- •Предисловие
- •Тема 1. Введение. Структура курса
- •1.1. Цель и задачи изучения дисциплины. Структура курса.
- •1.2. История развития науки о металлах.
- •1.3. Значение конструкционных материалов и способов их обработки в промышленности и строительном производстве.
- •Тема 2. Строение и свойства металлов
- •2.1. Основные сведения о кристаллическом строении металлических тел.
- •2.2. Типы кристаллической решетки.
- •2.3. Особенности строения кристаллических тел.
- •2.4. Особенности существования кристаллических тел.
- •2.5. Дефекты кристаллического строения.
- •2.6. Изучение макро- и микроструктуры металлов и сплавов.
- •2.7. Свойства металлов и сплавов.
- •2.8. Методы испытания механических свойств.
- •Основные марки строительных сталей и их механические характеристики
- •Механические свойства строительной стали по гост 27772-88*
- •Тема 3. Металлические сплавы
- •3.1. Основные понятия о металлических сплавах.
- •3.2. Диаграмма состояния двойных сплавов.
- •3.2.1. Основная информация о диаграмме состояния.
- •3.2.2. Порядок построения диаграммы состояния.
- •3.3. Железоуглеродистые сплавы.
- •3.3.1. Компоненты и основные структурные составляющие железоуглеродистых сплавов.
- •3.3.2. Характеристика основных точек и линий диаграммы.
- •3.3.3. Структура сталей.
- •3.3.4. Чугуны. Структура чугунов.
- •3.4. Влияние углерода и легирующих элементов на свойства стали.
- •3.5. Цветные металлы и их сплавы.
- •Тема 4. Производство черных и цветных металлов
- •4.1. Основные понятия в металлургии.
- •4.2. Основные способы получения металлов из руд.
- •4.3. Топливо и огнеупорные материалы металлургического производства.
- •4.4. Производство чугуна.
- •4.4.1. Материалы для выплавки чугуна.
- •4.4.2. Подготовка исходных материалов к плавке.
- •4.4.3. Доменный процесс.
- •4.5. Производство стали.
- •4.5.1. Кислородно-конвертерный способ.
- •4.5.2. Выплавка стали в мартеновских печах.
- •4.5.3. Выплавка стали в электрических печах.
- •4.5.4. Разливка стали.
- •4.6. Производство цветных металлов.
- •4.6.1. Производство алюминия.
- •4.6.2. Производство меди.
- •4.6.3. Производство титана.
- •Тема 5. Обработка металла давлением
- •5.1. Общие сведения.
- •5.2. Прокатное производство.
- •5.3. Волочение.
- •5.4. Прессование.
- •5.5. Свободная ковка.
- •5.6. Горячая объемная штамповка.
- •5.7. Холодная объемная штамповка.
- •5.8. Листовая штамповка.
- •Тема 6. Термическая и химико-термическая обработка стали
- •6.1. Превращения при нагреве стали.
- •6.2. Превращения в стали при охлаждении.
- •Характеристика структурных составляющих закаленной стали
- •6.3. Основные виды термической обработки стали.
- •6.4. Химико-термическая обработка сталей.
- •Тема 7. Углеродистые и легированные стали. Классификация, свойства, применение
- •7.1. Классификация сталей.
- •1. По структуре:
- •2. По способу производства:
- •3. По химическому составу.
- •4. По качеству.
- •5. По степени раскисления.
- •6. По назначению:
- •7.2. Конструкционные стали.
- •7.2.1. Углеродистые стали обыкновенного качества.
- •7.2.2. Углеродистые и легированные качественные стали.
- •7.2.3. Стали высококачественные и особо высококачественные.
- •7.2.4. Цементуемые углеродистые и легированные стали.
- •7.2.5. Улучшаемые углеродистые и легированные стали.
- •7.2.6. Высокопрочные легированные стали.
- •7.2.7. Рессорно-пружинные стали.
- •7.2.8. Шарикоподшипниковые стали.
- •7.2.9. Износостойкие стали.
- •7.3. Инструментальные стали.
- •7.4. Легированные стали специального назначения.
- •7.5. Стали, применяемые для конструкций зданий и сооружений.
- •Марки стали, заменяемые сталями по гост 27772-88
- •7.6. Определение марки стали экспресс-методом.
- •Тема 8. Общие сведения о коррозии металлов
- •Список литературы
- •Содержание
- •Тема 1. Введение. Структура курса 5
- •Тема 2. Строение и свойства металлов 15
- •Тема 3. Металлические сплавы 32
- •Тема 4. Производство черных и цветных металлов 50
- •Тема 5. Обработка металла давлением 68
- •Тема 6. Термическая и химико-термическая обработка стали 87
- •Тема 7. Углеродистые и легированные стали. Классификация, свойства, применение 99
- •Тема 8. Общие сведения о коррозии металлов 115
- •«Металлы и сварочные работы в строительстве»
- •«Технология металлов»
4.6. Производство цветных металлов.
4.6.1. Производство алюминия.
По распространенности в природе алюминий занимает первое место среди металлов. Его содержание в земной коре составляет 8,8%. В свободном состоянии в природе не встречается из-за большой химической активности. Главная масса алюминия сосредоточена в бокситах, нефелинах, алунитах, каолинах и др. рудах. Наиболее ценная алюминиевая руда – бокситы, содержащие около 50% оксида алюминия Al2O3.
Производство алюминия заключается в получении оксида алюминия из алюминиевых руд щелочным, кислотным, электротермическим или комбинированными способами, получении первичного металла электролизом оксида алюминия (в специальных аппаратах – электролизерах), растворенного в расплавленном криолите Na2[NaAlF6] при температуре около 9500С, и рафинировании этого металла. Максимальное содержание оксида алюминия в электролите составляет 6…8%.
Черновой алюминий содержит примеси, от которых его очищают продуванием расплава хлором при температуре 750…7700С в течение 10…15 мин, после чего разливают в изложницы. Чистота первичного алюминия составляет 99,7…99,5%. Перспективен хлоридный способ получения алюминия, позволяющий уменьшить затраты энергии и снизить загрязнение окружающей среды.
В зависимости от способов получения и химического состава различают: алюминий особой чистоты (марки А999), содержащий не более 0,001% примесей и получаемый зонной плавкой и дистилляцией электролитически рафинированного металла; алюминий высокой чистоты (марок А995, А99, А97, А95), содержащий от 0,005 до 0,05% примесей и получаемый из первичного металла технической чистоты дополнительным рафинированием; алюминий технической чистоты (марок А85, А8, А7, А6, А5, А0, А и АЕ), содержащий от 0,15 до 1,00% примесей.
4.6.2. Производство меди.
Содержание меди в земной коре составляет 4,710-3% по массе. Около 30% всех мировых запасов сосредоточены в сульфидных рудах: медном колчедане CuS·FeS, халькозине Cu2S, ковеллите CuS и др. Содержание меди в рудах, как правило, не превышает 5%. Медь самородная встречается редко.
Извлечение меди производят двумя способами: гидрометаллургическим и пирометаллургическим, причем второй нашел более широкое распространение. Он включает операции обогащения руд с получением концентрата, его обжиг, плавку на медный штейн, получение черновой меди и ее рафинирование.
После обогащения концентрат подвергают обжигу при температуре 800…9000С для частичного удаления (до 50%) серы. При этом образуются оксиды меди и железа. Руду, прошедшую обжиг, называют огарком. Плавка на штейн проводится в отражательных пламенных печах и электропечах. Штейн – это сплав, состоящий, в основном, из сульфидов Cu2S и FeS и небольшого количества примесей.
В рабочем пространстве температура достигает 16000С. На поду печи скапливаются жидкие продукты плавки: шлак и штейн. Штейн, по мере накопления, выпускают в ковш при температуре 900…11500С, и он поступает в конвертер для переработки в черновую медь. Этот процесс, длящийся в общей сложности до 30 часов, делится на два периода. Первый период заключается в окислении сульфидов железа кислородом дутья:
2FeS+3O2=2FeO+2SO2+Q1.
Образующийся оксид железа FeO взаимодействует с кремнеземом флюса и переходит в шлак:
2FeO+SiO2=SiO2··2FeO+Q2.
В результате получается белый штейн, состоящий, в основном, из сульфида меди, и силикатный шлак, который скачивают.
Во втором периоде продолжается окисление сульфида меди при продувке штейна воздухом:
2Cu2S+3O2=2Cu2O+2SO2.
Образующийся оксид меди взаимодействует с сульфидом с образованием черновой меди:
2Cu2O+Cu2S=6Cu+SO2.
Черновая медь содержит в качестве примесей до 0,1% Fe, 0,5% S, 1,0% O2 и др. элементы. Полученную черновую медь разливают в слитки и отправляют на рафинирование, проводимое огневым или электролитическим способами. Огневое позволяет получать медь чистоты 99,5%. Для получения большей чистоты (до 99,98%), а также для извлечения из меди благородных металлов осуществляют электролитическое рафинирование.