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1、 金属冶炼基础知识金属冶炼基础知识 编者：陈军 四川鸿舰重机公司铸造分公司10钢铁工业的发展带动了国家一系列其它产业的迅速崛起，目前我国钢铁产业面临着产能严重过剩，能源消耗大等系列问题。因此今后我国钢铁冶炼方向最终还要以低成本、低碳冶炼为主，由于原燃料价格、市场需求萎缩、同质化竞争激烈等诸多不利因素叠加，导致成本因素在钢企之间的竞争逐渐白热化，钢铁企业通过精心操作和精细化管理等手段降低生产成本。金属冶炼基础知识合金的定义：一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔炼或烧结制成的具有金属特性的材料（导电性、延展性、光泽、导热性）。常用的是：钢和铁、铜合金、铝合金等。一、 金属材料的主要性能1）
2、强度：塑性变形、断裂的能力。衡量指标：屈服强度、抗拉强度。（1） 屈服点：发生屈服现象时的应力。公式：sFs/Ao （MPa）Fs材料发生屈服现象时的力。So材料的原始横截面面积。条件屈服强度规定：r0.2F0.2/Ao (无明显的屈服现象的材料)应用：汽缸盖和汽缸体之间的密封性（螺栓联接）超过螺栓材料本身的屈服强度。（2）抗拉强度：最大应力值。公式：bFb/AoFb最大的载荷。So材料的原始截面面积。应用：汽缸的密封、钢绳吊重物、机车的牵引等。s/b 屈强比：越小，可靠性越高；越大，可靠性越低。2）塑性：发生塑性变形，不破坏的能力。衡量指标：伸长率、断面收缩率。（1）伸长率：公式：（L1L0
3、）/L0 100L1拉断后的长度。L0原来的试样长度。注意：长、短试样测出的值不相等（比较大小，要同样的试样）。L05d0 5 L010d0 1055% 塑性材料、55脆性材料。45：518.7% 15（2）断面收缩率：公式：（A0A1）/A0100S0原截面面积。S1断口处断面面积。5 10值越大，塑性越好。3） 硬度硬度：抵抗更硬物体压入的能力。衡量：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度等。1.布氏硬度：HB试验：GB84。一定直径的钢球HBS（硬质合金HBW），规定的载荷及时间后。HBF/S (N/mm2) 650举例：钢球直径：10mm，载荷：30KN（F30D2），时间：规定10（
4、s）。材料：压痕直径：d03.92mm 查表： HBS239 （1）应用范围：铸铁、有色金属、非金属材料。（2）优缺点： 精确、方便、材料限制、非成品检验和薄片。2.洛氏硬度：HR、（HRA、HRB、HRC）试验：GB83。一定锥形的金刚石（淬火钢球），在规定载荷和时间后，测出的压痕深度差即硬度的大小（表盘表示）。HRA、HRB、HRC。一般通常习惯用HRC（无单位）。（1）应用范围：钢及合金钢。（2）优缺点：测成品、薄的工件，无材料限制，但不精确。3.维氏硬度：试验：GB83。一定锥形的金刚石，在规定的载荷、时间后。HVF/S（1）应用范围：测薄片和镀层。（2）优缺点：数值精确，但操作麻烦。
5、4.肖氏硬度HS、锉氏硬度、显微硬度HM总结：数值越大，硬度越高。但相互之间不能比较，必须查表为同单位才行。4）韧性概念：动载荷、“梅氏”试样（金属夏比试验）。冲击韧度：定义：抵抗冲击载荷而不破坏的能力。衡量指标：kAk/A （J/cm2）k一次性冲击试验的标准。多次冲击：Aks、 b。 Ak、k和温度有关：温度越低，k越小。（低温易冲断）脆性临界转变温度。 5） 疲劳强度概念：交变载荷、疲劳现象试验：疲劳实验法。衡量指标：疲劳强度-1钢：107、有色金属：108。max=-1二、金属材料的物理、化学及工艺性能金属的性能：物理性能、化学性能。1、物理性能：1.比重：单位体积内物体的重量。密度：
6、单位体积内物体的质量。铁：7.8克/厘米3、铜：8.9克/厘米3、铝：2.7克/厘米3、钛：4.51克/厘米35g/cm3重金属。应用：飞机制造业、子弹头、检验材料、炼铁、炼钢、铅球等。2.熔点：固体液体的温度点。 凝固点：液体固体的温度点。铁：1538、铜：1083、铝：660、钛：1660。应用：耐高温材料（飞机、导弹、航天）、防火安全阀、熔断器（保险丝）等。3.热涨性：一般而言，金属材料具有热胀冷缩的性能。材料不同，热胀冷缩的大小也不同。应用：电线的形态、桥梁的架设、钢轨的铺设、精密的测量工具、电冰箱、电饭锅等。4. 导热性：金属具有传导热能的性质。导热材料的顺序：银、铜、铝等。金属材料
7、的杂质越多、导热性越差。高速钢导热性差，加热要缓慢，以防开裂。应用：陶瓷、水壶的水垢等。5. 导电性：金属具有传递电流的性质。导电材料的顺序：银、铜、铝等。应用：电火花加工（下册P.7880、电解加工、电子束加工及制造电线、电缆、玻璃拉丝模等。6.磁性；金属材料在磁场的情况下磁化（分为软磁和硬磁）。例如：铁、镍、钴等。应用：手表材料、磨床的磨削加工（P.71下册）等。2、化学性能：1.耐蚀性（耐酸碱性）：金属材料抵抗腐蚀的性能。例如：钢铁生铁锈、铜生铜绿 （造成重大事故）。应用：食品行业、饮料行业、医药行业、化工行业等。2.抗氧化性：高温时抵抗氧化的能力。应用：锻打、电焊、热处理等。3.化学稳
8、定性：在常温下，化学稳定的性能。应用：耐热设备、高温锅炉等。三、工艺性能：是指是否易于进行冷、热加工的性能。三、常用金属材料/ x1 i. z4 + n$ j& S. Q1、常用金属材料黑色金属： 通常指铁和铁的合金9 g- X1 F; _! G- Q+ A4 f3 S有色金属： 指铁及铁合金以外的金属及其合金。黑色金属根据它的元素组成和性能特点分为三大类,即铸铁、碳素钢及合金钢。6 R; 3 c8 AW# I2.1铸铁, # N* % N4 B% j5 j% Z铸 铁：含碳量大于2.06的铁碳合金 。% o1 / * j3 F% o4 w真正有工业应用价值的铸铁其含碳量一般为2.5%6.67
9、%。铸铁的主要成分除铁之外,碳和硅的含量也比较高。由于铸铁中的含碳量较高,使得其中的大部分碳元素已不再以Fe3C化合物存在,而是以游离的石墨存在。1 S+ 0 y% g* h2 K, j3 A9 性能特点：是可焊性、塑性、韧性和强度均比较差,一般不能锻,但它却具有优良的铸造性、减摩性、切削加工性能,价格便宜。4 b% q g: h Z- z/ L用 途：常用作泵机座、低压阀体等材料；地下低压管网的管子和管件。* K+ 6 P- K9 L# w根据铸铁中石墨的形状不同将铸铁分为灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。2.1.1灰口铸铁：石墨以片状形式存在于组织中的铸铁称之为灰口铸铁。灰口铸铁浇铸后缓冷得到
10、的组织为铁素体和游离石墨共存,断口呈灰色，灰口铸铁也因此而得名。灰口铸铁的各项机械性能均较差,工程上很少使用。2.1.2可锻铸铁：经过长时间石墨化退火,使石墨以团絮状存在于铸铁组织中,此类铸铁称为可锻铸铁。 z/ i: Y( h9 u, G性能特点：强度、塑性、韧性均优于灰口铸铁，其延伸率可达12%；但可锻铸铁制造工艺复杂,价格比较高。: m; % L. T& D, F) R- M由于可锻铸铁具有一定的塑性,故可锻的名称也由此而出,其实它仍为不可锻。! C5 ; y7 b5 E( L用 途：可锻铸铁在工程上常用作阀门手轮以及低压阀门阀体等。根据断面颜色或组织的不同,可锻铸铁又分为黑心可锻铸铁、
11、白心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁三种。常用的是黑心可锻铸铁。2.1.3球墨铸铁：是通过在浇注前向铁水中加入一定量的球化剂进行球化处理,并加入少量的孕育剂以促进石墨化,在浇注后直接获得具有球状石墨结晶的铸铁。. |% I! Y/ b0 W7 |性能特点：球墨铸铁的各项性能指标均优于可锻铸铁，比可锻铸铁价格便宜。# r; I1 G, K 6 F用 途：可代替可锻铸铁用在较苛刻条件下。用途更广泛。5 c3 H! d8 m# q/ h0 h/ $ o铸铁命名：根据GB9439的规定铸铁的牌号表示方法： u7 2 T0 m: O E$ QT400-15 QT450-10 KTH330-8 + i1x1 “球
12、铁”汉语拼音第一个字母6 4 |最低抗拉强度（MPa） 延伸率（）2.2碳素钢 1 IL$ H. l+ o3 V$ X6 r 碳素钢：含碳量小于等于2.06%的铁碳合金称为碳素钢。0 1 H1 x% g4 U8 M2.2.1.碳素钢的分类6 ; D工业纯铁 C0.04的Fe、C合金 a.按化学成分低碳钢 C0.25的钢 （强度低 塑性好 焊接性能好 Q235-A、20g、20用于管道 压容）- 中碳钢 C0.250.60%的钢。强度及塑性适中，用于紧固件和锻件如：35钢6 f ( J*高碳钢C0.60%的钢 （强度和硬度高、塑性差，可制作弹簧、钢丝绳等）。如 65Mn（c0.620.7）2 $
13、 ( ?8 kR* |/ T4 l7 _- c& I4 i 甲类钢A 按机械性能供应钢 A1，A2，A3A7) q8 ? 乙类钢B 按化学成分供应的钢B1，B2，B7等0 l& O; Os Y9 U- % H 特类钢C（ P0.059 FS 0.05%） 按机械性能化学成分C1,C2,C3C: z9 5 A. h7 l+ G b.按品质分类 普通碳素钢优质碳素钢（P0.04 S 0.04%）10，15，20，25 高级优质钢（P0.03S 0.02%）* + b0 r5 x+ L2 f0 V3 Z 冶炼设备 转炉钢 普碳钢 电炉钢 优质钢和合金钢! Y* w* U; j8 e$ tw2.2.2
14、普通碳素钢8 s?& PV) U) P/ ?普通碳素钢与优质碳素钢相比,由于它的有害杂质元素S、P含量相对较高,综合机械性能和耐蚀性较差,故不宜用在较重要的场合,但普通碳素钢价格便宜,故工程上常用于各种钢构架、支吊架等,而流体输送管道上使用时常给与一定的限制。* , n% B4 H2 L V% V/ r普通碳素钢根据冶炼过程的脱氧程度分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢三种。沸腾钢：在浇铸前不用硅和铝脱氧, 钢液中含氧量多,浇注及凝固时会产生大量CO气泡，在钢锭模内产生沸腾现象,这类钢叫沸腾钢。 沸腾钢冷凝后没有集中缩孔,因而成材率高,成本低,表面质量及深冲性能好。但因含氧量高,成分偏析大,内部杂质多
