材料工程基础部分复习参考

材料工程基础部分复习参考 1、矿石准备

采掘的矿石含有大量无用的脉石，经过选矿以后的含有较多金属元素的精矿，经过选矿后，还需要对矿石进行焙烧，球化，烧结。

2、 火法冶金：利用高温从矿石中提取金属或其化合物的方法

湿法冶金：利用一些溶剂的化学作用，在水溶液或非水溶液中进行包括氧化，还愿，中和，水解和络合等反应，对原料，中间产物或者二次再生资源中的金属进行提取和分离的冶金过程。

电冶金：利用电能从矿石或者其他原料中提取，回收，精炼金属的冶金过程

3、炼铁：⑴燃料的燃烧22C O CO +→温度达到1800℃(放热)；2CO C CO +→ 1000℃(吸热)，热源和还原剂 ⑵ Fe 的还原2FeO+CO Fe+CO →，FeO+C Fe+CO → ⑶熔剂反应32CaCO 700~1000CaO+CO (g)

(Slag ：CaO40%，Al2O3,15%，SiO2,3.5%，FeO, MnO.)

FeS (in iron)+CaO CaS(in slag)+FeO → 3、炼钢：⑴元素的氧化 22F e +O 2F e O

→，FeO+C Fe+CO →，FeO+Mn Fe+MnO → 22FeO+Si 2Fe+SiO →，255FeO+2P P O →

⑵造渣脱磷，脱硫； ⑶脱氧合金化

4、炼铝：氧化铝的制备（湿碱法）

（1）铝土矿的浸出（digestion ）

用NaOH 溶液：2322232·32?4Al O H O NaOH Na O Al O H O +→+；2232SiO ,Fe O ,TiO 不溶解，沉淀，形成红泥

（2）过滤（Fitration ）

（3）铝酸钠溶液分解（Precipitation ）22323·4()Na O Al O H O Al OH NaOH +→+

（4）3Al(OH)煅烧（Calsination ）950-1000 ℃下煅烧，生成23-Al O α，获得99.5％的23-Al O α

熔盐电解法制备铝：23Al O 熔点2050℃，采用冰晶石36Na AlF 作为电解质，熔点1010℃

2336Al O +Na AlF →共晶物，熔点938℃，密度32.1g/cm

Al: 32.3g/cm ，阴极33Al e Al ++→；阳极2-224O C e CO +-→阳极不断消耗；

2323432Al O C Al CO +→+

99.5~99.7％ 5、熔化焊：手工电弧焊，可在室内、室外、高空和各种位置实施焊接，所用设备简单，易于维护，焊钳小，使用灵活。其实用于焊接各种碳素钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢、也可用于焊接高强度钢、铸钢、铸铁和有色金

属，是焊接生产中应用最广泛的一种方法。但是它的不足是，焊条短而不连续，电弧不稳，焊缝质量收操作者技术水平的影响大，焊缝宽度不易均匀。

埋弧自动焊，产率高，焊接质量高且稳定，节省金属材料，改善劳动条件，但是，设备费用高，工艺准备复杂，对接头加工和装配要求严格。所以只是用于批量生产长的直线焊缝和圆筒形工件的纵、环焊缝。

气体保护焊，CO2气体保护焊，优点：生产率高，成本较低，焊接质量高。缺点：电弧光强，飞溅严重，焊缝成形不够光滑，不宜焊接容易氧化的有色金属材料，不宜在有风的场地工作。

压力焊：电阻焊，加热迅速且热量集中，不许填充金属，热影响取消，工件变形小，表面平整而光洁。可焊各种不同的材料。生产效率极高，操作简单，工作安全，劳动条件好，可实现数控焊接。但是，设备复杂，耗电量大，接头形式与可焊接工件厚度受限制。

摩擦焊，在摩擦过程中，被焊工件接触表面的氧化膜与杂质被清除，因此接头组织致密，不易产生气孔、夹渣等缺陷，接头质量好且质量稳定；可焊接的金属范围广，不仅可焊及同种金属，还可以焊异种金属；焊接操作简单，不需要焊接材料，容易实现自动控制，生产率高；设备简单，电能消耗小。广泛用于圆形工件，棒材及管道的对焊。

6、热处理工艺参数确定及组织特性和性能

⑴退火：均匀化退火，消除铸造中凝固偏析，通过扩散完成，高温时间长，当然晶粒长大，之后最好进行完全退火，细化晶粒

完全退火，A3以上30~50℃，时间为热均匀，缓冷目的：降低硬度，提高塑性

不完全退火（球化退火），过共析钢(共析钢) A1+(20~40℃)，目的使网状渗碳体球化，改善加工性能

再结晶退火，温度为再结晶温度，消除加工硬化，去应力，以便进一步塑性变形

去应力退火，回复处理，只是去应力，但保持加工硬化的硬度

⑵正火：A3以上30~50℃，保温，空气冷却细化晶粒，提高强度和塑性，可以作为终处理

⑶淬火：加热A1或A3线以上，保温(奥氏体化)，快速冷却，得到马氏体组织，高强度，高硬度，通过回火，在低温下扩散分解，得到极细小的αFe+Fe3C的两相组织，具有高强度高塑性，韧性好！亚共析钢A3以上30~50℃；共析钢、过共析钢A1以上20~40℃。原因：亚共析钢，让先铁素体全部转变成奥氏体，并使成分均匀化，淬火后，没有先共析铁素体相，材料强度高，性能均一。过共析钢①如果渗碳体全部溶解，则含碳量高C曲线左移，奥氏体不稳定，临界冷却速度加快，易开裂②高含碳量c/a值大，易开裂（相变体积变化大）③先共析渗碳体球化提高强度④细化奥氏体晶粒，从而细化奥氏体晶粒。淬火保温时间：保证零件各部分达到温度即可。淬火冷却速度：冷速过大，会加大内应力和开裂。

⑷回火：低温回火（150~250℃），组织为马氏体和残余奥氏体中过饱和碳部分析出，形成FexC材料硬度仍旧很高，适合工具、刀具、量具等

中温回火（350~500℃），回火屈氏体，极细小的铁素体和球状渗碳体提高弹性和韧性，主要为弹簧钢等

高温回火（500~650℃），回火索氏体（较小的铁素体和球状渗碳体混合物），良好的力学性能（高强度，高塑性，高韧性），重要零件如曲轴，连杆，齿轮等。

7、陶瓷粉体的特性：粉体的粒子学特性（包括粒径、粒径分布、粒子形状等）

(1)材料的熔点降低：见公式（书，105页）；(2)蒸气压上升：见公式（书，106页）

ZrO2烧结温度5μm, 1800oC; 0.05μm, 1200oC

(3)表面特性改变，化学吸附性强、表面活性大、易燃烧等；(4)特殊物理性能，单畴颗粒、晶界磁电子发散等8、粉体的制备方法：

物理方法：球磨，粒度分布宽，有污染；气流粉碎，粒度分布窄，无污染，设备复杂，批量较大

化学方法：固相法：化合反应，热分解，氧化物还原。液相法：沉淀法：直接沉淀，均匀沉淀，共沉淀，醇盐水解，特种沉淀；溶剂蒸发法：喷雾干燥，冰冻干燥，喷雾热分解法。气相法。

9、陶瓷粉末测量与表征

测量方法：过筛法、金相法、扫描电镜、等沉降速度相当径法（斯托克斯径法）（又称激光粒度测量仪）