《冶金原理八章》課件

課件簡(jiǎn)介本課件是冶金原理的八章課件。涵蓋了從冶金基礎(chǔ)到主要冶金過程的知識(shí)。課件內(nèi)容豐富，圖文并茂，有助于學(xué)習(xí)者理解冶金原理和應(yīng)用。做aby做完及時(shí)下載aweaw第一章緒論本章作為教材的開篇，旨在為讀者提供一個(gè)整體的框架，帶領(lǐng)大家深入了解冶金學(xué)的定義、發(fā)展歷史、研究?jī)?nèi)容以及它在現(xiàn)代科技中的重要地位。通過本章的學(xué)習(xí)，讀者將對(duì)冶金學(xué)有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1.1冶金學(xué)的定義和任務(wù)冶金學(xué)是一門研究金屬及其合金的提取、加工、制備、性質(zhì)和應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。它是一門古老而重要的學(xué)科，在現(xiàn)代工業(yè)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。1金屬提取從礦石中提取金屬2金屬加工對(duì)金屬進(jìn)行物理和化學(xué)加工3金屬制備制備金屬材料4金屬性質(zhì)研究金屬的物理、化學(xué)性質(zhì)5金屬應(yīng)用金屬在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用冶金學(xué)的研究涵蓋金屬的整個(gè)生命周期，從礦石開采到最終產(chǎn)品制造。冶金學(xué)的研究?jī)?nèi)容非常廣泛，包括礦物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、材料科學(xué)等多個(gè)學(xué)科。1.2冶金學(xué)的發(fā)展歷程冶金學(xué)的發(fā)展歷程可以追溯到遠(yuǎn)古時(shí)代。1石器時(shí)代人類開始利用金屬。2青銅時(shí)代青銅器的出現(xiàn)標(biāo)志著冶金技術(shù)的發(fā)展。3鐵器時(shí)代鐵器取代青銅器，成為主要工具材料。4現(xiàn)代冶金冶金技術(shù)不斷發(fā)展，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大?，F(xiàn)代冶金技術(shù)以鋼鐵冶煉為代表，不斷突破，為人類社會(huì)發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)。1.3冶金學(xué)的研究?jī)?nèi)容1金屬的提取冶金學(xué)研究從礦石中提取金屬的過程，涉及多種物理和化學(xué)方法，如粉碎、研磨、選礦、焙燒、熔煉、還原等。2金屬的加工冶金學(xué)研究金屬的加工工藝，例如鑄造、鍛造、軋制、焊接、熱處理等，以改變金屬的形狀、尺寸、性能。3金屬的應(yīng)用冶金學(xué)研究金屬在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，從航空航天到日常用品，金屬在現(xiàn)代生活中扮演著至關(guān)重要的角色。第二章金屬的結(jié)構(gòu)本章介紹金屬的結(jié)構(gòu)，主要內(nèi)容包括金屬的晶體結(jié)構(gòu)、金屬的缺陷以及金屬的相變。2.1金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶格金屬原子以規(guī)則的幾何排列形成晶格，決定了金屬的宏觀性質(zhì)。晶胞晶格中最小的重復(fù)單元，包含所有晶格點(diǎn)的信息，是描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元。晶格類型常見的晶格類型有簡(jiǎn)單立方、體心立方、面心立方和密排六方，不同晶格類型對(duì)金屬性能有顯著影響。晶向和晶面晶向和晶面分別表示晶體中原子排列的方向和平面，影響金屬的力學(xué)性能和物理性能。2.2金屬的缺陷1點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷是金屬晶體中原子尺度的缺陷，例如空位和間隙原子。它們會(huì)影響金屬的機(jī)械性能和電性能。2線缺陷線缺陷是金屬晶體中一維的缺陷，例如位錯(cuò)。位錯(cuò)是晶體結(jié)構(gòu)中的一個(gè)錯(cuò)位，它會(huì)影響金屬的強(qiáng)度和塑性。3面缺陷面缺陷是金屬晶體中二維的缺陷，例如晶界和孿晶界。晶界是不同晶粒之間的界面，會(huì)影響金屬的強(qiáng)度和韌性。2.3金屬的相變定義相變是指物質(zhì)在一定條件下，其物理狀態(tài)或化學(xué)組成發(fā)生改變的過程。金屬的相變是指其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致其物理和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變。類型常見的金屬相變類型包括固相相變、液相相變和氣相相變。固相相變是指金屬在固態(tài)下發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的改變，例如鐵的α相和γ相。影響因素金屬的相變受溫度、壓力、成分等因素的影響。例如，升高溫度會(huì)促使金屬的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，而添加合金元素可以改變金屬的相變溫度。應(yīng)用金屬的相變?cè)诮饘俨牧系纳a(chǎn)和應(yīng)用中具有重要作用，例如熱處理工藝就是利用金屬的相變來改變其性能。第三章金屬的性能本章介紹金屬材料的各種物理、化學(xué)和力學(xué)性能，為后續(xù)章節(jié)的冶煉、成型、熱處理和腐蝕防護(hù)奠定基礎(chǔ)。金屬的性能與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，例如晶體結(jié)構(gòu)、缺陷和相變都對(duì)金屬的性能產(chǎn)生重要影響。3.1機(jī)械性能機(jī)械性能是指材料在機(jī)械力作用下的性能。金屬材料的機(jī)械性能是評(píng)價(jià)其在工程應(yīng)用中的重要指標(biāo)。1強(qiáng)度抵抗外力破壞的能力2塑性在外力作用下發(fā)生永久變形的能力3硬度抵抗外力壓入的能力4韌性材料斷裂前吸收能量的能力材料的機(jī)械性能取決于材料的成分、組織結(jié)構(gòu)和加工工藝等因素。3.2物理性能1密度金屬的密度是指單位體積的質(zhì)量。2熔點(diǎn)金屬的熔點(diǎn)是指金屬?gòu)墓虘B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的溫度。3沸點(diǎn)金屬的沸點(diǎn)是指金屬?gòu)囊簯B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的溫度。4導(dǎo)熱性金屬的導(dǎo)熱性是指金屬傳遞熱量的能力。5導(dǎo)電性金屬的導(dǎo)電性是指金屬傳遞電荷的能力。金屬的物理性能是指金屬在靜止?fàn)顟B(tài)下表現(xiàn)出來的性質(zhì)，如密度、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性等。這些性質(zhì)決定了金屬在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。3.3化學(xué)性能1腐蝕金屬在環(huán)境介質(zhì)的作用下，表面發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致破壞的過程。例如，鋼鐵在潮濕空氣中生銹。2氧化金屬與氧氣反應(yīng)生成氧化物的過程。例如，鋁在空氣中形成氧化鋁保護(hù)膜。3溶解金屬與酸、堿或鹽溶液發(fā)生反應(yīng)而溶解的過程。例如，鋅在稀硫酸中溶解生成硫酸鋅。第四章金屬的冶煉金屬冶煉是指從礦石或其他金屬材料中提取金屬的過程。金屬冶煉是金屬材料生產(chǎn)的基礎(chǔ)，也是冶金學(xué)的重要組成部分。第四章金屬的冶煉4.1原料的選擇金屬冶煉的原材料主要包括礦石、燃料和助劑。礦石是金屬元素的主要來源，燃料用于提供熱量，助劑則有助于提高冶煉效率和降低成本。1礦石礦石的質(zhì)量對(duì)冶煉效果至關(guān)重要。2燃料燃料的選擇取決于冶煉溫度和成本。3助劑助劑可以提高冶煉效率，降低成本。在選擇原材料時(shí)，需要綜合考慮成本、質(zhì)量、可獲得性等因素。例如，高品位的礦石通常成本更高，但冶煉效率更高，最終成本可能更低。4.2還原反應(yīng)還原反應(yīng)是冶金過程中至關(guān)重要的步驟，通過該步驟，金屬離子從礦石中被還原為金屬單質(zhì)。還原反應(yīng)通常由還原劑完成，還原劑通過與金屬離子反應(yīng)而被氧化，從而將金屬離子還原成金屬單質(zhì)。1直接還原金屬氧化物直接與還原劑反應(yīng)2間接還原金屬氧化物先轉(zhuǎn)化為其他化合物，再進(jìn)行還原3電解還原利用電流將金屬離子還原還原反應(yīng)的具體方法取決于金屬的性質(zhì)和礦石的成分，常見的還原劑包括碳、一氧化碳、氫氣等。4.3金屬的精煉去除雜質(zhì)精煉的主要目的是去除金屬中殘留的雜質(zhì)，如硫、磷、氧等。提高純度精煉過程可以提高金屬的純度，使金屬的性能得到改善。改善性能精煉后的金屬通常具有更高的強(qiáng)度、延展性、抗腐蝕性和其他優(yōu)良的性能。第五章金屬的成型金屬成型是將金屬材料加工成具有特定形狀和尺寸的過程。它是冶金學(xué)的重要組成部分，也是制造各種金屬制品的基礎(chǔ)。5.1鑄造1熔化將金屬加熱至熔點(diǎn)2澆注將熔融金屬倒入鑄型3凝固金屬冷卻并固化4清理去除鑄型并進(jìn)行表面處理鑄造是將熔融金屬澆注到模具中，使其冷卻凝固成型的一種金屬成型方法。鑄造工藝流程包括熔化、澆注、凝固和清理四個(gè)主要步驟。5.2鍛造1預(yù)熱將金屬坯料加熱到適當(dāng)溫度2成形利用錘擊或壓力使金屬變形3冷卻緩慢冷卻，使金屬組織穩(wěn)定鍛造是一種將金屬坯料在高溫下，通過錘擊或壓力使其產(chǎn)生塑性變形，并獲得所需形狀和性能的加工方法。鍛造工藝可分為自由鍛造、模鍛和精密鍛造等，每種工藝都有其獨(dú)特的應(yīng)用場(chǎng)景。5.3焊接熔化過程將接合的金屬加熱到熔化狀態(tài)，形成熔池。熔池的溫度取決于焊接材料和焊接方法。金屬熔合熔池中的熔化金屬與母材相互熔合，形成焊縫，并將工件連接在一起。冷卻凝固熔池逐漸冷卻凝固，焊縫形成，焊接過程完成。焊接方法包括手工電弧焊、氣體保護(hù)焊、激光焊接等，每種方法都有其獨(dú)特的應(yīng)用領(lǐng)域。第六章金屬的熱處理熱處理是通過控制加熱和冷卻速度來改變金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而提高其性能的過程。熱處理方法包括退火、淬火和回火等，可用于改變金屬的強(qiáng)度、硬度、韌性、塑性和耐腐蝕性等。6.1退火1定義退火是將金屬加熱到一定溫度，保溫一段時(shí)間，然后緩慢冷卻的一種熱處理工藝。2目的退火可以改善金屬的塑性、韌性、降低硬度，消除內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒，提高金屬的加工性能。3分類退火可分為完全退火、球化退火、等溫退火、再結(jié)晶退火等，不同的退火類型針對(duì)不同的金屬材料和應(yīng)用需求。6.2淬火1加熱將金屬工件加熱到奧氏體化溫度以上，并在此溫度下保溫一段時(shí)間，使金屬內(nèi)部組織發(fā)生轉(zhuǎn)變。2快速冷卻將工件從奧氏體化溫度迅速冷卻到室溫或更低溫度，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，獲得較高的硬度和強(qiáng)度。3淬火介質(zhì)常用的淬火介質(zhì)有水、油、鹽水、空氣等，不同的淬火介質(zhì)對(duì)冷卻速度和淬火效果有不同影響。6.3回火1目的降低硬度，提高韌性2原理在淬火后，將鋼件加熱到Ac1點(diǎn)以下的某一溫度3分類低溫回火、中溫回火、高溫回火4應(yīng)用提高鋼材的綜合性能回火是將淬火后的鋼件加熱到低于淬火溫度的某一溫度并保溫一段時(shí)間，然后緩慢冷卻的一種熱處理工藝?；鼗鸬闹饕康氖墙档弯摬牡挠捕群痛嘈?，提高韌性和塑性，使其具有更好的加工性能和使用性能?；鼗疬^程中，鋼件內(nèi)部的馬氏體組織會(huì)發(fā)生分解，生成回火組織，并伴隨碳化物的析出?；鼗鸬臏囟群蜁r(shí)間會(huì)影響回火組織的類型和性能。根據(jù)回火溫度的不同，可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。低溫回火主要用于提高鋼材的硬度和耐磨性，中溫回火主要用于提高鋼材的韌性和塑性，高溫回火主要用于提高鋼材的沖擊韌性和抗疲勞性能。第七章金屬的腐蝕金屬腐蝕是指金屬材料在環(huán)境介質(zhì)的作用下，發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而引起的破壞現(xiàn)象。腐蝕會(huì)導(dǎo)致金屬材料的強(qiáng)度、韌性和外觀等性能下降，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患。7.1腐蝕的原因金屬腐蝕是金屬材料在環(huán)境介質(zhì)的作用下，發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致金屬表面發(fā)生破壞的過程。金屬腐蝕是一個(gè)復(fù)雜的過程，受多種因素影響。金屬的性質(zhì)金屬的化學(xué)活性、晶體結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)等因素都會(huì)影響腐蝕速率。環(huán)境介質(zhì)腐蝕環(huán)境的溫度、濕度、酸堿度、氧氣濃度、電解質(zhì)的存在等都會(huì)影響腐蝕速度。外加應(yīng)力拉伸應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和沖擊應(yīng)力等都會(huì)加速腐蝕過程。雜質(zhì)金屬材料中的雜質(zhì)會(huì)形成微電池，加速腐蝕。金屬腐蝕是一個(gè)復(fù)雜的現(xiàn)象，涉及許多因素的相互作用。了解金屬腐蝕的原因，有助于我們更好地控制腐蝕過程，延長(zhǎng)金屬材料的使用壽命。7.2腐蝕的類型化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕是指金屬與周圍環(huán)境中的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致金屬表面生成氧化物、硫化物等腐蝕產(chǎn)物，從而破壞金屬的完整性。例如，鐵在潮濕空氣中生銹。電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕是指金屬在電解質(zhì)溶液中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致金屬表面發(fā)生腐蝕。例如，鋼鐵在海水中的腐蝕。生物腐蝕生物腐蝕是指由生物體引起的金屬腐蝕。例如，微生物在金屬表面形成生物膜，加速金屬的腐蝕。磨損腐蝕磨損腐蝕是指金屬表面因摩擦、沖擊等機(jī)械作用而產(chǎn)生的腐蝕。例如，機(jī)械零件在工作過程中產(chǎn)生的磨損腐蝕。7.3腐蝕的防護(hù)改變金屬的表面通過表面處理，改變金屬表面的結(jié)構(gòu)和組成，例如鍍層、氧化膜等，可以有效地防止金屬與腐蝕介質(zhì)的接觸，從而降低腐蝕速率。改變環(huán)境控制腐蝕環(huán)境的因素，例如降低溫度、控制濕度、添加緩蝕劑等，可以減少腐蝕的發(fā)生。改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通過熱處理等工藝改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，例如提高金屬的純度、細(xì)化晶粒等，可以提高金屬的抗腐蝕性能。第八章金屬材料的應(yīng)用本章主要介紹各種金屬材料在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中常見的應(yīng)用，涉及鋼鐵、有色金屬和新型金屬材料等。我們將討論不同金屬材料的特性，以及它們?cè)诓煌I(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。8.1鋼鐵材料1鋼鐵材料的分類鋼鐵材料分為碳鋼和合金鋼。碳鋼按碳含量分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。合金鋼則是在碳鋼的基礎(chǔ)上添加了其他元素，例如錳、硅、鉻、鎳等，以提高鋼材的性能。2鋼鐵材料的性能鋼鐵材料具有強(qiáng)度高、韌性好、塑性好、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于建筑、機(jī)械、交通等領(lǐng)域。3鋼鐵材料的應(yīng)用鋼鐵材料在建筑領(lǐng)域主要用于鋼筋、鋼結(jié)構(gòu)等，在機(jī)械領(lǐng)域主要用于機(jī)床、汽車、船舶等，在交通領(lǐng)域主要用于鐵路、公路、橋梁等。8.2有色金屬材料1銅電氣導(dǎo)電性良好