复习-材料工程基础.

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1、考试题型,1、名词解释 2、选择题 3、简答题 4、综合分析题,第一章 材料的熔炼,1.1 钢铁冶金 1.2 铝冶金与熔炼 1.3 铜冶金,重点： 钢铁冶金的原理、原料、物理化学反应、产品 氧化铝的生产、电解铝的生产 火法炼铜、铜锍、各个炼铜阶段的产物,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：利用溶剂的化学作用，在水溶液或非水溶液中进行包括氧化、还原、中和、水解和络合等反应，对原料、中间产物或二次再生资源中的金属进行提取和分离的冶金过程；,炼铁主要是还原过程，炼钢主要是氧化过程； 理论基础：氧化物生成自由能-温度的关系图（Go-T图),Go-T图提供的信息： 氧化物位置

2、低的比位置高的稳定，位置低的元素能还原位置高的元素，并且两者相距越远越好，相距越远反应进行得越彻底； 稳定性：CaOMgOAl2O3SiO2MnOFeOP2O5 特殊线：2C+O2=2CO 交点对应温度：C还原氧化物的最低温度,从矿石中制取铁的过程称为炼铁；炼铁的炉子叫高炉； 炼铁原料：铁矿石（磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿）、熔剂（作用?)、燃料(焦炭，作用？） 产出：生铁、煤气、炉渣,高炉原料 （1）铁矿石： 含铁矿物+脉石=机械混合物 天然铁矿石按其主要矿物分为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿等几种。,（2）熔剂 熔剂的作用：降低脉石熔点、去硫 高炉冶炼条件下，脉石及灰分不能熔化，必须加入

3、熔剂，使其与矿石脉石和灰分作用生成低熔点化合物，形成流动性好的炉渣，实现渣铁分离并自炉内顺畅排出。此外，一定碱度的炉渣，如CaO/SiO2=1.01.2，可去除生铁中有害杂质硫，提高生铁质量。,（3）燃料 焦炭是高炉冶炼的主要燃料，具有如下作用： (1)燃料。燃烧后发热，产生冶炼所需热量。 (2)还原剂。焦炭中的固定碳和它燃烧后生成的CO都是铁矿石还原所需的还原剂。 (3)料柱骨架。高炉内是充满着炉料和熔融渣、铁的一个料柱，焦炭约占料柱体积的1/31/2，对料柱透气性具有决定性的影响。特别是在高炉下部，矿石、熔剂已经熔化、造渣，变成液态渣和铁，只有焦炭仍保持固态，为渣、铁滴落和煤气上升以及炉缸

4、内的渣、铁正常流通和排出，提供了必要条件，使冶炼过程得以顺利进行。焦炭的这一作用目前尚不能为其他燃料所代替。,1）燃烧过程:CO2CO2 CO2在上升过程中：CO2CCO 2）溶剂分解:CaCO3CaOCO2 3）铁的还原:FeOCOCO2Fe(间接还原) FeOCFeCO （直接还原） 4）增碳：铁水在与焦碳的接触中会增碳扩散 过程， 使铁水被C所饱和。 5）其他元素的还原: Mn，Si 部分被还原，被还原后进入铁水中 Al不被还原 ，只能和熔剂形成渣 6）去S: FeSCaOCaSFeO 7）P还原： Ca3(PO4)25C 3CaO2P5CO 8）造渣：SiO2、Al2O3、CaO等 铁

5、水中： C饱和，溶有部分Mn，Si，S以及全部的P。,高炉炼铁的主要反应：,炼钢过程的物理化学原理,脱C Si、Mn的氧化 脱P 脱S 脱O：沉淀脱氧、扩散脱氧,沉淀脱氧：将脱氧剂直接加到钢液中，使脱氧剂直接与钢液的氧化亚铁反应进行脱氧。 优点：速度快 缺点：脱氧产物MnO、SiO2、Al2O3易残留在钢液中。,扩散脱氧：将脱氧剂加入到炉渣中，使脱氧剂与炉渣的FeO反应。按照分配定律，在一定温度下，FeO在炉渣和钢液中的浓度之比是常数。当炉渣的FeO减少后，钢液的FeO向渣中扩散，达到间接脱氧的效果。 缺点是速度慢，但钢液干净。 实际：锰铁沉淀预脱氧，再用碳粉和硅铁扩散脱氧，最后用铝进行沉淀脱

6、氧。既保证质量，又缩短时间。,铝冶金,铝硅比：指铝土矿中的氧化铝和二氧化硅的质量比：即 A/S=矿石中氧化铝质量/矿石中二氧化硅质量 写为：A/S= Al2O3/ SiO2 我国铝土矿特点是高铝、高硅、低铁；铝硅比较低，中低品位铝土矿居多；多数铝土矿是一水硬铝石型铝土矿。 A/S一般在4-7之间,拜耳法生产氧化铝的基本原理 （l）用NaOH溶液溶出铝土矿，所得到的铝酸钠溶液在添加晶种、不断搅拌的条件下，溶液中的氧化铝呈氢氧化铝析出，即种分过程。 （2）分解得到的母液，经蒸发浓缩后在高温下可用来溶出新的铝土矿，即溶出过程。 交替使用这两过程，就能够每处理一批矿石得到一批氢氧化铝，构成所谓的拜耳法

7、循环。 用反应方程式表示如下： Al2O3（ 3 或1 ）H2O2NaOH=2NaAl(OH)4,溶出,分解,关键工序：浸出、晶种分解、分解母液蒸发与苛化、氢氧化铝煅烧 苛性比值k:铝酸钠溶液中Na2O与Al2O3的分子比； 苛化反应、反苛化反应 铝电解过程金属铝从析出？产生CO2？,火法炼铜,冰铜（锍）是在熔炼过程中产生的重金属硫化物为主的共熔体，是熔炼过程的主要产物之一，是以Cu2S-FeS系为主并溶解少量其它金属硫化物（如Ni3S2、Co3S2、PbS、ZnS等）、贵金属（Au、Ag）、铂族金属、Se、Te、As、Sb、Bi等元素及微量脉石成分的多元系混合物。,第二章 粉末材料制备,2.

8、1 粉末冶金概述 2.2 粉末的制备 2.3 粉末的特性及表征,球磨制粉包括四个基本要素：球磨筒、磨球、研磨物料、研磨介质,A、动能准则： 提高磨球的动能 B、碰撞几率准则： 提高磨球的有效碰撞几率,球磨制粉的基本原则,D是磨筒的直径,滚筒球磨的转速应有一个限定条件,V临1 V 实际 V临2,气流研磨法,通过气体传输粉料的一种研磨方法。与机械研磨法不同的是，气流研磨不需要磨球及其它辅助研磨介质。研磨腔内是粉末与气体的两相混合物。 根据粉料的化学性质，可采用不同的气源，如陶瓷粉多采用空气，而金属粉末则需要用惰性气体或还原性气体。由于不使用研磨球及研磨介质，所以气流研磨粉的化学纯度一般比机械研磨法

9、的要高。,雾化制粉分类,双流雾化:指被雾化的液体流和喷射的介质流； 气雾化、水雾化 单流雾化：直接通过离心力、压力差或机械冲击力实现雾化。,化学制粉法,化学气相沉积法 化学还原法 电化学制粉法,化学气相沉积制粉原理,1、化学反应 2、均相形核 3、晶粒生长 4、团 聚,制粉过程包括四个步骤:,粉体粒度测定,筛分法、激光衍射法、沉降法、显微镜观察法 Tylor(泰勒)筛制 规定？定义,国际标准筛制：Tylor(泰勒) 标准单位：目（筛号） 目数为筛网上1英寸（25.4mm）长度内的网孔数； 目数越大，网孔越细。由于网孔是网面上丝间的开孔，每1英寸上的网孔数与丝的根数应相等，故网孔的实际尺寸还与丝

10、的直径有关。,制定筛网标准时，应先规定丝径和网孔尺寸，再按公式算出目数，列成表格就得到标准筛系列，简称筛制。,第三章 粉末材料的成形与固结,3.1 粉末的成形与干燥 3.2 粉末烧结 3.3 胶凝固化,成形是将松散的粉体加工成具有一定尺寸、形状以及一定密度和强度的坯块。,颗粒密度,真密度、有效密度、表观密度、堆积密度 松装密度、振实密度,粉末在压力下的运动行为,颗粒发生位移（滑动与转动）与重排； 颗粒发生弹塑性变形； 颗粒断裂； 实际上此三个阶段常常相互交叉。,脱模压力：使压坯由模中脱出所需的压力。它与压制压力、粉末性能、压坯密度和尺寸、压模和润滑剂有关。 弹性后效：在压制过程中，当除去压制压

11、力并把压坯压出压模之后，由于内应力的作用，压坯会发生弹性膨胀。 压坯强度：表征压坯抵抗破坏的能力，即颗粒间的粘结强度；,各种成形方法的基本原理、优缺点及应用。,模压成形,步骤： 原料准备（粉末退火、混合、筛分、制粒、添加润滑剂和成形剂） 装模 加压 保压 脱模,粉末退火、粉末混合、合批、制粒（造粒）、成形剂、润滑剂、侧压力、外摩擦力（摩擦压力损失）,粉末烧结,烧结是陶瓷和粉末冶金工艺中最重要的工序。,第四章 金属的液态成形 与半固态成形,4.1 液态成形 4.2 半固态成形 4.3 快速凝固成形,液态成形合金性能,合金的充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的健全铸件的能力。

12、合金的流动性：液态合金的流动能力。一般流动性好的合金，其充型能力也强。 合金的收缩 缩孔与缩松 铸造应力 偏析及吸气性,螺旋形标准试样测试合金的流动性,收缩包括以下三个阶段：, 液态收缩 （浇注温度-液相线）, 凝固收缩 （液相线-固相线）, 固态收缩 （固相线-室温 ）,特点：体积收缩； 浇注温度升高，液态收缩增加。,特点：体积收缩；结晶温度范围增大，凝固收缩增加。,特点：引起铸件外部尺寸变化。,液态合金在凝固过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补足，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。按孔洞的大小和分布，可将其分为缩孔和缩松。 防止方法与措施,铸造工艺方法很多，通常分为砂型铸造

13、和特种铸造。 将以型（芯）砂作为铸型材料，采用重力浇注的铸造方法称为砂型铸造，砂型铸造是应用最广泛的一种铸造方法。 砂型铸造的生产过程包括铸造工艺设计、生产准备和工艺过程三个环节。,液态成形方法,砂型铸造生产工艺流程,常用铸造方法的比较,半固态成形,半固态成形即半固态合金成形，是介于液态成形和固态成形之间的一种成形方法。 半固态合金是将合金熔化后，待它冷却到液相线温度以下，对合金进行搅拌，在搅拌力的作用下，合金析出的树枝状晶被破坏，并在周围金属液的摩擦熔融作用下，晶粒和破碎的枝晶小块形成卵球状的颗粒，分布在整个液态金属中。该合金即使固态组分达40%-60%，仍然像糊状悬浮液，具有一定的流动性。

14、而在剪切力较小或为零时，它又具有固体性质，可以搬运储藏。,半固态合金的制备常用机械搅拌法、电磁搅拌法和应变激活工艺。,快速凝固成形,定义：冷却速度大于102/s的凝固，称为快速凝固。 实现快速凝固的条件 金属溶液必须被分散成液流或液滴，而且至少在一个方向上的尺寸极小，以便散热；必须有能带走热量的冷却介质。,第五章 金属塑性加工,第1节 塑性加工原理 第2节 塑性加工工艺,定义：金属塑性加工是利用金属的塑性，通过外力使金属铸锭、金属粉末或各种金属坯料发生塑性变形，成为具有所需形状、尺寸和性能的制品的加工方法。,各种工艺的定义、原理及应用,塑性、塑性变形、加工硬化（应变硬化）、回复、再结晶、静态再

15、结晶、动态再结晶、冷变形、热变形、温变形,第六章 钢的热处理原理,6.1 钢在加热时的转变 6.2 钢在冷却时的转变,钢的热处理,基本工艺路线:加热-保温-冷却,普通热处理（“四把火”）：退火、正火、淬火、回火 表面热处理 化学热处理,奥氏体的形成过程,四个基本过程：A 形核、A长大、剩余渗碳体溶解、A成分均匀化,奥氏体化：钢在加热时奥氏体的形成过程,某一具体热处理或热加工条件下奥氏体的晶粒度称为实际晶粒度，它决定钢的性能； 钢在加热时奥氏体晶粒长大的倾向性用本质晶粒度来表示； 本质晶粒度：钢加热到93010、保温8h，冷却后测得的晶粒度。 如果测得的晶粒细小，则该钢称为本质细晶粒钢，反之叫本

16、质粗晶粒钢。本质细晶粒钢在930 以下加热时晶粒长大的倾向性小，适于进行热处理。本质粗晶粒钢进行热处理时，需严格控制加热温度。,共析钢等温转变曲线(TTT曲线，或称C曲线）,(1)高温转变（P 转变） A1 550,扩散型相变，产物为P 型组织（F 和Fe3C 交替排列的层片状组织）； 组织粗细取决于 形成温度，越低 ，P 越细； 根据片间距的大小可将 P 分P、S、T三类；,（2) 中温转变(B转变):550-Ms,贝氏体（B）是渗碳体分布在碳过饱和的F基体上的两相混合物；,半扩散型相变，转变温度不同，形成的B形态不同; 550350 ，B上，呈羽毛状，小片状渗碳体分布在成排的 F 片之间 350 Ms ， B下，黑色针状,共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变曲线 （CCT曲线）,M 转变（低温转变）： Ms Mf,1）马氏体转变的特点,非扩散型转变，M 是碳在 -