第六章 铁与钢.pptVIP

第六章 铁与钢 6-1 金属通论 6-2 铁 6-3 钢 6-4 合金 6-1 金属通论 6.1.1 金属在元素周期表的位置 在周期表的112种元素中，有80多种金 属，占元素总数的4/5以上。位于周期表的左 下部分。 6.1.2 金属晶体与金属键 1.金属晶体结构模型 金属单质的晶体结构，可用等 径圆球密堆积模型来描述。即把金 属原子视为半径相等的刚性圆球， 它们紧密堆积，构成金属晶体。 面心立方（fcc）和体心立方 （bcc）是其中常见的两种堆积方 式。 2.金属键理论 （1）金属自由电子理论 金属原子最外层上的价电子数较少，容 易电离。在金属晶体中，从原子上脱落下来 的电子，不属于某一个原子，而是在整个晶 体中自由运动，成为自由电子。这种靠自由 电子运动将金属原子（离子）联系在一起的 作用力称为金属键。 （2）金属（固体）能带理论（从略） 6.1.3 金属的物理性质 金属光泽：自由电子吸收并随后重新发射 可见光，故不透明，多呈银白（灰）色的 金属光泽，少数呈特殊颜色（如 Au黄色、Cu 紫红色）。常把金属分为：黑色金属(包括铁、锰、铬及其合金）和有色金属（除Fe、Cr、Mn以外的金属）两大类。 2. 导电、导热：由于自由电子的运动，金属是良导电导热的物体。其导电能力由大到小的顺序是： Ag Cu Au Al Zn Pt Fe Sn Hg 3.延展性：便于冷热加工（拉丝、轧、冲压、锻造……） 4.密度：除钠、钾、锂以外，其余金属都较大。 轻金属 (d5.0 g·cm-3 如K、Na、Ca、Mg、Al) 重金属 (d5.0 g·cm-3 如Cu、Ni、Sn、Pb) 5.熔点：钨的最高3370℃，汞的最低-39℃ 6.硬度：铬的最高。 6.1.4 金属的化学性质 1. 金属与非金属的反应 金属一般都容易与O2、S、X2（卤素单质）等非 金属化合反应。例如： 2.金属与水、酸和盐溶液的反应 ●掌握金属活动顺序表及其应用 ●参见中学课本P136，表8-1 6.1.5 金属的冶炼 自然界存在的金属矿多为氧化物或硫化物， 金属冶炼就是把矿石中的金属还原出来。 1.热分解法： 如， 2.高温还原法 如 3. 电解还原法 电解熔融盐或化合物，制取活泼金属。如 金属钠和铝的制取就是采用电解的方法。 6.2 铁 6.2.1 铁的原子结构及在周期表中位置 Fe的原子序数为26，原子核所含质子数 为26，核为电子数也是26。铁位于元素周期表 中的第4周期，第Ⅷ族，其原子结构如下： 6.2.2 铁的化学性质 6.2.3 铁的合金 铁碳合金是应用最广泛的铁合金，根据 含碳的多少又可分为生铁和钢两大类。 生铁：含 C 量为 2.0%~4.3%，另含有Si、 Mn和少量的 S 和 P。按生铁中的 C 的存在形 态不同，又分为： 1. 炼钢生铁(又称白口铁)：以Fe3C形式为主 (1) 灰口铸铁：以片状石墨形式为主 (2) 可锻铸铁：以团絮状石墨形态为主 (3) 球墨铸铁：以球状石墨形态为主 上述五种元素对钢铁性能的影响 (1) C 和 Si 可增大钢的强度硬度 (2) Mn 提高淬透性、韧性，降低 S 的有害性 (3) P 引起的冷脆性 (4) S 引起的热脆性 6.2.4 炼铁——高炉中的化学 1. 炼铁设备 2. 原料 3. 高炉内发生的反应 4. 有关生产数据 5. 提一个问题 1. 炼铁设备——高炉 而炼钢是用什么设备呢？ 2. 原料 ●铁矿石(赤铁矿 Fe2O3，磁铁矿 Fe3O4，其他 化学成分有如 2Fe2O3·3H2O、FeCO3等杂质) ●焦炭（C） ●助溶剂(石灰石 CaCO3) 3.高炉内发生的化学反应 高炉的分区及其主要作用大体可如下述： 高温区(底部)：焦炭燃烧，保持铁水温度 (2) 炉腰：造渣1200℃ (3) 炉身：铁矿石分步被还原 (4) 炉喉：排除高炉煤气(含CO、CO2、N2等) 各分区发生的化学反应请见下页。 注：铁矿中所含 MnO、SiO2、P2O5等也被 CO 和 C 还原出来。 少量的C、Si、Mn、FeS、P等溶于铁液中，形成生铁。 生铁熔点为 1100~1200℃，纯铁熔点为 1535 ℃ 4. 高炉冶炼有关生产数据 每生产 1000 t 铁水，大约需消耗： 2000 t 铁矿石（取决于矿石中 Fe2O3 含