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第三章铁金属材料
第一节金属材料
3.2.1铁合金
学习目标
1、认识合金的含义及常见合金
2、认识铁合金的组成、性能与应用的联系
石器时代 铜器时代 铁器时代 合成材料
铁，铝，铜等
铁合金，铝合金等
玻璃，水泥，陶瓷
新型陶瓷，单晶硅等
功能高 分子材料
1、你知道人类使用材料的进化顺序吗 材料可以分为哪些 类别了
分离膜
传感膜
热电膜
仿生材料 隐形材料 液晶材料 智能材料
传统无机非金属材料 新型无机非金属材料
思考
合成高分子材料
纯金属
合金材料
材 料
非金属材料
金属材料
2、举例生活中经常使用的金属材料，它们有哪些重要性质和 功能
对金属材料的使用不仅仅局限于金属单质，使用更广泛的是合金材料
思考
镍合金门锁
铂合金首饰
合金是由两种或两种以上的金属(或金属和非金属 )熔合而成的具有金属
一、合金
1、定义
钢铁材料 铝合金轮毂
特性的物质(混合物)
钛合金羽毛球拍
铝合金锅
(1)合金的硬度，抗腐蚀能力及机械性能一般优于各成分金属
(2) 合金的熔点一般低于它的各成分金属
(3)合金的导电性和导热性低于成分金属
(4)合金具有各成分金属的化学性质，合金一定是混合物
3、为什么合金硬度比成分金属大
2、合金的特性
思考
合金内原子层之间的 相对滑动变得困难
纯金属内原子的 排列十分规整
在纯金属内，所有原子的大小和形状都是相同的，原子的排列十分规
整。而合金内加入其他元素的原子大小不一，改变了金属原子有规则 的层状排列，使原子层与层之间相对滑动变得困难，导致合金的硬度 变大。
掺杂其他原子
形成合金
合金中有多种原子， 且原子的大小不同， 原子排列不规则
微观上原子的排列不同，导致了宏观上金属材料的性能不同
纯金属只有一种金属 原子，排列很整齐
决定 合金的
微观结构
(原子的大小和排列)
合金的
宏观性质 (硬度，熔点….)
合金 的用途
决定
【几点强调】
①构 成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与
非金属，合金中一定含金属元素，可能含非金属
②合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、 化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加合；但 在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质
③ 并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种
金属在同一温度范围内都能熔化，若一 种金属的熔点大于另一种金属
④合金一定是混合物，没有固定的熔点
⑤常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体
的沸点，则二者不能形成合金
【几点强调】
⑥合金与纯金属性能上存在差异的原因：在纯金属内加入其他元
素形成合金以后，结构发生了变化。调节方法：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。
【练一练】
1、C919 大型飞机采用了大量新型材料铝锂合金。下列关于铝锂合金 的说法不正确的是( D )
A. 铝锂合金是铝与锂形成的混合物 B. 铝锂合金的硬度比锂大
C. 铝锂合金的熔、沸点比铝低 D. 铝锂合金耐酸碱腐蚀
2、某合金与铁的物理性质的比较如下表所示，还知该合金耐腐蚀、 强度大，从以上性能看，该合金不适合做( A )
熔点 /℃ 密度 (g/cm ) 硬度(金刚石为 10)
导电性(银为100)
某合金 2500 3.00 7.4
2.3
铁 1535 7.86 4.5
17
【练一练】
3、所谓合金，就是不同种金属(也包括一些金属和非金属)在熔融 状态下形成的一种熔合物。根据下列四种金属的熔、沸点，判断 其中不能形成合金的是( C )
A.Cu 和Al B.Fe 和Cu C.Fe 和Na D.Al 和Na
Na Cu Al
Fe
熔点/℃ 97.5 1083 660
1535
沸点/℃ 883 2595 2200
3000
指铁(含量高) 与其他金属或非金属熔合而成的一类合金；生铁和 钢是含碳量不同的两种常见的铁碳合金
生铁铸造的下水井盖 不锈钢餐具 不锈钢制造的地铁列车车体
二、铁合金(铁碳合金)
1、组成
铁合金 分类 含碳量 性能
用途
生铁 2%～4.3% 硬度大 、抗压，性脆、 可铸造成型
制造机座 和管道等
钢 0.03%～2% 良好的延展性 ，机械性 能好，可锻轧和铸造
制造机械和 交通工具
【注意】钢是用量最大、用途最广的合金；铁合金中碳含量影响铁 合金的性质
2、生铁和钢
生铁
钢根据化学成分，可分为两大类碳素钢和合金钢
①碳素钢根据含碳量不同可分为高碳钢、中碳钢和低碳钢，其性能
和用途如下
含碳量
性能及用途
低碳钢 低于0.3%
韧性、焊接性好，但强度低，用于制造钢板， 钢丝和钢管等
中碳钢 0.3%～0.6 %
强度高，韧性及加工性好，用于制造钢轨、车 轮和建材等
高碳钢 高于0.6%
硬而脆，热处理后弹性好，用于制造器械、弹
簧和刀具等
【注意】钢的含碳量越低，韧性越好，硬度越低；含碳量越高，韧性 越差，硬度越高。
(1)碳素钢和合金钢
名称 主要元素 主要特性
主要用途
*不 锈钢 铁、铬、镍 比较稳定，不易生锈， 具有很强的抗腐蚀能力
医疗器材、厨房用具和餐具、 地铁列车的车体材质等
超级 钢 Fe、Mn、C Al、V 钢轨、轴承、钢模、挖 掘机铲斗、坦克装甲
汽车、航空和航天等领域
锰钢 铁、锰 韧性好，硬度大
强度很大，能够实现钢板的轻薄化
硅钢 铁、硅 导磁性好
变压器、发电机和电动机中的铁芯
钨钢 铁、钨 耐高温、硬度大
刀具
②合金钢也叫特种钢，是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
4、结合74页资料卡片以及75页的思考讨论，你得到了哪些启 示
启示1:合金元素不同，其性能不同；合金的性能可以通过 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，可以制得具有不同性能的合金，从而可以满足生产及 科研工作的不同用途和要求。
启事2:选择材料时，常常要考虑要用途；外观；物理性质； 化学性质；价格；加工难度；日常维护；对环境的影响等
思考
5.钢铁的生锈与什么有关 铁锈的主要成分是什么
钢铁的生锈是钢铁中的铁与空气中的氧气、水蒸气作用 的结果，生成的铁锈有吸附作用，且铁、碳构成原电池， 加快了钢铁的生锈。铁锈的主要成分是Fe O ·nH O 。
6.不锈钢不与酸、碱、盐反应的原因是什么
不锈钢中添加的元素主要是Ni和Cr , Cr 是防氧化元素， 使不锈钢表面形成一层致密的氧化物保护膜，防止内部 的Fe与外界物质接触； Ni是防腐蚀元素，使不锈钢在 多种酸、碱、盐溶液中也能具有很好的化学稳定性和耐 腐蚀性。
思考
7.某些情况下(如海水中),不锈钢仍会生锈，为什么
如果放在海水中，因为含杂质，所以会形成原电池。 海水中的氯离子会使这种不锈钢发生腐蚀。不锈钢的 “不锈“是相对的，是与使用条件有关的。
思考
【练一练】
4、钢材可以用作桥梁的结构材料是因为它( B )
A. 有良好的导热性 B. 有一定的机械强度
C. 不易受空气和水的作用 D. 有良好的导电性
5、钢笔的笔头是合金钢，其笔头尖端是用机器轧出的便于使用 的圆珠体。为了改变笔头的耐磨性能，在笔头尖端点上铱金粒 ， 为区别钢笔而叫铱金笔，铱金笔是笔头用黄金的合金、笔尖用铱 的合金制成的高级自来水笔。下列说法中错误的是( C )
A. 钢笔的笔头不易被氧化，抗腐蚀性能好 B. 铱金笔的耐磨
性能比钢笔要好
C. 铱金笔的笔头和笔尖都是用纯金属制成的 D. 铱金笔经久 耐磨，书写时弹性特别好，是一种理想的硬笔
【练一练】
6、判断正误
(1)合金一定是不同金属熔合而成的具有金属特性的化合物( × )
(2)生铁的熔点比纯铁高，但机械强度和硬度比纯铁高( √ )
(3)青铜比纯铜的硬度低( × )
(4)生铁中的铁与纯铁的化学性质不同( × )
(5)地震灾区重建要使用大量钢材，钢材是合金( √ )
低碳钢—韧性好，强度低 强度高，韧性及
中碳钢 —
加工性好
硬 而 脆 ， 热 处 理 后
高 碳 钢
弹 性 好
在碳素钢中加入铬、锰、钨、镍、钼、 金 钢—钴、硅等合金元素(种类多，性能
小结：合金中某些成分的含量不同影响合金的性质
生铁 化学成分 铁、碳(含碳量2%~4.3%)
碳素钢
化学
成分
组成元素 差别大)
铁合金
含碳量
含 碳 量
组 成 元
合
钢
素

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