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第三章 铁 金属材料
第二节 金属材料
课时1 铁合金
学习目标
了解合金的概念，并能联系纯金属与合金的微观结构解释二者性能的差异
01
以铁合金为例，能从元素组成上对合金进行分类，并认识不同类型金属材料组成、性能与应用的联系，强化性能决定用途的观念
02
金属材料的使用并不仅仅局限于我们熟悉的金、银、铜、铁、铝这几种，有很多其他的金属现已被广泛应用，让我们走进教材，学习铁合金、铝和铝合金、新型合金。
01
铁合金
1.金属具有许多共同的物理性质，如不透明、有金属光泽、___________、___________、有_________性。
2.生产生活中应用较多的合金是_____________，历史上应用最早的金属是_________。
易导电　
易导热　
延展　
生铁和钢　
铜　
知识回顾
合金的结构、性质和应用
宏观性质
硬度
熔点
........
微观结构
原子
大小和排列
决定
决定
用途
合金的概念和特性
概念 由两种或两种以上的________(或________________)熔合而成的具有________特性的物质
性能 硬度 硬度一般________它的纯金属成分
熔点 熔点一般________它的成分金属
与纯金属材料相比，合金具有优良的物理、化学或机械性能
金属　
金属与非金属　
金属　
大于　
低于　
为什么合金硬度比成分金属大？
在纯金属内加入其他元素形成合金以后，结构发生了变化，使合金的性能与纯金属有很大的差异。
例1人类的日常生活中离不开合金，下列物质中不属于合金
的是( )
A．用于门窗框架上的硬铝 B．用于冶炼金属铁的赤铁矿
C．用于生产铁锅的生铁 D．用于制造手术刀的不锈钢
解析：硬铝是铝和铜、镁等熔合而成的合金；赤铁矿的主要成分是氧化铁，氧化铁属于氧化物；生铁和不锈钢是铁和碳等物质形成的合金。
B
例2下列关于合金的说法正确的是（ ）
①合金只能由两种或两种以上的金属组成 ②合金具有金属特性 ③碳
钢和生铁的主要成分相同，故性能相同 ④改变原料的配比及生成合金
的条件，可得到具有不同性能的合金
A．②③ B．②④ C．①② D．①④
解析：①合金可由两种或两种以上的金属或者金属与非金属熔合而成，故错误；②合金是指在一种金属中加热熔合其他金属或非金属而形成的具有金属特性的物质，故正确；③碳钢和生铁含碳量不同，含碳量越高，硬度越大，因此两者的性能不同，故错误；④合金的性质与合金的原料配比以及制造工艺有关，所以改变原料的配比、变更制造合金的工艺，可以制得具有不同性能的合金，正确；故选：B。
B
生铁铸造的下水井盖
不锈钢制造的地铁列车车体
不锈钢餐具
【铁合金】主要由碳元素和铁元素，以及少量其他元素融合而成的合金。
【炼钢的发展史】
铁合金的分类
铁合金 分类 含碳量 性能 用途
生铁 2%～ 4．3% ________大、抗压，性脆、可铸造成型 制造________和管道等
钢 0.03% ～2% 良好的________性，机械性能好，可锻轧和铸造 制造机械和交通工具
硬度　
机座　
延展　
在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种特殊性能，如强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀等。
合金钢
(特种钢)
钢
钢的分类—合金钢
名称 主要元素 主要特性 主要用途
★不锈钢
超级钢
锰钢
硅钢
钨钢
铁、铬、镍
Fe、Mn、C、
Al、V
铁、锰
铁、硅
铁、钨
比较稳定，不易生锈，具有很强的抗腐蚀能力
强度很大，能够实现钢板的轻薄化
医疗器材、厨房用具和餐具、地铁列车的车体材质等
汽车、航空和航天等领域
钢轨、轴承、钢模、挖掘机铲斗、坦克装甲
变压器、发电机和电动机中的铁芯
刀具
耐高温、硬度大
韧性好，硬度大
导磁性好
碳素钢
钢
含碳量不同
强度高，韧性及加工性好，用于制造钢轨、车轮和建材等
0.3%<ω(c)<0.6%
中碳钢
ω(c)<0.3%
韧性、焊接性好，但强度低，用于制造钢板、钢丝和钢管等
低碳钢
硬而脆，热处理后弹性好，用于 制造器械、弹篢和刀具等
高碳钢
ω(c)>0.6%
不能，当铜开始熔化时，钠已经气化，所以二者不能形成合金
合金的性能可通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节
纯金属所有原子的大小和形状相同，原子排列十分规整；加入或大或小的其他元素的原子后，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难，导致合金硬度变大
请同学们思考讨论以下问题并回答：
改进合金性能的常用措施有哪些？
问题1
合金比成分金属的硬度大，原因是什么？
问题2
已知铜的熔点为1 083 ℃，钠的沸点为883 ℃，试问铜与钠能否形成合金？
问题3
为什么铁合金是生活、生产中使用最广泛的金属材料？能否从原料来源的角度进行解释？
自然资源
(金属矿物)
调整组成
熔合
转化
分离
金属单质
合金
应用
02
新型合金
储氢合金
记忆合金
钛合金
耐热合金
近年来，为满足某些尖端技术发展的需要，人们又设计和合成了许多新型合金。
例如：
了解储氢合金工作原理
常温、常压吸收H2
升温或减压释放H2
储氢合金
金属氢化物
合金的结构、性质和应用
性质
物理、化学、机械性能
熔合条件
组成结构
元素
种类、含量
决定
决定
用途
时间、温度等
相应
应用领域
钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。
其他新型合金
记忆合金
低温下把半球形天线变形缩小体积装入登月舱
组成：镍（Ni）-钛(Ti)
形变条件：温度
性能：形变后遇高温（或低温）恢复形状。
形状记忆合金制成的移动跳跃的机器人
例1关于生铁和钢的区别正确的是（ ）
A．生铁属于纯净物，钢属于混合物
B．生铁比钢的含碳量更高
C．生铁比钢弹性更好
D．生铁属于铁-碳合金，钢也是合金但不含碳
解析：A．生铁也是混合物，且含碳量更高，A错误；B．生铁比钢的含碳量更高(生铁：>2%，钢：0.03-2%)，B正确；C．钢弹性更好，C错误；D．钢中含碳，D错误。故答案：B。
B
例2社会的进步与时代的发展充满了人类智慧的结晶。下列有关
说法中错误的是（ ）
A．合金为纯净物，具有许多优良的物理、化学或机械性能
B．不锈钢是最常见的一种合金钢，不容易生锈。
C．商朝的“后母戊鼎”是我国较早使用的铜制品之一
D．近年来，人们又设计和合成了许多新型合金。如储氢合金、钛合
金等
A
解析：A．合金是混合物，具有许多优良的物理、化学或机械性能，A错误；B．不锈钢是最常见的一种合金钢且不容易生锈，B正确；C．后母戊鼎是我国较早使用的铜制品之一，C正确；D．随着社会的发展，人们设计和合成了许多新型合金，如储氢合金、钛合金等，D正确；故答案选A。
例3下列说法正确的是（ ）
A．合金一般由多种元素组成，属于化合物
B．常温下，铝制品耐腐蚀是因为铝不活泼
C．新型储氢合金因具有较大空隙，通过物理吸附大量H2而广泛用
于新能源汽车行业
D．合金中加入其他元素原子后，使原子层之间的相对滑动变得困
难，导致合金的硬度变大
D
解析：合金是属于混合物，A错误；常温下，铝制品耐腐蚀是因为铝和空气中氧气生成一层致密的氧化膜，B错误；合金具有在吸氢化学反应时放出大量热，而在放氢时吸收大量热，新型储氢合金吸氢是化学变化，C错误；合金内加入了其他元素或大或小的原子，改变了金属原子有规则的层状排列，原子层之间的相对滑动变得困难。一般合金比纯金属硬度更大、更坚固，D正确。
例4我国“蛟龙”号载人潜水器已成功下潜至海中7 062.68米处。“蛟龙”号载人潜水器的外壳是耐超高压的钛合金，下面有关合金的说法正确的是( )
A.钛合金是一种新型金属单质 B.钛合金熔点比钛金属高
C.钛合金的硬度与钛单质相同 D.青铜、合金钢和硬铝都是合金
D
例5下列关于新型合金材料说法不正确的是( )
A.镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料
B.钛合金生物相容性好，强度大，可作人造骨骼
C.形状记忆合金可在使合金发生形变的作用力消失后恢复原状
D.利用合金的熔点低于成分金属这一特点可制得耐热合金
D
03
课堂总结
合金
铁合金
新型合金
概念
性能
种类：生铁、钢
结构
碳素钢
合金钢(特种钢)
低碳钢：ω(c)<0.3%
中碳钢：0.3%<ω(c)<0.6%
高碳钢：ω(c)>0.6%
储氢合金
钛合金
记忆合金
耐热合金
铁合金
04
课堂检测
1．合金的应用极大地促进了人类社会的发展。下列不属于合金的
是( )
A．狗头兽首铜像 B．柔性显示屏(基础材料：石墨烯) C．流通硬币 D．潜水器外壳(钛、铝等)
B
解析：合金是由两种或两种以上金属或金属与非金属熔合而成具有金属特性的物质，据此解答。A．狗头兽首铜像属于合金，A错误；B．柔性显示屏(基础材料：石墨烯)不属于合金，B正确；C．流通硬币属于合金，C错误；D．潜水器外壳(钛、铝等)属于合金，D正确。答案选B。
2.关于生铁和钢的区别正确的是
A．生铁属于纯净物，钢属于混合物
B．生铁比钢的含碳量更高
C．生铁比钢弹性更好
D．生铁属于铁-碳合金，钢也是合金但不含碳
【答案】B
解析：A．生铁也是混合物，且含碳量更高，A错误；
B．生铁比钢的含碳量更高(生铁：>2%，钢：0.03-2%)，B正确；
C．钢弹性更好，C错误；
D．钢中含碳，D错误。
故答案：B。
3.下列成语不涉及化学变化的是
A．百炼成钢
B．形影不离
C．钻木取火
D．水滴石穿
【答案】B
解析：A．炼钢的过程生铁中的碳被氧气氧化，有新物质生成，发生了化学变化，A不符合题意；B．形影不离说的是光沿直线传播原理，属于物理现象，不涉及化学变化，B符合题意；C．“钻木取火”涉及燃烧，有新物质生成，发生了化学变化，C项不符合题意；D．“水滴石穿”说的是碳酸钙与水和空气中二氧化碳发生了化学变化，D项不符合题意；
故选B。
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