材料工程基础-第1章-金属材料的制备--冶金

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。

“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。

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。