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第一篇 金属材料及制备加工工艺 第一章 金属材料的制备－冶金 第二章 铸造 第三章 金属的压力加工 第四章 金属材料热处理
第一篇 金属材料及制备加工工艺 第一章 金属材料的制备－冶金 第二章 铸造 第三章 金属的压力加工 第四章 金属材料热处理 第五章 金属的焊接 第六章 工程材料
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第一章 金属材料的制备－冶金 第一节 冶金工艺概述 第二节 钢铁冶炼 第三节 有色金属冶炼
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第一节 冶金工艺概述 绝大多数金属元素（除Au、Ag、Pt外）都以氧化物、碳化物等化合物的形式存在地壳之中。
第一节 冶金工艺概述 绝大多数金属元素（除Au、Ag、Pt外）都以氧化物、碳化物等化合物的形式存在地壳之中。 因此，要获得各种金属及其合金材料．必须首先通过各种方法将金属元素从矿物中提取出来，接着对粗炼金属产品进行精练提纯和合金化处理，然后浇注成锭，加工成形，才能得到所需成分、组织和规格的金属材料。 金属的冶金工艺可以分为火法冶金、湿法冶金、电冶金以及真空冶金等。
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火法冶金 定义：火法冶金是指利用高温从矿石中提取金属或其化合物的方法。 工艺过程： 选矿、焙烧球化或烧结 矿石准备 金属化合物的还原
矿石冶炼 精炼提纯 选矿、焙烧球化或烧结 金属化合物的还原 除去杂质提纯金属
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工艺方法分类： 火法冶金 提取 冶金 真空 喷射 氯化
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湿法冶金 定义：湿法冶金是指利用一些化学溶剂的化学作用，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。 工艺过程： 离 子 浸 取 固 液 分 离 金属或化 合物提取 溶 液 富 集
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电冶金 定义：利用电能从矿石或其它原料中提取、回收、精 炼金属的冶金过程。 工艺分类：
电热熔炼 ：直接用电加热生产金属的一种冶金方法。电热熔炼包括电弧熔炼、等离子熔炼和电磁熔炼等。 水溶液电解：应用水溶液电解精炼金属的一种冶金方法。
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熔盐电解：直接利用高导电率、低熔点的熔盐作为电解质在熔池中进行电解。
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第二节 钢铁冶炼 Fe在地壳中的含量为5％左右，在金属中仅次于铝， 除陨石外，纯铁在地壳中还未见到，铁容易与其它元素化合，特别是与氧化合，因此铁矿石多以氧化物形式存在。 铁矿石中除铁的氧化物外，还有其它元素的氧化物(SiO2、MnO2 等)，这些统称为脉石。 炼铁的目的就是使铁从铁的氧化物中还原，并使还原出的铁与脉石分离。
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生铁冶炼 原料：脉石、熔剂（如CaCO3用于造渣）以及焦炭等。 主要反应过程： CO2 ＋ C ＝ 2CO
Fe2O3 － Fe3O4 － FeO － Fe
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钢铁冶炼 炼铁产品及副产品： 炼钢的目的：除去生铁中多余的碳和大量杂质元素，使其化学成分达到钢的要求。
生铁（主要产品）： 分为炼钢生铁和铸造生铁。 炉渣（副产品）：含SiO2、CaO和Al2O3的铝硅酸盐，主 要用于生产水泥。 煤气（副产品）：含26％左右的CO，用作燃料。 钢铁冶炼 炼钢的目的：除去生铁中多余的碳和大量杂质元素，使其化学成分达到钢的要求。
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｝ 炼钢的基本过程： 铁元素的氧化： 2〔Fe〕＋｛O2｝＝2（FeO） 铁元素的再还原： 〔Si〕 〔Mn〕 〔P〕 〔C〕 ＋(FeO）
（SiO2） （MnO） （P2O5） （CO） ＋〔Fe〕
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FeS + CaO = FeO + CaS 造渣除P、S： 由于P、S元素的存在严重影响钢的性能，所以必须脱除。
2P + 5FeO + 4CaO = 5Fe + 4CaO·P2O5 FeS + CaO = FeO + CaS 脱氧：消除钢中的氧化杂质，提高钢的质量。 合金化：按照不同钢种对合金元素成分的要求，进行合金 化处理。
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炼钢的常见工艺： 碱性平炉炼钢：以液态生铁或废钢为原料；利用炉气和矿石供氧；以气体或液体燃料供热。
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电弧炉炼钢：利用石墨电极和金属炉料之间形成的电弧高温(通常5000℃一6000℃)加热和熔化金属，金属熔化后加入铁矿石、熔剂等，并吹氧，以加速钢中的碳、硅、
锰、磷等元素的氧化。当碳、磷含量合格时，扒去氧化性炉渣．再加入石灰、萤石、电石、硅铁等造渣剂和还原剂，形成高碱度还原渣，脱去钢中的氧和硫。
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氧气顶吹转炉炼钢： 熔池搅拌；放热升温；无需燃料。已成为现代冶炼碳钢和低合金钢的主要方法。
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第三节 有色金属冶炼 铜的冶炼 铜精矿的火法冶炼：
第三节 有色金属冶炼 铜的冶炼 铜在地壳中的含量只有0.01％，在自然界中大多以硫化物和氧化物的形式存在于各种伴生矿中。一般，硫化铜矿采用火法冶炼；氧化铜矿采用湿法冶炼。 铜精矿的火法冶炼： 精铜矿 熔 炼 粗 铜 冰 铜 火法精炼 电解精炼 纯 铜
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铜的湿法冶炼： 铜 矿 溶 剂 铜离子 置换法 溶 解 电沉积 氢还原 铜
铜 矿 溶 剂 铜离子 置换法 溶 解 电沉积 氢还原 铜 目前，湿法冶炼的发展出现新的契机，基于环保的要求，湿法冶炼的地位正在显示出不可取代的作用。
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铝的冶炼 由于铝的化学性质活泼，不能通过各种化学处理直接还原得到粗金属，所以长期以来铝的价格极高。
后来，人类发现电解法很容易制备金属铝，铝的价格大约降低了20倍。 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。
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铝的生产流程示意图 纯冰晶石 铝 锭 萤 石 铝 矿 石 生产氧化铝 纯氧化铝 电 解 制 铝 碳素材料 阳 极 糊 或 其 它 产 品
铝 锭 萤 石 铝 矿 石 生产氧化铝 纯氧化铝 电 解 制 铝 碳素材料 阳 极 糊 或 其 它 产 品 电极生产 选 矿 再熔或精炼 电 能 生产冰晶石 或 氟 化 物 铝的生产流程示意图
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铝冶炼的主要过程： Al2O3•Na2O NaAlO2 Al（OH）3 Al2O3 Al3＋＋3e → Al
AlO e → Al2O3 矿石（Al2O3） NaAlO2 Al2O3•Na2O Al（OH）3 Al2O3 Al NaOH Na2CO3 煅烧 950~1000℃ 165 ℃0.35Pa 1100 ℃ CO2 900 ℃
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