容
三．材料表面工程
离子束改性对表面应力状况的影响 表面改性
强度极限
疲劳极限
A A --- 原始受力状态
汽车喷油嘴的设计--方案二
材料工程基础-第一章
态时易溶解某些气体；熔点1083℃，沸点2310℃，常温比
重8.96g/cm3。常温干燥空气中不易氧化，但在有CO2存在 的潮湿空气中易生成CuCO3· Cu(OH)2即铜绿，有毒； Cu在185℃时开始与氧作用，低于350℃时生成Cu2O， 高于350℃时生成CuO。
浸出
湿 法 冶 金
分离
过滤分离和沉降分离
富集
结晶、蒸馏、沉淀、置换、 溶液萃取、离子交换、膜 分离
电解、化学置换、还原
提取
1.3、电冶金
电冶金是利用电能提取和精炼金属的方法，按照电 电弧熔炼 能形式可分为电热冶金和电化学冶金。 电阻熔炼
电阻-电弧熔炼
电热冶金
等离子熔炼 感应熔炼
电 冶 金
电子束熔炼 溶液电解
2.2钢的冶炼
什么是炼钢？
钢和生铁的主要区别？ 从生铁到钢需要哪些工艺步骤？
钢和生铁的主要区别
项目 钢 生铁
含碳量 ≤2%，一般为0.04-1.7% ＞2%，一般为2.5-4.3% 含Si、Mn、P、S量 较少 较多 熔点 1450-1530℃ 1100-1150℃ 力学性能 强度、塑性、韧性好 硬而脆，耐磨性好 铸造性能 较好 好 锻造性能 好 差 焊接性能 好 差 可加工性能 好 好 热处理性能 好 差
②熔炼过程化学反应
高温下化学反应分两大类：高价硫化物，碳酸盐 、硫酸盐的热分解，各种化合物相互作用。具体如 下：
1)高价硫化物，碳酸盐、硫酸盐的热离解： 4CuFeS2→2Cu2S+4FeS+S2 ↑ 2Cu3FeS3→3Cu2S+2FeS+1/2S2 ↑ FeS2→FeS+1/2S2 ↑ CaCO3→CaO+CO2 ↑ ZnSO4→ZnO+SO2 ↑ +1/2O2 ↑ S+O2→SO2↑ 产物CO2 和SO2进入烟气中 2)各种化合物的相互作用及造锍、造渣： 3Fe3O4+FeS→10FeO+SO2 ↑ Cu2O+FeS→Cu2S+FeO ZnO+FeS→ZnS+FeO 造锍：Cu2S+FeS→Cu2S· FeS 造渣：FeO+SiO2→2FeO·SiO2 2CaO+SiO →2CaO·SiO
《材料工程基础》课程教学大纲
考核方式
考核内容
对应课程目标
评分依据
考核
占比
平时作业
能够将材料复合相关原理用于特定复合材料体系选择、复合材料合成及制备中涉及的复杂工程问题解决方案的比较与综合。（30分）
3
分等级评分表法
分等级评分，评分标准见附录
30%
期中考试
阐述金属Fe、Al冶炼及粉末材料的制备的基本原理和知识，并将其用于原料制备的配方设计、工艺实施和检测分析的表述。（13~17分）
能够将材料复合相关原理用于特定复合材料体系选择、复合材料合成及制备中涉及的复杂工程问题解决方案的比较与综合。
未能认识到复合材料合成及制备有多种方案可选择；未能获取可替代的解决方案。
3
授课
（3）
讨论
（1）
11金属复合材料制备与加工
能够辨别冶金复合、铸造凝固成型；认识喷射成型、轧制复合、挤压成型、拉拔复合法，认识到复合材料合成及制备有多种方案可选择。
PPT讲授
课堂提问
3
授课(2)
12陶瓷复合材料
12.1概述
12.2增强体的制备
12.3颗粒弥散
12.4晶须强韧化
12.5纤维增强基复合材料
一、课程简介
材料工程基础是材料科学与工程专业的专业必修课；是材料科学与工程专业的本科生在已经掌握有关的材料科学基础知识的基础上，进一步拓展材料工程方面理论和实践的基础知识的一门专业核心课程。本课程将以金属材料、无机非金属材料、高分子材料的工程特点为依据，归纳并按照其在材料制备、材料加工、材料改性、材料复合四个主要方面的基本理论知识和实践过程进行讲授。通过基础知识和理论讲解，并列举工程方法的实例、及成果，使学生理解三大材料体系的合成过程、评价及原理，了解各材料体系的基本加工过程及相关影响因素，了解材料的改性技术，并建立和了解材料复合的原理和途径及材料设计的基本思路。
材料工程基础课件之金属冶炼篇
红色 黑色
炼
褐铁矿(2Fe2O3 ·3H2O)： 55.2~66.1% Fe 黄褐色
菱铁矿（FeCO3）： 42.8% Fe
淡黄色
脉石：SiO2、Al2O3、CaO、MgO等
赤铁矿
菱 铁 矿
磁铁矿
褐 铁 矿
对铁矿石的要求：
1.2
含铁量愈高愈好；30~70%，贫矿：Fe%＜45% 富矿：Fe%＞45%
通过各种方法将金属元素从矿物中提取出来，接着对 粗炼金属产品进行精练提纯和合金化处理，然后浇注成 锭，加工成形，才能得到所需成分、组织和规格的金属 材料。 定义：金属冶金是研究如何从矿山或其它原料中提取金 属或金属化合物,并制成具有一定性能的金属材料的的工 程技术。 金属的冶金工艺可以分为：火法冶金、湿法冶金、 电冶金三大类。
冶
105℃以上，吸附水（游离水）可蒸发，对高炉无害。
200℃开始，褐铁矿（2Fe2O3.3H2O）分解，400～
炼 500℃分解速度最大。
约400℃高岭土（Al2O3.2SiO2.2H2O）开始分解，在 500～600℃才迅速进行。
1.2 ②燃料挥发分的挥发
焦碳中含挥发分0.7～1.3%，在风口被加热到1400
上料机
喷吹 燃料 燃料罐
高炉
热风
冷风
空气
热风炉
鼓风机
冶 炼
炉渣
生铁煤气水渣铸炼特渣棉
造钢殊
除尘
净煤气
生生生
铁铁铁
建
绝
筑
热
炉 尘
材
材
料
料
其它用途
（2）炼铁时高炉中的物理化学过程
1.2
1）燃料的燃烧
钢
C+O2CO2 C+O22CO CO2+C 2CO
材料工程基础第一章精品PPT课件
红色 黑色 黄褐色 淡黄色
赤铁矿
菱 铁 矿
磁铁矿
褐 铁 矿
一、生铁冶炼
对铁矿石的要求：
1、炼铁的原料
含铁量愈高愈好；30~70%，贫矿：Fe%＜45%
富矿：Fe%＞45%
还原性好；
粒度适中；通常为10~25mm
脉石成分中碱性氧化物含量高；
杂质含量少；S% ＜0.15%，P% ＜0.4%，As% ＜0.1%
要求：
含碳量高； 有害杂质硫、磷及水分、灰分、挥发分的含量低； 在常温及高温下要有足够的机械强度； 气孔率要大，粒度要均匀
常用的燃料：
焦炭 喷吹用燃料：10~30%，有的达40~50%，包括气体燃料（天然气、焦炉 煤气等）、液体燃料（重油、柴油、焦油）、固体燃料（无烟煤粉）
2、高炉设备及工艺过程
金属材料的制备与加工工艺
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章
金属材料的制备－冶金 铸造 金属的压力加工 金属的焊接 金属材料热处理
第一章 金属材料的制备－冶金
第一节 冶金工艺概述 第二节 钢铁冶炼 第三节 有色金属冶炼
第一节 冶金工艺概述
冶金是基于矿产资源的开发利用和金属材料生产加 工过程的工程技术。
➢ 工艺过程：
浸取
固液 分离
溶液 净化
金属或化 合物提取
第一节 冶金工艺概述
电冶金
➢ 定义：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。
➢ 工艺分类：
电热冶金 ：直接用电加热生产金属的一种冶金方法。包
括电弧熔炼、电阻熔炼、等离子熔炼和感应熔炼等。
电化学冶金：利用电化学反应，使金属从含金属盐类的水 溶液或熔体中析出的冶金方法。包括水溶液电解和熔盐电 解
工材基础绪论第一章
“工程材料基础”绪论一、材料在社会发展中的作用1．材料的发展与人类社会的发展紧密联系人类社会历史：石器时代、铜器时代和铁器时代2．我国劳动人民在材料发展上曾取得辉煌成就3．材料在现代科技中占有重要地位材料、信息和能源是现代科技三大支柱二、工程材料的分类及性能特点三、本课程的任务及主要内容材料的性能→应用材料的组织、结构→性能材料的化学成分↘材料的组织材料的加工工艺↗材料的结构即：材料的化学成分↘材料的组织材料的加工工艺↗材料的结构→性能→应用主要内容：金属的晶体结构、合金相结构、金属的结晶、二元合金相图、铁碳合金相图、金属与合金的塑性变形、固态金属中的扩散、热处理原理与工艺、高分子材料结构与性能、陶瓷材料结构与性能四、教学要求教学环节：讲课36，习题课4，实验8 课程特点：技术基础课，掌握原理和方法，联系实际教学要求： 1.认真听课、作好笔记2．复习与作业3．实验与报告4．学习方法：概念、归纳总结、记忆五、考核问题成绩分配：平时成绩：30%（实验15%；习题15%）；考试70%，有期中测验考试方式：期末考试以笔试为主，少量同学可申请口试（人数<10%）六、主要参考书1．“材料科学基础”，马泗春主编，陕西科技出版社2．“Principles of MaterialsScience and Engineering”第三版，作者：William F.Smith,出版社：McGraw-Hill,Inc.第一章金属的晶体结构§1.1金属的概念一、金属的特性金属晶体良好的导电性和导热性正的电阻温度系数具有金属光泽良好的塑性变形能力二、金属原子的结构特点两个特点:(1).最外层电子数少,一般1-2个,且与原子核结合力弱,易成正离子;(2)过渡族金属（Cr,Fe,Co,Ni,Mo等)具有未填满的次外电子层,造成其化合价可变,结合力强等,具有高强度、高熔点的特点三、金属原子的键合方式金属键四、金属原子间的结合力和结合能双原子模型，三原子模型周期势场五、对金属特性的解释金属晶体，导电性和导热性正的电阻温度系数，金属光泽塑性变性能力重点：材料性能与微观结构关系，金属特性及其微观解释，金属键§1.2 金属的晶体性一、晶体的特性固态物质按其原子或分子的排列特征，可分为晶体和非晶体。
《材料工程基础》教案
《材料工程基础》教案第一章材料的制备与合成1.制备材料的3种途径：⑴第一个途径：通过原材料熔化精炼提纯，冷凝成固体（多晶、单晶或非晶的结构）的途径。
⑵第二个途径：用多种方法制成备用的高纯粉末（单相或合金、化合物）原料，使其进一步加工固结成材的粉末冶金技术。
⑶第三个途径：从石油、天然气裂解产物中或煤炭等物质中获得化合物单体，将低分子的单体经过聚合反应合成为高分子聚合物，以块状或粉体等形式存在。
2.高炉炼铁高炉原料：⑴铁矿石；⑵熔剂；⑶燃料：常用的燃料主要是焦炭。
高炉炉渣：主要由SiO2、Al2O3和CaO组成，并含有少量的MnO、FeO和CaS等。
3.铝的生产流程电解法制备金属铝必须包括两个环节：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得到纯铝。
4.炼铝过程中为什么要加入冰晶石？①氧化铝的熔点（2050℃）太高，对电解设备的耐高温性能要求过高。
②当用冰晶石（熔点1010℃）作熔剂时，氧化铝溶解于其中（溶解度约10%），将与=938℃），这时可在1000℃以下进行电解。
氧化铝形成低熔点共晶（T共通常的电解温度是950-970℃。
5.单晶制备方法⑴熔体法：①提拉法；②坩埚下降法；③泡生法；④水平区熔法；⑤浮区法。
⑵常温溶液法：①降温法；②流动法；③蒸发法；④电解溶剂法；⑤凝胶法。
⑶高温溶液法：①缓冷法；②助熔剂挥发法；③籽晶降温法；④溶液提拉法；⑤移动溶剂熔区法。
第二章粉末材料制备1.机械制粉方法⑴机械研磨法；⑵气流研磨法；2.物理制粉方法⑴雾化法；⑵物理蒸发冷凝法；3.化学制粉方法⑴化学气相沉积法；⑵还原－化合法；⑶电化学法；4.粒度测定⑴筛分析法；目数的定义：筛网上1英寸（25.4mm）长度内的网孔数。
200目：74μm325目：47μm⑵激光衍射法；⑶沉降法。
第三章高分子材料的聚合四种自由基聚合方法的比较第四章材料的成形与加工1.五个方面的加工成形技术①将熔化或重熔的高纯金属或合金的溶液，直接铸造成精密零件和制品的液态加工；②用多种典型的塑料加工方法，将坯锭制成不同形状和尺寸的成品；③将制取的各种粉末材料通过压制、烧结或胶凝固结为制品；④从聚合反应和高分子化学反应生产的高分子聚合物，必须经过加工成形和后处理才能成为高分子材料；⑤当各类材料制成之后，根据应用和功能要求，将两种同类或异类材料进行连接。
材料工程基础复习资料知识点
第一章材料的熔炼熔炼：将原材料加热到熔点以上，使其熔化为液态，再冷凝为固体的制取过程。
1.1钢铁冶金：炼铁主要是还原过程，炼钢主要是氧化过程1、钢铁冶金1）、高炉炼铁生产过程：①还原：矿石中的铁被还原；②造渣：高温下石灰石分解形成的氧化钙与酸性脉石形成炉渣；③传热和渣底反应：被还原的矿石降落使温度升高加速反应将全部氧化铁还原成氧化亚铁，风口区残余的氧化亚铁还原成铁，与炉渣一起进入炉缸。
2）、高炉炼铁原料：铁矿石、燃料和熔剂焦炭：它是把炼焦的煤粉或是几种煤粉的混合物装在炼焦炉内，隔绝空气加热到1000~1100度，干馏后留下的多孔块状产物。
作用是提供热量和还原剂。
3）、直接还原炼铁方法：用煤或天然气等还原剂直接将铁矿石在固态还原成海绵铁煤基回转窑直接还原气基竖炉直接还原熔融还原炼铁方法：用铁矿石和普通烟煤作原料，在汽化炉的流化床中，将直接、还原得到海绵铁进一步加热熔化，在熔融汽化炉的炉底形成铁水与炉渣的熔池。
4）、炼钢过程中的理化过程：①：碳被氧气直接氧化：在温度高于1100℃条件下2C＋O2→2CO间接氧化:在温度低于1100℃条件下2Fe＋O2→2FeOC＋FeO→Fe＋CO②硅、锰的氧化：a.直接氧化反应：Si＋O2 →Si022Mn＋O2 →2MnOb.间接氧化，但主要是间接反应：Si＋2FeO →Si02＋2FeMn＋FeO→MnO＋Fe③脱磷：磷是以磷化铁(Fe2P)形态存在，炼钢利用炉渣中FeO及CaO与其化合生成磷酸钙渣去除Fe2P＋5FeO＋4CaO→(CaO)4·P2O5＋9Fe④脱硫：硫是以FeS形式存在，利用渣中足够的CaO，把其中FeS去除。
反应式为FeS + CaO-->FeO + CaS⑤脱氧（再还原）：通常采用的脱氧剂有：锰铁、硅铁和铝等。
Me +FeO-->MeO +Fe5）、炼钢炉：转炉炼钢：最早使用。
利用空气或氧气进行氧化，可采用低吹、侧吹、顶吹。
工程材料及制造基础第一讲金属材料主要性能和晶体构造培训资料35页PPT
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
工程材料及制造基础第一讲金属材料 主要性能和晶体构造培训资料
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
材料工程基础讲稿1
提高新一代燃气涡轮发动机的推重比，6070％需要依靠材料技术结构设计实现
掌握金属相变的基本规律，在学习中明确： 在什么条件下发生何种转变？ 转变以怎样的机构进行？得到何种相和组织？ 这种相和组织转变将带来何种物理、化学和力 学性能？ 怎样利用这种转变作为一种技术手段，得到预 期的使用性能。 即：探讨金属的成分－组织－性能之间的关系， 具有研究、设计新型金属材料，使用现有各种金属 材料和研究、设计热处理工艺的理论基础。
§1－2 金属固态相变的分类 金属固态相变的类型很多，常用的分类方法有： 1.按热力学分类 由相变前后热力学函数的变化，可将固态相变分为一级、二级及 三级相变。 相变时新母相化学位相等，但化学位的一级偏微商不等，称为一 级相变。设α为新相，β为母相， 则： , ,
包析转变 冷却时由两个固相合并为一个固相的反应称为包析 转变。
1： + → 2： + →
调幅分解 某些在高温下具有均匀单相固溶体组织的合金，冷却到某一温度 范围内时，可分解为两种结构与原固溶体结构相同但成分有明显差 别的微区转变——调幅分解。反应式： 1 2 。 特点:上坡扩散，均匀固溶体→不均匀固溶体。 有序化转变 固溶体中，各组元原子的相对位置由无序→有序的转变过程。
S , V, P T
S S ,V V 所以
2.按原子迁移情况分类 相变过程中原子迁移情况可将固态相变分为扩散性和无扩散性 相变两大类。 混合型相变 3.按相变方式分类 按相变方式可将相变分为有核相变和无核相变。 有核相变 通过形核－长大进行
2.不平衡转变 加热或冷却速度↑→平衡转变受到抑制，发生某些状态图上不能 反映的转变→不平衡或亚稳组织。 转变与状态图密切相关，根据合金状态图，可以判断可能发生那 些不平衡转变。 1)铁碳合金中的不平衡转变 由Fe-Fe3C状态图左下角可知，当A自高温缓慢冷却到GSE线以 下时，将从A→F或Fe3C。此时A中的碳将向S点靠拢。当达到S点 时→共析转变。但A从高温快速冷却，共析转变来不及进行，A将发 生一系列不平衡转变
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1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
氧势图（Ellingham）的形成原理
为了直观地分析和考虑各种元素与氧的亲和能力，了解不同 元素之间的氧化和还原关系，比较各种氧化物的稳定顺序， 埃林汉曾将氧化物的标准生成吉布斯自由能数值折合成元素 与1mol氧气反应的标准吉布斯自由能变化即，将反应：
I、对原料的适应性强，可处理各种不同类型的原料， 甚至液态粗金属；
II、作业温度比其他火法冶金过程低； III、分离效率高，综合利用好。在高品位矿石资源逐 渐枯竭的情况下，对储量很大的低品位、成分复杂难 选的贫矿来说，氯化冶金将发挥它的作用。
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法 ②氯化冶金 尚有三个问题待解决： I、氯化剂的利用效率和氯化剂的再生返回利用是关 键性问题； II、继续解决氯化冶金设备的防腐蚀； III、环境保护
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ③精炼
◆ 除去有害杂质，生产出具有一定纯度的金属； 当金属中的杂质含量超过一定限度时，其物 理、化学和机械性能会发生变化。
◆ 生产出含有各种规定量的合金元素的金属，使其具 有一定的物理、化学和机械性能；如合金钢的生产
◆ 回收其中具有很高经济价值的稀贵金属“杂质”。 如：粗铅、粗铜中的金、银及其他稀贵金属。
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法 ②氯化冶金
氯化冶金就是将矿石（或冶金半成品）与氯化剂 混合，在一定条件下发生化学反应，使金属转变 为氯化物再进一步将金属提取出来的方法。 氯化冶金主要包括：氯化过程
氯化物的分离过程 从纯氯化物中提取金属
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法 ②氯化冶金
优点：
2x y
M
2＋O2＝
2 y
M
xO
y
把上式的rGθ与温度T的二项式关系绘制成图。该图又称为 氧势图，或称为埃林汉姆图，或称为氧化物标准生成自由能 与温度的关系图。
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
rGθ rH TrS
（1）斜率是反应的熵变 的负值
（2）转折点一定是在该 温度有反应物或产物的相 变 注意纵坐标是负数，越靠下， 表示ΔG<0 的程度越大，自 发进行的趋势越强。
㈠、火法冶金的基本过程
①矿石准备 选矿 焙烧 烧结(球化)
III、脱除杂质，如脱硫、脱除有机物和 吸附水等； IV、晶型转化，如焙烧二氧化钛使其改变晶型，改善 其使用性质。
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程
①矿石准备 选矿 焙烧 烧结(球化)
高炉炼铁生产前，将各 种粉状含铁原料，配入 适量的燃料和熔剂，加 入适量的水，经混合和 造球后在烧结设备上使 物料发生一系列物理化 学变化，烧结成块的过 程。
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ③精炼
利用主金属与杂质的物理和化学性质的差异， ◆ 形成与主金属不同的新相，将杂质富集于其中；
◆ 或者：将主金属全部转移至新相，而使杂质残留下
来。
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法
◆ 化学法 基于杂质与主金属化学性质的不同，加
入某
种反应剂使之形成某种难溶于金属
目的：促进反应的发生
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
气体还原剂还原 用CO或H2作还原剂还原金属氧化物。 固体碳还原 用固体碳作还原剂还原金属氧化物。 金属热还原 用位于 G－T 图下方的曲线所表示的金属作还原 剂，还原位于G－T 图上方曲线所表示的金属氧化 物（氯化物、氟化物）以制取金属。
㈠、火法冶金的基本过程
①矿石准备
选矿 焙烧 烧结(球化) 不加添加剂的焙烧，也称煅烧： I、分解矿石，如石灰石化学加工制成氧化钙，同时 制得二氧化碳气体； II、活化矿石，目的在于改变矿石结构，使其易于分 解，例如：将高岭土焙烧脱水，使其结构疏松多孔， 易于进一步加工生产氧化铝；
1.1 冶金工艺
金属材料的制备-冶金
目录
1.1、冶金工艺 1.2、钢铁冶炼 1.3、有色金属冶炼
1.1 冶金工艺
一、火法冶金
➢ 定义：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。（干法冶金）
➢ 工艺过程：
矿石准备 冶炼
选矿、干燥 、焙烧、球
化或烧结
氧化还原提 取金属
精炼
除去杂质 提纯金属
1.1 冶金工艺
✓ 还原剂和被还原金属生成化合物的标准吉布斯自由能及生成 热应有足够大的差值，以便尽可能不由外部供给热量并能使 反应完全地进行；
✓ 还原剂在被提取金属中的溶解度要小或容易与之分离； ✓ 形成的炉渣应易熔，比重要小，以利于金属和炉渣的分离； ✓ 还原剂纯度要高，以免污染被还原金属； ✓ 应尽量选择价格便宜和货源较广的还原剂。
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法
①提炼冶金（不一定完全包括以下步骤）
焙烧 烧结（促进氧化还原反应） 还原熔炼（还原出金属、含巨多杂质） 氧化熔炼（烧掉一部分杂质） 造渣（用造渣剂把杂质变成渣后排出） 造锍（把要提取的金属以硫化物的形态富 集于锍中，贵金属及其他有价成分也随之富 集于其中，脉石则熔合成渣而与锍分离。） 精炼
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼 • 氧势图用于判断氧的走向：从上往下走
• 除了氧势图，实际生产中还有碳、硫、氯、 磷势图
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
火法冶金常用的燃料
固体燃料 煤和焦碳，其可燃成分为C 气体燃料 煤气和天然气，其可燃成分主要为CO和H2 液体燃料 重油等，其可燃成分主要为CO和H2
的化合物析出或造
渣。
◆ 物理法 基于在两相平衡时杂质和主金属在两相
间分
配比的不同。
◇ 利用粗金属凝固或熔化过程中，粗金属中的杂质和主金
属在液–固两相间分配比的不同——熔析精炼、区域精
炼（区域熔炼）。
◇ 利用杂质和主金属蒸气压的不同，因而粗金属蒸发过程
中，其易蒸发的组份将主要进入气相，与难蒸发组分分
离——蒸馏精炼、升华精炼。
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
火法冶金常用的还原剂
固体还原剂 煤、焦碳等，其有效成分为C； 气体还原剂 CO和H2等 液体还原剂 Mg、Na等 ➢ C、CO、H2为冶金反应提供所需要的热能 ➢ C、CO、H2是金属氧化物的良好还原剂
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
还原剂的选择