材料分类钢铁生产

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1、单击此处编辑母版副标 题样式 *1 单击此处编辑母版标题样式 工程材料 l河北工程大学机电电学院 相关事宜 l成绩评定方法：平时时成绩绩和实验实验 成绩绩20%，期末考 试试成绩绩占80%。 l学时：40 讲课34+实验6 l答疑： 周二下午，A02-405 l联系方式：李丽丽，138310832766 l教材：工程材料王建民主编编 参考教材：机械工程材料于永泗主编编 第1章 材料的分类与钢铁生产 1. 1 材料的分类 1. 2 钢铁生产 何谓材料？ 人类类用以制造各种有用物品的物质质。 1.1 材料的分类 二十世纪纪七十年代，人们们把材料与能源和信息 并列，称作现现代文明的三大支柱之一。 手

2、 锤 锉刀 “ “神舟神舟” ”四号飞船成功返回四号飞船成功返回 国产涡喷-7涡轮喷气发动机 材料是人类生产和生活 所必须的物质基础。 材料是人类进类进 化的里程碑。由于材料的重要性，历历史学 家根据人类类所使用的材料来划分时时代。 一、材料的发展史 l 石器时时代（公元前10万年） l 青铜铜器时时代（公元前3000年） l 铁铁器时时代（公元前1000年） l 水泥时时代（公元0年） l 钢时钢时 代（1800年） l 硅时时代（1950年） l 新材料时时代（1990年） 狩猎图狩猎图 石刀、石茅、石箭石刀、石茅、石箭 司母戊大方鼎司母戊大方鼎 象形尊(西周 ) 铁器 埃菲尔铁塔埃菲尔铁

3、塔 国家游泳中心国家游泳中心 水立方水立方 国家体育场国家体育场 鸟巢鸟巢 龙芯 磁悬浮列车磁悬浮列车 波音客机 二、材料的分类 l按性能结构特点分类 1. 结构材料 承受外加载载荷而保持其形状和结结构稳稳定的材料 2. 功能材料 具有一种或几种特定功能，用于非承载载目的材 l按组成与化学键分类 1. 金属材料 2. 无机非金属材料 (陶瓷材料） 3. 高分子材料 4. 复合材料 1. 金属材料 特点 l以金属键结键结 合为为主 l良好的导电导电 性、导导 热热性、延展性和金 属光泽泽 ，熔点较较高 。 l用量最大、应应用最 广泛 黑色金属铁铁及铁铁合金（钢铁钢铁 材料） 有色金属轻轻金属,重

4、金属,贵贵金属,半金属， 稀有金属 及其合金 黑色金属，即钢铁钢铁 材料，其世界年产产量已达12亿亿 吨，在机械产产品中的用量已占整个用材的60%以上 。 鸟巢 4.2万吨Q460钢材 金属材料制品 2. 无机非金属材料 特点：（以陶瓷为为例 ） l以共价键键和离子键键 为为主 l熔点高、硬度高、 耐高温抗氧化、耐 腐蚀蚀、耐磨、脆性 大 混凝土、水泥、耐火材 料、陶瓷等 传统陶瓷，是以天然材料(如黏土、石英、长长石等)为为原料的 陶瓷，主要用作建筑材料使用。 陶瓷制品 陶瓷发动机 特种陶瓷，人工化合物（氧化物、氮化物、碳化物、硼化物 ），常用作工程上的耐热热、耐蚀蚀、耐磨零件。 3. 高分子

5、材料 塑料、橡胶、合成纤维纤维 、粘合剂剂、涂料等 l以分子键键和共价键为键为 主 l分子量大，无明显显熔点，塑性、耐蚀蚀性、电绝缘电绝缘 性、减振 性好，密度小 高分子材料在机械、电电气、纺织纺织 、汽车车、飞飞机、轮轮 船等制造工业业和化学、交通运输输、航空航天等工业业 中被广泛应应用。 ETFE（聚氟乙烯烯）耐腐 蚀蚀性、保温性俱佳，自清 洁洁能力强 4. 复合材料 按基体材料可分为 l金属基复合材料 l陶瓷基复合材料 l高分子复合材料 l是把两种或两种以上不同性质质或不同结结构的材料 以微观观或宏观观的形式组组合在一起而形成的材料。 玻璃纤维增强高分子复合材料 特点 l抗疲劳劳性能良好

6、 l结结构件减震性好 l比强度和比刚刚度高 l耐烧烧和耐高温性能好 l具有良好的减摩、耐 摩和耐润润滑性能 航空发动机 材料发展的历程示意图 随着经济的飞速发展和科学技术的进步，对材料的要 求越来越苛刻，结构材料向高比强、高刚度、高韧性 、耐高温、耐腐蚀、抗辐照和多功能的方向发展。 国产东风4D-0088内燃机车美国F-117隐身飞机 新材料在不断地涌现 。 机械工业是材料应用的重要领域。 l随着机械工业业的发发展，对产对产 品的要求越来越高。 l在产产品设计设计 与制造过过程中，会遇到越来越多的材 料及材料加工方面的问题问题 。 l要求机械工程技术术人员员掌握必要的材料科学与材 料工程知识识

7、，具备备正确选择选择 材料和加工方法、合 理安排加工工艺艺路线线的能力。 三、工程材料课程的目的和特点 l 工程材料学 论论述工程上常用材料的成分、组织结构、加工工艺与性能 之间间关系及其应应用的一门门学科 l任务 了解工程材料的基本理论论知识识； 掌握化学成分、组织结组织结 构、加工工艺艺与性能之间间的关系 了解常用材料的用途和加工工艺艺； 初步具备备合理选选材、正确确定加工方法、妥善安排工艺艺 路线线的能力。 化学成分(成分)：组组成材料各元素在材料中的浓浓度。 组织组织 ：用肉眼或借助于不同放大倍数的显显微镜镜所观观察 到的金属内部的情景。 结结构：材料中各原子的具体组组合状态态。一般通

8、过过X-射 线线衍射或透射电镜电镜 研究。 Al的高分辨透射电镜象 举举例1 金刚刚石（钻钻石）和石墨，都是由碳原子组组成，但 前者是自然界中最坚坚硬的固体，而后者却很软软 （因晶体结结构不同，见见下图图） 举举例2 同样长样长 的一段铁丝铁丝 和钢丝钢丝 ，经经弯曲后发现铁丝发现铁丝 易 弯曲，而钢丝钢丝 不易弯曲，即塑性不同 （因两者成分不同）。 举举例3 两根锯锯条，同时时加热热（800），然后一根水冷， 一根空冷，用手折时时，发现发现 前者很脆，后者很韧韧 （因加工工艺艺不同导导致组织组织 不同，见见下图图） 主线：强化 纯纯金属做为结为结 构材料其性能特点是强度、硬度低 ；塑性、韧韧

9、性好，做机械零件强度、硬度不足；塑性 、韧韧性有余。因此，强化是本课课程的主线线，全书书都 是围绕围绕 如何强化纯纯金属来编编写的，如固溶强化、细细 晶强化、形变变强化、合金化、马马氏体强化、时时效强 化等。每一种强化方法都是为为了改善材料内部的组组 织结织结 构，从而改善材料的性能。 1.2 钢铁材料生产简介 一、炼铁 l原料：铁矿铁矿 石、焦炭和石灰石 l设备设备 ：高炉 l过过程：燃料的燃烧烧、铁铁的还还原、 增碳、杂质杂质 的混入、选选渣 l高炉产产品：生铁铁 根据含硅量不同分炼钢炼钢 生铁铁和 铸铸造生铁铁 l副产产品：炉渣和高炉煤气 二、炼钢 l本质质：利用氧化的方法去 除生铁铁中

10、的硅、锰锰、硫、 磷杂质杂质 和过过量的碳，使成 分达到标标准规规定的要求， 以改善其性能。 l基本过过程：氧化过过程和脱 氧过过程 l炼钢炼钢 方法： 转转炉炼钢炼钢 法 和电电炉炼钢炼钢 法 a)氧气顶吹转炉 b）电弧炉 l炼炼好的钢钢常浇铸浇铸 成钢锭钢锭 或连连 铸铸成钢钢坯。 l在炼钢炼钢 脱氧过过程中，通过过控 制脱氧剂剂的种类类和加入量可以 控制钢钢的脱氧程度。通常按脱 氧是否完全把钢钢分为镇为镇 静钢钢 与沸腾钢腾钢 。 图1-3钢的浇注 a）型铸 b）连铸 图1-4 钢锭 a）镇静钢 b）沸腾钢 三、钢材生产 l板材和型材：轧轧机轧轧制 l管材： 通过过成形辊辊把带钢带钢 弯成管形，再焊焊接成有缝缝管材; 无缝缝管材：先用斜轧轧穿孔机在实实心管坯上穿孔，再 用特殊的方法轧轧至所需尺寸的管材。 l线线材：直径在6mm以下的线线材多采用拉丝丝机生产产。