《建筑金屬材》ppt課件

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1、第05章建筑金屬材料金屬材料是一種或兩種以上的金屬元素或金屬與某些非金屬元素組成的合金的總稱。金屬材料一般分為兩大類：黑色金屬：是以鐵元素為主要成分的鐵金屬及其合金，鋼和鐵是鐵碳合金。含碳量小于2.11％的鐵碳合金稱為鋼。含碳量大于2.11％的鐵碳合金稱為生鐵。有色金屬：是除黑色金屬以外的其它金屬，如鋁、鉛、鋅、銅、錫等金屬及其合金，其中鋁合金是一種重要的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。5.1鋼的生產(chǎn)與分類鋼材的生產(chǎn)可分為三個(gè)過(guò)程：冶煉鑄錠壓力加工其生產(chǎn)流程的概況如圖所示。5.1.1鋼的冶煉主要的鐵礦石有赤鐵礦(Fe2O3)、磁鐵礦(Fe3O4)、菱鐵礦(FeCO3)、褐鐵礦（Fe2O3?2Fe

2、(OH)3）和黃鐵礦(FeS2)。把鐵礦石、焦炭、石灰石(助熔劑)按一定比例裝入高爐中，在爐內(nèi)高溫條件下，焦炭中的碳與礦石中的氧化鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將礦石中的鐵還原出來(lái)，生成的一氧化碳和二氧化碳由爐頂排出，使礦石中的鐵和氧分離，此過(guò)程稱為煉鐵。其化學(xué)反應(yīng)式如下：C+FeO→Fe+CO↑高爐結(jié)構(gòu)圖將鐵在煉鋼爐中進(jìn)一步熔煉，并供給足夠的氧氣，通過(guò)爐內(nèi)的高溫氧化作用，部分碳被氧化成一氧化碳?xì)怏w而逸出，其它雜質(zhì)則形成氧化物進(jìn)入爐渣中除去，這樣可得到含碳量合乎要求的產(chǎn)品，即為鋼，此過(guò)程稱為煉鋼。煉鋼的過(guò)程基本上是一個(gè)氧化過(guò)程。碳被氧化形成CO氣體而逸出，硅、錳等形成氧化硅和氧化錳進(jìn)入渣中除

3、去；磷和硫在石灰的作用下，形成（CaO）4P2O5和CaS，亦進(jìn)入渣中被排除。在冶煉后期應(yīng)加入脫氧劑以除去鋼液中的氧，這個(gè)步驟稱為“脫氧”。常用的脫氧劑有硅鐵、錳鐵和鋁錠等。煉鋼的主要反應(yīng)過(guò)程:①產(chǎn)生氧化劑：2Fe+O2=2FeO（氧氣）②除硅，錳，碳等雜質(zhì)：Si+2FeO=SiO2+2FeMn+FeO=MnO+FeC+FeO=CO+Fe③造渣：CaO+SiO2=CaSiO3（生石灰）硫、磷雜質(zhì)與生石灰作用形成爐渣被除去。④脫氧：Si+2FeO=SiO2+2Fe（脫氧劑：硅鐵，錳鐵）調(diào)節(jié)合金元素1.轉(zhuǎn)爐煉鋼法轉(zhuǎn)爐煉鋼根據(jù)風(fēng)口位置分：底吹、頂吹、側(cè)吹三種；根據(jù)所鼓風(fēng)的不同分：空氣

4、轉(zhuǎn)爐和氧氣轉(zhuǎn)爐；根據(jù)爐襯材料的不同分：酸性轉(zhuǎn)爐和堿性轉(zhuǎn)爐。轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要原料是熔化的高溫鐵水及部分廢鋼。轉(zhuǎn)爐煉鋼不需要另外使用燃料?？諝廪D(zhuǎn)爐法只能用來(lái)煉制普通碳素鋼。但其成本較低。氧氣轉(zhuǎn)爐法可煉優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金鋼。轉(zhuǎn)爐的結(jié)構(gòu)圖2.平爐煉鋼法（也叫馬丁法）根據(jù)所用耐火材料不同分為堿性平爐和酸性平爐。平爐煉鋼法是以固體或液體生鐵、鐵礦石或廢鋼作原料。反應(yīng)所需的熱量是由燃燒氣體燃料（高爐煤氣，發(fā)生爐煤氣）或液體燃料（重油）所提供。平爐可煉制優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金鋼。但由于設(shè)備投資較大，燃料熱效率不高，冶煉時(shí)間較長(zhǎng)，故其成本較高。視頻：鞍鋼平改轉(zhuǎn)工程3.電爐煉鋼法電爐的種類很多，分電弧爐、感

5、應(yīng)爐、電渣爐三種。電爐鋼的質(zhì)量最好，但成本高，主要用于冶煉優(yōu)質(zhì)碳素鋼和特殊性能鋼。表5－1三種煉鋼法列表比較爐名原料氧的來(lái)源熱的來(lái)源產(chǎn)品及優(yōu)缺點(diǎn)轉(zhuǎn)爐液態(tài)生鐵空氣雜質(zhì)氧化時(shí)放出的熱出鋼快，不用燃料，設(shè)備簡(jiǎn)單。鐵的耗損率較大，管理不便。鋼質(zhì)量較差。氧氣出鋼快，不用燃料，設(shè)備簡(jiǎn)單。鋼質(zhì)量較高。平爐廢鐵、廢鋼及鐵礦石空氣、氧化鐵、鐵礦石氣體燃料燃燒制合金鋼。質(zhì)量高，管理方便。反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，消耗燃料，建設(shè)費(fèi)用高。電爐同上氧化鐵、鐵礦石電能制鎢等高級(jí)合金鋼。反應(yīng)時(shí)間較平爐短，管理方便，電能消耗量大，成本高。5.1.2鋼的鑄錠冶煉后的鋼水注入錠模，澆鑄成柱狀的鋼錠（鋼坯），這種工藝稱為鑄錠。

6、在鑄錠冷卻過(guò)程中，由于鋼內(nèi)某些元素在鐵的液相中的溶解度高于固相，使這些元素向凝固較遲的鋼錠中心集中，導(dǎo)致化學(xué)成分在鋼錠截面上分布不均勻，這種現(xiàn)象稱為化學(xué)偏析，其中尤以硫、磷最為嚴(yán)重。偏析現(xiàn)象對(duì)鋼的質(zhì)量有很大影響。根據(jù)脫氧程度的不同，澆鑄的鋼錠可分為：沸騰鋼：是脫氧不完全的鋼。沸騰鋼中碳和有害雜質(zhì)磷、硫等的偏析嚴(yán)重，再加上鋼的致密程度較差，使它的沖擊韌性和可焊性較差，特別是低溫沖擊韌性的降低更為顯著。但成本較低。鎮(zhèn)靜鋼：是脫氧完全的鋼。是質(zhì)量較好的鋼種，但成本較高。半鎮(zhèn)靜鋼：其脫氧程度和材質(zhì)介于上述兩種鋼之間。特殊鎮(zhèn)靜鋼：比鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度還要充分徹底的鋼，質(zhì)量最好。兩鋼錠的縱剖面

7、(A)沸騰鋼縱剖面圖(B)鎮(zhèn)靜鋼縱剖面圖5.1.3鋼的壓力加工壓力加工可分為冷加工和熱加工。熱加工是將鋼錠加熱到塑性狀態(tài)，依靠外力來(lái)改變形狀的加工。常用的熱加工方式有碾軋和鍛造。1.碾軋：將鋼坯加熱（900～1250℃）至塑性狀態(tài)，軋成所需形狀的鋼材。工程上常用的鋼筋、工字鋼、角鋼及鋼板等都是碾軋制成的。2.鍛造：將鋼材加熱至塑性狀態(tài)，用錘擊或靜壓的方法，使之加工成一定形狀的制品。如建筑及機(jī)械用的鋼零件。鋼材經(jīng)熱加工后，其內(nèi)部氣泡由于外力的擠壓而焊合，疏松組織密實(shí)，從而提高了鋼的強(qiáng)度和質(zhì)量，