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冶金学:是一门研究如何经济地从矿石或其它原料中提取金属或金属化合物，并用一定加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。由于矿石性能不同，提取金属的原理、工艺过程和设备不同，从而形成专门的冶金学科。提取冶金的分类:按所冶炼金属类型分：有色冶金钢铁冶金按冶金工艺过程不同分：火法冶金湿法冶金电冶金火法冶金主要过程：干燥：去水，温度为400~600℃。焙烧：以驱除其中的挥发性组分，改变原料组成为目的、在低于矿石熔点温度下、在特定气氛中进行的冶金过程。煅烧：在空气中以去CO2、水、NOx为目的的冶金过程。烧结与球团：以获得特定矿物组成、结构及性能的造块。熔炼：还原氧化物，提取粗金属。精炼：氧化杂质，获得纯金属。铸造：液态金属凝固成固态。生铁:是含碳量大于2.0％的铁碳合金，工业生铁含碳量一般在2.5%-4%，并含C、Si、Mn、S、P等元素,是用铁矿石经高炉冶炼的产品生铁性能：生铁坚硬、耐磨、铸造性好，但生铁脆，不能锻压钢：指含碳量0.2-2％的铁碳合金。根据成分不同，又可分为碳素钢和合金钢，根据性能和用途不同，又可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢高强高韧是钢的重要特征炒钢:向熔化的生铁鼓风，同时进行搅拌促使生铁中的碳氧化。再经过渗碳锻打成钢。也可有控制地把生铁含碳量炒到需要的程度，再锻制成钢制品。平炉时代优势：可以炼废钢，原料适用广，质量提高缺陷：生产率低，环境污染大氧气转炉时代产量高，质量好，无需外热源，投资低，建设快钢铁生产的典型工艺（长流程）块状区：主要特征：焦与炭呈交替分布状，皆为固体状态。主要反应:矿石间接还原，碳酸盐分解。软熔区：主要特征：矿石呈软熔状，对煤气阻力大。主要反应：矿石的直接还原、渗碳和焦炭的气化反应。滴落区：主要特征：焦炭下降，其间夹杂渣铁液滴。主要反应：非铁元素还原、脱硫、渗碳、焦炭的气化反应。焦炭回旋区：主要特征：焦炭作回旋运动。主要反应：鼓风中的氧和蒸汽与焦炭及喷入的辅助燃料发生燃烧反应。炉缸区：主要特征：渣铁相对静止，并暂存于此。主要反应：最终的渣铁反应。钢铁生产的两个典型流程：高炉炼铁：烧结/球团—高炉—转炉—连铸机—轧机（长流程）非高炉炼铁：直接还原或熔融还原—电炉—连铸机—轧机（短流程）钢铁工业的特点：1、生产规模大，物流吞吐大，每吨钢涉及的物流将是5-6吨。2、资源密集、能耗密集。在钢铁联合企业内，每吨钢降消耗0.7-0.8吨左右的标准煤、1.5-1.65吨左右铁矿石、3-8吨左右水；3、制造流程工序多、结构复杂4、制造流程中伴随大量物质/能量排放，形成复杂的环境界面钢铁成品及副产品产品：生铁、钢、铁合金副产品：炉渣、煤气钢与生铁的区别炉渣：是炉料在冶炼过程中不能进到生铁和钢中的氧化物、硫化物等形成的熔融体中国钢铁工业发展目标：在“加强自主创新，建设创新型国家”目标下，通过结构调整和产业升级，努力使我国从钢铁大国转变为钢铁强国。高炉炼铁：在高炉中采用还原剂将铁矿石经济而高效的还原得到温度和成分符合要求的液态生铁的过程矿物：地壳中具有均一内部结构、化学组成及物理、化学性质的天然化合物或自然元素称为矿物。其中能够为人类利用的称为有用矿物矿石：在现代的技术经济条件下，能以工业规模从中提取金属、金属化合物或其它产品的矿物称为矿石矿石的品位：矿石中有用成分的质量百分含量，称为该矿石的品位脉石：矿石中没有用的成分称为脉石，一般在冶炼过程中需要去除富矿：含铁品位50%的铁矿石赤铁矿(Fe2O3)：理论含铁量70%磁铁矿(Fe3O4)：理论含铁量72.4%菱铁矿(FeCO3)：理论含铁量48.3%褐铁矿(nFe2O3.mH2O)：理论含铁量55.2~66.1%贫矿：实际含铁量低于理论含铁量70%的铁矿石称贫矿（必须经过选矿后使用被焊工件的材质通过加热或加压或二者并用，用或不用添充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。热源种类：1、电弧热（利用气体介质放电过程所产生的热能作为焊接热源。）；2、化学热（利用可燃和助燃气体或铝、镁热剂进行化学反应时所产生的热能作为热源。）；3、电阻热（利用电流通过导体时产生的电阻热作为热源。）；4、高频感应热（对于有磁性的金属材料可利用高频感应所产生的二次电流作为热源，在局部集中加热，实现高速焊接。）；5、摩擦热（由机械摩擦而产生的热能作为热源。）；6、等离子焰（电弧放电或高频放电产生高度电离的离子流，它本身携带大量的热能和动能，利用这种能量进行焊接。）；7、电子束（利用高压高速运动的电子在真空中猛烈轰击金属局部表面，使这种动能转化为热能作为热源。）；8、激光束（通过受激辐射而使放射增强的光即激光，经过聚焦产生能量高度集中的激光束作为热源。）。焊接时焊件上各点的温度每一瞬时都在变化。焊件上（包括内部）某瞬时的温度分布称为温度场。焊接化学冶金过程：熔化焊时，焊接区内各种物质之间在高温下相互作用的过程。熔熵过渡形式：短路过渡、颗粒过渡、附壁过渡、射流过渡、旋转射流过渡。碱性焊条：短路过渡和大颗粒过渡；酸性焊条：细颗粒过渡和附壁过渡。熔池为半椭球，几何尺寸为L=P2IU其中，P2是比例系数，取决于焊接方法和规范。I是焊接电流，U是焊接电压，上式适用于点状热源。B，H分别是熔池宽度和熔池深度。I↑，H↑，B↓；U↑，H↓，B↑。熔池平均表面积Fg,一般为1—4Cm2,熔池的比表面积S=Fg/ρGp熔池质量（手工焊时熔池的重量通常在0.6~16g之间，多数少于5g。埋弧焊焊接低碳钢时，即使焊接电流很大，熔池的质量也不超过100g）和存在时间：tmax=L/v、tcp=Gp/ρvAwAW焊缝的横截面积。温度：熔池中部温度最高，头部次之，其次是尾部。熔渣在焊接过程中的作用：1、机械保护作用；2、改善焊接工艺性能的作用；3、冶金处理的作用。分类：1、盐型熔渣；2、盐——氧化物型熔渣；3、氧化物型熔渣。碱度，1分子理论认为分为三类：（1）酸性氧化物（2）碱性氧化物（3）中性氧化物；2离子理论把液态熔渣中自由养离子的浓度定义为碱度。粘度，对熔渣的保护效果、焊接工艺性能和化学冶金都有显著的影响，取决于熔渣的成分和温度（升高温度粘度下降），实质上决于熔渣的结构。表面张力：实际上是气相与熔渣之间的界面张力。熔点：常把固态熔渣开始熔化的温度称为熔渣的熔点，焊条药皮的熔点是指药皮开始熔化的温度，又称造渣温度。活性熔渣对焊缝金属的氧化可分为两种基本形式：扩散氧化和置换氧化。焊缝金属脱氧的目的：在于尽量减少焊缝中的含氧量，一方面要防止被焊金属的氧化，减少在液态金属中溶解的氧，另一方面要排除脱氧后的产物，因为他们是焊接中非金属夹杂物的主要来源，而这些夹杂物会使焊缝含氧量增加。原则：1、脱氧剂在焊接温度下对氧的亲和力应比被焊金属对氧的大；2、脱氧的产物应不溶于液态金属，其密度也应小于液态金属的密度；3、必须考虑脱氧剂对焊接成分、性能以及焊接工艺性能的影响。先期脱氧：在药皮加热阶段，固定药皮中进行的脱氧反应加先期脱氧，其特点是脱氧过程和脱氧产物与熔滴不发成直接关系。沉淀脱氧：在熔滴和熔池内进行的。扩散脱氧：扩散脱氧是在液态金属与熔渣界面上进行的。所谓合金过渡就是把所需要的合金元素通过焊接材料过渡到焊缝金属中去的过程。目的：首先是补偿焊接过程中由于蒸发、氧化等原因造成的合金元素的损失，其次是消除焊接缺陷，改善焊缝金属的组织和性能，第三是获得具有特殊性能的堆焊金属。方式：1、应用合金焊丝或带极；2、应用药芯焊丝或药芯焊条；3、应用合金药皮或粘结剂；4、应用合金粉末。合金过渡系数：为了说明在焊接过程中合金元素利用率的高度。影响因素：1、合金元素的物化性质；2、合金元素的含量；3、合金剂的粒度；4、药皮（或焊剂）的成分；5、药皮重量系数。焊芯—焊丝作用：导电、填充金属。药皮作用：1、机械保护作用2、冶金处理作用3、工艺性能良好。组成：稳弧剂、造渣剂、造气剂、脱氧剂、合金剂、粘结剂、增塑性焊条工艺性能：焊接电弧的弧定性(稳弧性)、焊缝成形、在各种位置焊接的适应性、飞溅、脱渣、焊条的熔化速度、药皮发红程度及焊条发尘量等。稳弧性：电弧保持稳定燃烧的程序。影响因素有焊条药皮成份、电源的特性、焊接规范等.药皮成份的影响是若药皮中含低电离势元素,U↓稳弧性↑，在焊条药皮中凡是能降低电弧电压的物质，均有稳弧作用,而电弧电压的高低又与物质的电离势有关,电离势低的元素,化合物就能起到稳弧作用。药芯焊丝：是由薄钢带卷成圆形钢管或异形钢管的同时，填满一定成分的药粉后经拉制而成的一种焊丝。熔池的结晶特点：熔池体积小，冷却速度大；熔池中的液态金属处于过热状态；熔池是在运动状态下结晶的。其生成可分为：非自发晶核、自发晶核。结晶长大：原子由液相不断地向固相转移，晶核的成长是通过二维成核方式长大，但并不是齐步前进，长大趋势不同，有的一直向焊缝中部发展；有的只长大很短距离就被抑制停止长大。焊缝中的化学不均匀性：在熔池进行结晶的过程中，由于冷却速度很快，已凝固的焊缝金属中化学成分来不及扩散，合金元素的分布是不均匀的，出现所谓的偏析现象。1、显微偏析：→枝晶偏析，指晶粒边界或一个晶粒内部亚晶界或树枝状晶的晶枝之间的偏析。产生原因：选择性结晶，焊接时，冷却速度大，液固界面溶质来不及扩散，结晶有先后之分，纯金属先结晶，杂质后结晶。胞状晶，晶粒内部浓度低，晶界处溶质浓度高。树枝晶，主干处溶质浓度低，树枝区域浓度较高，晶界处浓度最高。2、宏观偏析（区域偏析）：指焊缝边缘到焊缝中心，宏观上的成分不均匀性，焊缝金属以柱状晶长大，把杂质推向熔池中心，中心杂质浓度逐渐升高，使最后凝固的部位发生较严重的偏析，当焊速较大时，成长中的柱状晶最后都会在焊缝中心相遇，使溶质和杂质聚集在那里，容易产生焊缝纵向裂纹。3、层状偏析：由于化学成分分布不均匀引起分层现象。焊缝横断面经浸蚀之后，可以看到颜色深浅不同的分层结构形态称为结晶层。特征：晶粒主轴与层状线垂直；越先靠近熔合线处越清析，远离熔合线不清晰，线距越宽；层状线不是连续的，是间断的链状偏析带。产生原因：焊缝金属的凝固并不是连续均匀的过程，而是一个断续的过程，一种观点：层状偏析是由于晶体成长速度R发生周期变化引起R↑，结晶前沿的溶质浓度增大，晶粒含有一层溶质较多的带状偏析层。R↓结晶前沿的溶质浓度减少。焊缝夹杂：1、氧化物SiO2、MnO2、TiO2、Al2O3---热裂，层状撕裂；2、氮化物Fe4N脆硬相，硬度↑韧性↓；3、硫化物FeSMnS。防止，最重要的是正确的选择焊条、焊剂，使之更好的脱氧、脱硫等，其次是注意工艺操作：1、选用合适的焊接工艺参数，以利于熔渣的浮出；2、多层焊时，应注意清除前层焊缝的熔渣；3、焊条要适当的摆动，以便熔渣的浮出；4、操作时要注意保护溶池，防止空气侵入。在焊接工作中用于改善焊缝金属性能的途径有很多，但归纳起来，主要是焊缝的固溶强化、变质处理和调整焊接工艺。焊接热循环的主要参数：1、加热速度（WH）；2、加热的最高温度（Tm）；3、在相变温度以上的停留时间（tH）；4、冷却速度（WC）和冷却时间（t8/5、t8/3、t100）焊接条件下的组织转变的特点：1、加热温度高，2、加热速度快，3、高温停留时间短，4、自然条件下连续冷却，5、局部加热。焊接热裂纹（结晶裂纹）产生机理，产生部位：结晶裂纹大部分都沿焊缝树枝状结晶的交界处发生和发展的，常见沿焊缝中心长度方向开裂即纵向裂纹，有时焊缝内部颁在两树枝状晶体之间。对于低碳钢、奥氏体不锈钢、铝合金、结晶裂纹主要发生在焊缝上。某些高强钢，含杂质较多的钢种，除发生在焊缝之处，还出现在近缝区上。分析熔池各阶段产生结晶裂纹的倾向：焊缝金属结晶过程中，晶界是个薄弱地带，由金属结晶理论可知，先结晶的金属比较纯，后结晶的金属杂质多，并集富在晶界，并且熔点较低，这些低熔点共晶物被排挤在晶界，形成一种所谓《液态薄膜》，在焊接拉应力作用下，就可能在这薄弱地带开裂，产生结晶裂纹。产生结晶裂纹原因：①液态薄膜②拉伸应力焊接结晶裂纹的影响因素：1）、冶金因素①结晶温度区间：合金状态图脆性温度区的大小随着该合金的整个结晶温度区间的增加而增加；②合金