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1、金属工艺及实训金属工艺及实训（理论部分）（理论部分）课件课件01-0201-02绪论绪论 一、本课程性质、目的和任务一、本课程性质、目的和任务 本课程是油气开采技术专业一门必修的专业基础课本课程是油气开采技术专业一门必修的专业基础课程。程。通过本课程的学习，使大家掌握系统介绍金属材料通过本课程的学习，使大家掌握系统介绍金属材料的生产、性能、牌号及应用方面的知识；了解金属零件的生产、性能、牌号及应用方面的知识；了解金属零件铸造成形、锻压成形等加工方法的基本原理和工艺特点。铸造成形、锻压成形等加工方法的基本原理和工艺特点。培养综合应用能力，引导大家学会应用所学的理论知识培养综合应用能力，引导大家学

2、会应用所学的理论知识解决一些实际问题，初步使大家建立一定感性经验；培解决一些实际问题，初步使大家建立一定感性经验；培养科学意识和信息素养，引导大家善于利用现代信息技养科学意识和信息素养，引导大家善于利用现代信息技术拓宽知识面。从而为后续课程的学习奠定良好的基础。术拓宽知识面。从而为后续课程的学习奠定良好的基础。绪论绪论 二、本课程的先修课程和后续课程二、本课程的先修课程和后续课程 先修课程：先修课程：机械工程制图机械工程制图、机械设计基础机械设计基础、工程力学工程力学。后续课程：后续课程：石油矿场机械应用石油矿场机械应用、顶岗实习顶岗实习和和毕业设计毕业设计等专业课。等专业课。三、本课程的学习

3、方法三、本课程的学习方法 1.1.认真听讲及记笔记，独立思考并完成作业。认真听讲及记笔记，独立思考并完成作业。2.2.课上听讲与课下泛读相结合。课上听讲与课下泛读相结合。3.3.课后认真做好复习，以巩固课堂所学知识。课后认真做好复习，以巩固课堂所学知识。4.4.通过网络检索相关文章，以了解机械装备制造业通过网络检索相关文章，以了解机械装备制造业的发展远景，开拓视野，并为以后就业打基础。的发展远景，开拓视野，并为以后就业打基础。绪论绪论 四、考核方式四、考核方式 考查：平时成绩占考查：平时成绩占8080（包括作业、笔记、提问等）（包括作业、笔记、提问等），出勤占，出勤占2020。五、本课程的主要

4、内容五、本课程的主要内容 第一单元第一单元 金属材料基础知识金属材料基础知识 第二单元第二单元 钢铁材料热处理钢铁材料热处理 第三单元第三单元 钢铁材料钢铁材料 第四单元第四单元 非铁金属及其合金非铁金属及其合金 第五单元第五单元 铸造成形铸造成形 第六单元第六单元 锻压成形锻压成形金属工艺学的发展简史金属工艺学的发展简史 金属工艺学金属工艺学是论述关于是论述关于从矿石到机器从矿石到机器的的金属工艺全金属工艺全过程过程的科学，是研究的科学，是研究金属的冶炼、金属性能、加工方法金属的冶炼、金属性能、加工方法和加工工艺和加工工艺等问题的一门课程。等问题的一门课程。我国古代在金属工艺方面曾有过辉煌的

5、成就。我国古代在金属工艺方面曾有过辉煌的成就。商朝的青铜冶炼技术已相当精湛，商朝的青铜冶炼技术已相当精湛，19391939年在河南安年在河南安阳出土的阳出土的商代司母戊大鼎商代司母戊大鼎，造型精美，花纹精巧，是世，造型精美，花纹精巧，是世界上最古老的大型青铜器。界上最古老的大型青铜器。春秋战国时期的青铜冶炼达到了世界高峰，春秋战国时期的青铜冶炼达到了世界高峰，越王勾越王勾践的宝剑践的宝剑，寒光闪闪，寒气逼人。可见当时的铸造、热，寒光闪闪，寒气逼人。可见当时的铸造、热处理和防锈技术已具备很高的水平。处理和防锈技术已具备很高的水平。金属工艺学的发展简史金属工艺学的发展简史 我国的冶炼技术比欧洲早我

6、国的冶炼技术比欧洲早18001800多年，从西汉到明朝，多年，从西汉到明朝，我国的钢铁生产技术远超过世界各国。我国的钢铁生产技术远超过世界各国。19721972年河北藁城出土的年河北藁城出土的商代铁刃铜钺商代铁刃铜钺，证明我国在，证明我国在30003000年前就掌握了锻造技术。年前就掌握了锻造技术。明朝宋应星编著的明朝宋应星编著的天工开物天工开物一书中载有冶铁、一书中载有冶铁、炼钢、铸钟、锻铁、焊接和淬火等多种金属加工方法的炼钢、铸钟、锻铁、焊接和淬火等多种金属加工方法的论述，是当时世界上最多的有关金属工艺方面的著作之论述，是当时世界上最多的有关金属工艺方面的著作之一。一。但是，长期的封建社会

7、严重束缚了科学技术的发展，但是，长期的封建社会严重束缚了科学技术的发展，造成了我国与工业发达国家之间很大的差距。造成了我国与工业发达国家之间很大的差距。金属工艺学的发展简史金属工艺学的发展简史 近年来，由于科技进步和市场竞争的激烈，使得产近年来，由于科技进步和市场竞争的激烈，使得产品的品种不断增加、精度不断提高、替代周期不断缩短。品的品种不断增加、精度不断提高、替代周期不断缩短。新材料特别是人工合成材料得到了爆炸性的发展，新材料特别是人工合成材料得到了爆炸性的发展，形成了金属材料、高分子材料、陶瓷及复合材料三足鼎形成了金属材料、高分子材料、陶瓷及复合材料三足鼎立的新时代。立的新时代。与此同时，

8、功能材料、纳米材料等高科技材料相继问与此同时，功能材料、纳米材料等高科技材料相继问世，并迅速发展。目前，工程材料已成为科技进步的重世，并迅速发展。目前，工程材料已成为科技进步的重要标志。要标志。金属工艺学的发展简史金属工艺学的发展简史 随新材料的涌现，一些新工艺、新技术应运而生，随新材料的涌现，一些新工艺、新技术应运而生，现代制造技术不断被采用。现代制造技术不断被采用。到目前为止，定向凝固技术、快速成型技术、高速到目前为止，定向凝固技术、快速成型技术、高速锤锻、精密模锻、气体保护自动焊、激光焊、等离子焊锤锻、精密模锻、气体保护自动焊、激光焊、等离子焊等新的成形技术，以及计算机数控（等新的成形技

9、术，以及计算机数控（CNCN）、柔性制造系）、柔性制造系统（统（FMSFMS）、计算机辅助设计和计算机辅助制造（）、计算机辅助设计和计算机辅助制造（CADCADCAMCAM）等，已引领加工制造业的新潮流。）等，已引领加工制造业的新潮流。传统的金属工艺方法，在其自身技术不断发展的同传统的金属工艺方法，在其自身技术不断发展的同时，溶入新技术、新工艺，必将构筑人类文明的新辉煌。时，溶入新技术、新工艺，必将构筑人类文明的新辉煌。第一单元第一单元 金属材料基础知识金属材料基础知识 一、金属材料的基本概念一、金属材料的基本概念 金属材料金属材料是由金属元素或以金属元素为主要材料构是由金属元素或以金属元素为

10、主要材料构成的，并具有金属特性的工程材料。它包括成的，并具有金属特性的工程材料。它包括纯金属纯金属和和合合金金两类。两类。合金合金是指两种或两种以上的金属元素或金属与非金是指两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的金属材料。如普通黄铜是由铜和锌两种金属元素组成的金属材料。如普通黄铜是由铜和锌两种金属元素组成的合金，碳素钢是由铁和碳组成的合金。属元素组成的合金，碳素钢是由铁和碳组成的合金。模块一模块一 金属材料分类金属材料分类 二、金属材料的分类二、金属材料的分类 金属材料通常分为钢铁材料（或黑色金属）和非铁金属材料通常分为钢铁材料（或黑色金属）和非铁金属（或有色金属）两大类。金属（或有

11、色金属）两大类。（1 1）钢铁材料钢铁材料。以铁或以它为主而形成的物质，称为钢铁材料（或以铁或以它为主而形成的物质，称为钢铁材料（或称黑色金属），如钢和生铁。称黑色金属），如钢和生铁。（2 2）非铁金属非铁金属。除黑色金属以外的其它金属，都称为非铁金属（或除黑色金属以外的其它金属，都称为非铁金属（或称有色金属），如铜、铝、镁、钛、锌、锡、铅等。称有色金属），如铜、铝、镁、钛、锌、锡、铅等。模块一模块一 金属材料分类金属材料分类模块一模块一 金属材料分类金属材料分类 金属材料金属材料18K18K的含金量的含金量是多少？主是多少？主要含有什么要含有什么元素？元素？一、炼铁一、炼铁 铁在自然界以化合

12、物的形式存在于铁矿石中，铁在自然界以化合物的形式存在于铁矿石中，炼铁炼铁的实质就是把铁从铁矿石中还原出来。的实质就是把铁从铁矿石中还原出来。炼铁的主要原料有炼铁的主要原料有铁矿石、焦炭和石灰石铁矿石、焦炭和石灰石，它们按，它们按一定比例混合后进行熔炼。一定比例混合后进行熔炼。1.1.炼铁的基本过程炼铁的基本过程 高炉高炉是炼铁的主要设备，如图是炼铁的主要设备，如图1-11-1所示。所示。炼铁的基本过程包括：燃料的燃烧、铁的还原和增炼铁的基本过程包括：燃料的燃烧、铁的还原和增碳、杂质的混入、造渣等。碳、杂质的混入、造渣等。模块二模块二 钢铁材料生产钢铁材料生产过程简介过程简介模块二模块二 钢铁材

13、料生产钢铁材料生产过程简介过程简介 燃料主要是燃料主要是焦炭焦炭，焦炭燃烧产生的热量为冶炼提供，焦炭燃烧产生的热量为冶炼提供了高温条件，燃烧生成的了高温条件，燃烧生成的COCO气体起到还原剂的作用气体起到还原剂的作用。炼铁生成的炼铁生成的熔渣熔渣熔点低、密度小，因此，可熔点低、密度小，因此，可浮在铁浮在铁液之上液之上，由出渣口排出。，由出渣口排出。2.2.高炉的产品高炉的产品 高炉冶炼的铁称为高炉冶炼的铁称为生铁生铁（含（含C C、SiSi、MnMn、S S、P P等元素）等元素）。按含按含SiSi量的不同，分为：炼钢生铁（量的不同，分为：炼钢生铁（1.25%1.25%）和铸）和铸造生铁（造生

14、铁（1.25%1.25%3.2%3.2%）.副产品有副产品有炉渣和高炉煤气炉渣和高炉煤气。模块二模块二 钢铁材料生产钢铁材料生产过程简介过程简介 二、炼钢二、炼钢 炼钢是以生铁或废钢为原料，再加入熔剂（石灰石、炼钢是以生铁或废钢为原料，再加入熔剂（石灰石、氟石）、氧化剂（氟石）、氧化剂（O2O2、铁矿石）和脱氧剂（铝、硅铁、铁矿石）和脱氧剂（铝、硅铁、锰铁）等进行冶炼。锰铁）等进行冶炼。炼钢的本质是利用炼钢的本质是利用氧化的方法氧化的方法，来降低来降低生铁中的生铁中的SiSi、MnMn、S S、P P等杂质和过量的等杂质和过量的C C，从而改善其性能。，从而改善其性能。模块二模块二 钢铁材料生

15、产钢铁材料生产过程简介过程简介 1.1.炼钢的基本过程炼钢的基本过程 氧化过程氧化过程 生铁中的生铁中的C C、SiSi、MnMn、S S、P P等杂质在高温条件下与等杂质在高温条件下与 氧化剂发生化学反应，生成各种氧化物。氧化剂发生化学反应，生成各种氧化物。脱氧过程脱氧过程 在氧化过程中，大量的铁被氧化成在氧化过程中，大量的铁被氧化成FeOFeO，这会导致钢，这会导致钢的力学性能下降，高温时易发生脆断，因此在冶炼后期的力学性能下降，高温时易发生脆断，因此在冶炼后期必须往钢液中加入脱氧剂，使之与必须往钢液中加入脱氧剂，使之与FeOFeO发生反应，生成炉发生反应，生成炉渣。渣。模块二模块二 钢铁

16、材料生产钢铁材料生产过程简介过程简介 2.2.炼钢方法炼钢方法 转炉炼钢转炉炼钢 常见的氧气顶吹转炉炼钢见图。常见的氧气顶吹转炉炼钢见图。冶炼时从炉顶吹入氧气，依靠化学反应产生的热量冶炼时从炉顶吹入氧气，依靠化学反应产生的热量进行冶炼，冶炼完毕，炉体倾倒，倒出钢液。进行冶炼，冶炼完毕，炉体倾倒，倒出钢液。转炉炼钢转炉炼钢生产率高生产率高，但必须，但必须以液态炼钢生铁为原料以液态炼钢生铁为原料，适用于炼各种碳钢。适用于炼各种碳钢。模块二模块二 钢铁材料生产钢铁材料生产过程简介过程简介模块二模块二 钢铁材料生产钢铁材料生产过程简介过程简介 2.2.炼钢方法炼钢方法 电炉炼钢电炉炼钢 常见的电炉炼钢见图。常见的电炉炼钢见图。以以电弧为热源，以转炉钢或（和）废钢为原料电弧为热源，以转炉钢或（和）废钢为原料。电炉炼钢的冶炼温度高，电炉炼钢的冶炼温度高，炉料较纯净炉料较纯净，用于冶炼，用于冶炼高高级优质钢和含高熔点元素级优质钢和含高熔点元素（W W、MoMo、TiTi）的）的合金钢合金钢。模块二模块二 钢铁材料生产钢铁材料生产过程简介过程简介模块二模块二 钢铁材料生产钢铁材料生产过程简介过程简介