工业分析化学第二版课件 教学课件 作者 张燮 罗明标 主编第七章 金属材料分析.ppt

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1、工业分析化学第七章金属材料分析目录第一节钢铁分析第二节铝及铝合金分析铁矿石和焦炭、石灰石按一定比例配合，经过高温煅烧、冶炼，则铁矿石被焦炭还原，生成粗制的铁，含碳量2.5%-4%，称生铁。第一节钢铁分析1.1概述金属材料分为黑色金属材料(铁、铬、锰及其合金，即钢铁)和有色金属材料。钢铁是铁和碳的合金，其化学成分中主要元素是铁，还含有碳、硅、锰、磷、硫等五大元素及其它合金元素和杂质元素。1.1.1钢铁的分类（1）生铁生铁C2.5～4%Mn0.5～6%Si0.5～3%S、P（少量）通常按用途(碳的存在形式)分为炼钢生铁(

2、白口铁)和铸造生铁(灰口铁)。炼钢生铁(白口铁)：含硅低而含硫高，多用于炼钢；碳以化合态存在。铸造生铁(灰口铁)：含硅高而含硫低，多用于铸造；碳以游离态存在。铸铁也是含碳量>2%的铁碳合金。按化学成分，分为普通铸铁和合金铸铁；按断口颜色，分为灰口铸铁、白口铸铁和麻口铸铁；按组织、性能不同，分为普通灰口铁、孕育铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和特殊性能铸铁。（2）铁合金指含有炼钢时所需的各种合金元素的特种生铁，用作炼钢时的脱氧剂或合金元素的添加剂。按所含元素分为：硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钨铁、铌铁、钛铁、硅锰合金、稀

3、土合金等。用量最大的是硅铁、锰铁和铬铁。（3）铸铁钢是含碳量低于2%的铁碳合金，其成分除铁碳外，还有硅、锰、硫、磷等杂质元素，合金钢中还有其他的合金元素。一般工业钢中含碳量不超过1.4%。按化学成分，钢铁材料分为碳素钢和合金钢两种。（4）钢碳素钢：工业纯铁（含碳量≤0.04%）低碳钢（含碳量≤0.25%）中碳钢（含碳量=0.25～0.60%）高碳钢（含碳量＞0.60%）合金钢：低合金钢（合金元素≤5%）中合金钢（合金元素=5%～10%）高合金钢（合金元素＞10%）碳是钢铁的主要成分之一，它直接影响着钢铁的性能。碳是

4、区别铁与钢，决定钢号、品级的主要标志。碳是对钢性能起决定作用的元素。碳在钢中可作为硬化剂和加强剂，正是由于碳的存在，才能用热处理的方法来调节和改善其机械性能。对存在状态的影响：灰口生铁　石墨C多，软而韧白口生铁　化合物C多，硬而脆1.1.2各元素在钢中的形态和作用（1）碳主要由焦炭或原料矿石引入，以MnS或FeS状态存在。硫的存在，使钢产生“热脆性”，属有害成分，产生热脆性的原因是FeS的熔点较低，最后凝固，夹杂于钢铁的晶格之间。当加热压制钢铁时，FeS熔融，钢铁的晶粒失去连接作用而脆裂。（2）硫磷由原料中引入，有时

5、也为特殊需要而有意加入，以Fe2P或Fe3P状态存在。磷化铁硬度较强，以至钢铁难于加工，并使钢铁产生“冷脆性”，但P↑→流动性↑→易铸造，并可避免在轧钢时轧辊与压件粘合，在特殊情况下常有意加入一定量P达此目的。生铁P<0.3%，一般碳素钢<0.06%，优质钢<0.03%特殊用途：轧辊钢高达0.4%–0.5%。炼钢或铸钢用的磷铁15%-20%之间。（3）磷硅由原料矿石引入或在脱氧及有特殊需要时加入。主要以硅化物形式存在：FeSi、MnSi、FeMnSi。在高硅钢中，一部分以SiC存在，也有时形成固熔体或硅酸盐。作用：增

6、强钢的硬度、弹性及强度，提高抗氧化能力及耐酸性。促使C以游离态石墨状态存在，使钢有较高的流动性，易于铸造。（4）硅一般生铁或碳素钢Si含量<1%；电器用硅钢的Si含量可达4%；特殊用途的硅铁、硅钢等合金，Si含量高达12%-95%，如：含Si12%-14%的铁合金称硅铁；含Si12%、Mn20%的铁合金称硅镜铁，主要用于炼钢作脱氧剂。锰少量来源于原料矿石中，主要是在冶炼钢铁过程中作为脱硫脱氧剂有意加入。在钢铁中主要以MnS状态存在，如S含量较低，过量的锰可能组成MnC、MnSi、FeMnSi等，成固熔体状态存在。锰能

7、增强钢的硬度，减弱延展性。生铁Mn0.5%-6%锰钢Mn>0.8%碳素钢Mn0.3%-0.8%高锰钢　13%-14%（5）锰含锰0.8%-14%为各种型号的高锰钢，具有良好的弹性及耐腐蚀性。用于制造弹簧、齿轮、转轴、铁路道岔等。含Mn12%-20%的铁合金为镜铁，含Mn60%-80%的铁合金为锰铁，均主要用于炼钢做脱硫剂。CSiMnSP形态固溶体碳化物Fe3C、Mn3C、Cr3C、WC、MoC游离石墨碳主要硅化物：FeSi、MnSi高碳钢部分SiC有时固熔体或硅酸盐MnC、MnS、FeMnSi、固熔体MnS、FeSF

8、e2P、Fe3P来源焦炭原料矿石；脱氧或特殊需要加入原料矿石；作脱硫脱氧剂焦炭或原料矿石引入原料引入；特殊需要加入各元素在钢中的形态和作用表：硬度高低↑↑产生热脆性产生冷脆性↑↓延展性韧性熔点↓↑钢中S<0.05%生铁<0.35%生铁P<0.3%一般碳素钢<0.06%优质钢<0.03%轧辊钢高达0.4–0.5%磷铁15–20%之间↓↑↓↑弹性强