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(共24张PPT)
《课题 1 金属材料》
目录
认识金属材料与人类文明
探究金属的物理性质
理解金属用途的决定因素
认识合金及其重要性
常见合金的应用与新型合金展望
总结金属材料的选择原则
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认识金属
材料与文明
生活应用
■ 厨房用具：
① 锅、壶、刀具 多由不锈钢或铁制成
② 灶具、水龙头 常含铜或镀铬层
■ 交通与科技：
● 汽车框架 → 使用高强度合金钢
● 电线导体 → 多为导电性优良的铜或铝
发展历程
青铜时代
■ 标志性突破：
人类首次掌握金属冶炼技术，以铜锡合金铸造工具与兵器。
■ 代表文物：
如东汉青铜奔马，展现高超工艺与艺术成就。
铁器时代
■ 生产力飞跃：
因硬度高、资源广，逐步取代青铜，广泛用于农具与武器。■
工程奇迹：如沧州
铁铁狮子，体现古代大型铸铁技术的成熟。
文化价值
青铜奔马
■ 又称“马踏飞燕”，为东汉晚期青铜杰作。
■ 融合力学平衡与艺术美感，现为中国旅游标志。 展现古代失蜡法铸造工艺的精湛水平。
沧州铁狮
■ 铸造于公元953年，高5.3米，重约40吨。
■ 采用分节叠铸法，代表10世纪世界铸铁技术高峰。是研究古代冶金与雕塑艺术的重要实物遗产。
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探究金属
解锁物理之谜
金属特性差异
颜色多样性
★ 常见金属颜色：
① 铜 紫红色
② 金 金黄色
③ 铁、铝 银白色
● 不同色泽决定其装饰性用途，如金用于首饰。
物态特殊性
★ 唯一液态金属：
① 汞 常温下为液体
② 应用于温度计、气压计等精密仪器
● 多数金属为固体，汞是特例。
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用途的抉择
不只是性质说了算
为何选铁？
■ 核心原因：
① 硬度高：铁比铝更硬，能承受反复敲击和切割
② 耐磨性强：菜刀刃口不易卷曲变形
③ 成本适中：远低于铜、钛等金属，适合大规模制造
● 铝太软 → 易弯曲变形
● 铅有毒且更软 → 完全不适用
电线为何选铜？
性能维度
■ 导电性：
银（100）略优于铜（99），但差距极小。
■ 物理稳定性：
铜延展性好、强度高，易于拉丝与布线；银较软、易氧化，长期使用可靠性低。
■ 耐候性：
铜表面氧化膜致密，可缓蚀；银硫化变黑影响接触电阻。
经济与资源维度
■ 价格对比：
银价约414万元/吨，铜仅5.47万元/吨，相差近80倍。
■ 储量与开采：
全球铜年产量约1881万吨，银仅2193吨，稀缺性悬殊。
■ 回收价值：
铜回收率高、工艺成熟；银易分散流失，回收成本高。
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认识合金
金属世界的升级版
合金的定义与制备
■ 什么是合金？
在一种中加热熔合其他金属或非金属，得到的具有金属特征的混合物。
■ 制备本质：→ 不是简单混合，而是高温下原子级融合纯金属
→ 类似厨师调和多种调料提升菜品品质→ 纯金属仅90余种，合金已达数千种
类别 物质 熔点 /℃
纯金属 铅 327
纯金属 镉 321
纯金属 铋 271
纯金属 锡 232
合金 焊锡 183
合金 武德合金 70
生铁与钢的奥秘
成分与特性
■ 生铁：
含碳量2%～4.3%，还含硅、锰等杂质
→ 性能：硬而脆，抗压不抗拉
→ 典型应用：机床底座、铁锅、暖气片
■ 钢：
含碳量0.03%～2%，可添加铬、镍等元素
→ 性能：强韧兼备，延展性好、可塑性强
性能与用途
■ 生铁用途：
● 铸造性能优异 → 适合制作形状复杂铸件
● 耐磨性好 → 常用于轧辊、犁铧等农具
■ 钢的用途：
● 强度高、韧性好 → 建筑钢筋、桥梁钢架
● 添加铬镍 → 不锈钢厨具、医疗器械
实验见证合金之优
硬度测试
用铜片与黄铜片互相刻画：
→ 铜片表面留下明显划痕
→ 黄铜片表面无损伤
★ 结论：合金硬度＞纯金属 应用：刀具、齿轮需高硬度材料
耐腐蚀对比
将铁片与不锈钢片同时浸入盐水中24小时：
→ 铁片表面出现红褐色锈斑
→ 不锈钢片光亮如初
★ 结论：合金抗腐蚀性显著增强
延展性验证
取相同尺寸铝片与硬铝片弯曲测试：
→ 铝片易弯折但易断裂
→ 硬铝片可反复弯曲不变形
★ 结论：合金强度与韧性协同提升
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应用与展望
从生活到未来
常见合金
不锈钢
■ 主要成分：
● 铁、铬、镍
■ 核心性能：
● 抗腐蚀性强、不易生锈
■ 典型用途：
● 医疗器械、炊具、反应釜
黄铜
■ 主要成分：
● 铜、锌
■ 核心性能：
● 强度高、耐腐蚀性好
■ 典型用途：
● 机器零件、仪表、日用品
硬铝
■ 主要成分：
● 铝、铜、镁、硅
■ 核心性能：
● 硬度大、强度好、密度小
■ 典型用途：
● 飞机、火箭、轮船制造业
钛合金应用
■ 突出性能：
① 密度小 质轻而坚固
② 耐高温 熔点高达1668℃
③ 抗腐蚀 海水中长期不生锈
④ 生物相容性 可植入人体无排异
■ 应用场景：
★ 航天飞机、导弹外壳
★ 人造骨、人工关节组件
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选择原则
从性质到应用的权衡
多维决策
经济性：价格
★ 成本控制：
① 铁产量大 → 价格低廉
② 金稀有 → 成本高昂
③ 电线用铜而非银，兼顾导电与成本
可持续性：资源
★ 储量与再生：
① 铝占地壳7% → 资源丰富
② 回收铝节能95%
③ 合理开发避免枯竭
功能性：美观
★ 视觉与设计：
① 金饰光泽稳定 → 高端装饰
② 不锈钢具现代感
③ 表面处理提升质感
社会责任：环保
★ 环境友好：
① 废电池重金属污染
② 可回收设计减少排放
③ 生产过程节能减排
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知识整合
金属材料的选择依据
物质性质：参考硬度、导电性、熔点、延展性等特性
使用需求：匹配工具强度、导线传导、耐高温部件等功能
外部因素：考虑价格、资源储量、回收利用、环境保护
典型实例：铁制刀具（利用硬度）、铜质导线（利用导电性）、钛合金人工骨（利用生物相容性）
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