金屬材料的生產(chǎn)及加工.pptx

金屬材料工程概論,主 編 劉宗昌 任慧平 郝少祥 教 師 陳召松 電 話1,本教材主要內(nèi)容,第一章 材料在國民經(jīng)濟(jì)中的地位 第二章 金屬材料導(dǎo)論 第三章 金屬材料的生產(chǎn)及加工 第四章 金屬結(jié)構(gòu)材料 第五章 不銹鋼和耐熱鋼 第六章 金屬耐磨材料 第七章 金屬功能材料 第八章 亞穩(wěn)態(tài)材料 第九章 鑄鐵 第十章 有色金屬及合金 第十一章 非金屬材料 第十二章 金屬整合系統(tǒng) 第十三章 材料科學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí),2,3,3.1 金屬冶煉與質(zhì)量控制 3.2 鑄造 3.3 冷加工與熱加工 3.4 焊接工程 3.5 金屬熱處理技術(shù)及其發(fā)展 3.6 粉末冶金 3.7 表面工程,第三章 金屬材料的生產(chǎn)及加工,第三章 金屬材料的生產(chǎn)及加工,3.1金屬冶煉與質(zhì)量控制,金屬冶煉方法分為： 濕法冶金 火法冶金,濕法冶金就是金屬礦物原料在酸性介質(zhì)或堿性介質(zhì)的水溶液進(jìn)行化學(xué)處理或有機(jī)溶劑萃取、分離雜質(zhì)、提取金屬及其化合物的過程。濕法冶金作為一項(xiàng)獨(dú)立的技術(shù)是在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期迅速發(fā)展起來的，在提取鈾等一些礦物質(zhì)的時(shí)候不能采用傳統(tǒng)的火法冶金，而只能用化學(xué)溶劑把他們分離出來，這種提煉金屬的方法就是濕法冶金。 中國古代的“濕法冶金”：西漢時(shí)期劉安所著淮南萬畢術(shù)中記載有“曾青得鐵則化為銅”其含義是把鐵片放入硫酸銅溶液或其它銅鹽溶液中，可以置換出單質(zhì)銅。這種方法是現(xiàn)代濕法冶金先驅(qū)。,5,3.1金屬冶煉與質(zhì)量控制,火法冶金是指在高溫下應(yīng)用冶金爐把有價(jià)金屬和精礦中的大量礦石分離開的各種作業(yè)。火法冶金是提取純金屬最古老、最常用的方法。 鋼的生產(chǎn)過程大致為： 采礦選礦煉鐵煉鋼連鑄軋鋼鋼材,6,成分的控制 氣體與夾雜 組織結(jié)構(gòu)控制,3.1金屬冶煉與質(zhì)量控制,連鑄 連續(xù)鑄造，二十世紀(jì)五十年代在歐美國家首先出現(xiàn)，是一項(xiàng)把鋼水直接澆筑成型的先進(jìn)技術(shù)。 與傳統(tǒng)的模鑄法相比，具有大幅提高金屬收得率和鑄胚質(zhì)量、節(jié)約能源等顯著優(yōu)勢(shì)。,3.1.2 成分的控制,原則：生產(chǎn)金屬材料，由于難于控制多相反應(yīng)的物理化學(xué)過程，勢(shì)必要求合金中需要控制的合金元素及雜志含量具有盡量寬的規(guī)格 從原則上來看，解決方法： 1.從金屬材料學(xué)角度考慮，應(yīng)該盡可能使所開發(fā)的材料成分簡(jiǎn)單，且性能隨成分的變化不大。這樣便可提出成分簡(jiǎn)單而規(guī)格較寬的金屬材料。 2.從冶金學(xué)角度考慮，應(yīng)該盡可能改善設(shè)備及原材料狀態(tài)，并提高技術(shù)水平。這樣便可以生產(chǎn)成分較為復(fù)雜而規(guī)格較窄的金屬材料。 實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)相互配合。,例如：奧氏體不銹鋼（無縫鋼管） 不許有鐵素體，硅是促進(jìn)鐵素體形成的元素，冶煉時(shí)盡可能降低硅的含量。 鎳可以抵消硅的效應(yīng)，鎳含量控制在上限。 上面為金屬材料學(xué)角度。 冶金學(xué)： 改善設(shè)備和技術(shù)，不再生產(chǎn)中增加額外雜志 能精確生產(chǎn)設(shè)計(jì)合金，確保各元素含量。,3.1.3 氣體與夾雜,來源 1.爐內(nèi)的氣體介質(zhì) 2.爐料 3. 氧化劑和還原劑 4.爐渣、爐壁、爐底的氧化物和硅酸鹽等。 提高方向： 1.提高鋼的純凈度 2.控制鋼中非金屬夾雜物的數(shù)量和形態(tài)。,3.1.4 組織結(jié)構(gòu)控制,組織結(jié)構(gòu)除受成分控制，還要由鑄造條件、壓力加工條件、熱處理?xiàng)l件和其他條件決定。,3.2 鑄造,1鑄造 將熔融態(tài)金屬澆入鑄型后，冷卻凝固成為具有一定形狀鑄件的工藝方法。鑄造是生產(chǎn)金屬零件毛坯的主要工藝方法之一，與其他工藝方法相比，鑄造成型生產(chǎn)成本低，工藝靈活性大，適應(yīng)性強(qiáng)，適合生產(chǎn)不同材料、形狀和重量的鑄件，并適合于批量生產(chǎn)。但它的缺點(diǎn)是公差較大，容易產(chǎn)生內(nèi)部缺陷。鑄造按鑄型所用材料及澆注方式分為砂型鑄造、熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造以及離心鑄造等。 常用的鑄造材料有鑄鐵、鑄鋼、鑄鋁、鑄銅等，通常根據(jù)不同的使用目的、使用壽命和成本等方面來選用鑄件材料。,11,3.2 鑄造,3.2.1 鑄造過程及鑄造性能,鑄造過程 1.液態(tài)金屬的冷卻 2.液固結(jié)晶 3.固態(tài)金屬的冷卻,3.2.2 特種鑄造方法,冷硬鑄造 金屬型鑄造 壓力鑄造 離心鑄造 熔模鑄造,3.3 冷加工和熱加工,冷加工：在低于回復(fù)及再結(jié)晶的溫度下進(jìn)行的加工。 例如：切削、冷軋、冷拔、冷鍛、沖壓、冷擠壓等。,熱加工：在金屬的再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的加工。 例如：金屬鑄造、熱軋、鍛造、焊接和金屬熱處理等。,3.4 焊接工程,壓力焊接 冷壓焊 超聲波焊接 鍛焊 氣焊 接觸焊 摩擦焊,融化焊接 氣焊 駐焊 電弧焊 電渣焊 真空電子束焊接 激光束焊,3.4 焊接工程,3.5 金屬熱處理技術(shù)及其發(fā)展,熱處理是鋼材、機(jī)器零件及工具生產(chǎn)過程中的重要工序，對(duì)發(fā)掘金屬材料強(qiáng)度的潛力、改善零件使用性能、提高產(chǎn)品質(zhì)量和延長(zhǎng)其使用壽命具有重要意義。 金屬熱處理在我國有悠久歷史： 商代已經(jīng)有結(jié)晶退火的金箔飾物 洛陽出土的戰(zhàn)國時(shí)代的鐵錛，由白口鐵經(jīng)脫碳退火制成 戰(zhàn)國時(shí)代燕下都城出土的兵器采用淬火、正火和滲碳等工藝 近代出土的秦兵俑佩戴的長(zhǎng)劍、箭簇，經(jīng)表面處理,史料記載 最早的史料記載見于漢王王褒傳中的“清水淬其鋒” 明代科學(xué)見宋應(yīng)星的天工開物對(duì)退火、淬火、固體滲碳、形變強(qiáng)化均有詳細(xì)的描述,3.5 金屬熱處理技術(shù)及其發(fā)展,定義：將金屬按一定速度加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間，然后以預(yù)定的速度冷卻下來，以期得到預(yù)定的組織結(jié)構(gòu)和性能的工藝規(guī)范或操作。 分為: 整體熱處理 表面熱處理 化學(xué)熱處理：滲碳、離子化學(xué)熱處理等。,3.5 金屬熱處理技術(shù)及其發(fā)展,國內(nèi)外熱處理技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀： 1.清潔的熱處理技術(shù) 2.精密的熱處理技術(shù) 3.節(jié)能的熱處理技術(shù) 4.少無氧化的熱處理技術(shù),熱處理技術(shù)的發(fā)展方向： 1.少無污染 2.少無畸變 3.少無分散 4.少無浪費(fèi) 5.少無氧化 6.少無脫碳 7.少無廢品 8.少無人工,3.5 金屬熱處理技術(shù)及其發(fā)展,3.5 金屬熱處理技術(shù)及其發(fā)展,鐵碳相圖有A0、A1、A2、A3、A4、Acm線 請(qǐng)大家翻開書到P22頁 A0線：溫度230，滲碳體的居里點(diǎn) A1線：PSK線，共析轉(zhuǎn)變溫度，727 A2線：MO線，770，鐵素體的居里點(diǎn) A3線：GS線，溫度727912，鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終了線或奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的開始線 A4線：NJ線，溫度13941495攝氏度，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷罔F素體的開始線或高溫鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的結(jié)束線 Acm線:ES線，7271148，碳在奧氏體的溶解度曲線，也成為滲碳體的析出線 另：由于加熱、冷卻不同，角標(biāo)不同： 加熱用C表示，例：Ac1、Ac3、Accm 冷卻用r表示，例：Ar1、Ar3、Arcm,3.5 金屬熱處理技術(shù)及其發(fā)展,常用熱處理包括退火、正火、淬火和回火。 退火是將金屬加熱到臨界溫度(Ac3：或Ac1，)以上，保溫一段時(shí)間后度冷卻，使其組織結(jié)構(gòu)接近均衡狀態(tài)，從而消除或減少內(nèi)應(yīng)力，均化組織和成分，有利于加工作業(yè)。 正火是將金屬加熱保溫后，在室溫下空氣中進(jìn)行冷卻，是一種特殊的退火處理。其目的是在于使晶粒細(xì)化和碳化物分布均勻化，去除材料的內(nèi)應(yīng)力。,淬火是將金屬加熱至臨界溫度以上，保溫后快速冷卻至室溫，以達(dá)到強(qiáng)化金屬組織，提高金屬的強(qiáng)度、硬度等機(jī)械性能。 回火是將淬火后的金屬重新加熱，再進(jìn)行保溫冷卻。其目的是為了消除淬火應(yīng)力，以達(dá)到所要求的組織和性能。,3.6 粉末冶金,粉末冶金是以金屬粉末或金屬化合物粉末為原料狀和性能的材料或制品的工藝方法，又稱金屬陶瓷法。 其主要工序?yàn)椋?粉末原料的制取和準(zhǔn)備。 將粉末加工成所需形狀的坯料。經(jīng)混合、成形和燒結(jié)，獲得所需形狀 將坯料在低于主要組元熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，使之獲得最終的性能。,用途：難熔金屬加工，如W、Mo；生產(chǎn)特殊用途的型材，如剎車片、軸承、電子工業(yè)中的磁性元件、火箭技術(shù)中的高溫構(gòu)件。 制粉方法：機(jī)械研磨法、還原法