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金属材料
金属材料
第二章 海水中的重要元素——钠和氯
课堂导入
代
公元前6000年青铜器时代
公元前500年
铁器时代
铝合金
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钛合金
20世纪
钢文明时代
未来
“材料改变世界”
人类社会的发展史就是生产生活使用的材料不断创新、不断进步的历史。
金属材料的发展历程
新知讲解
我们的生活中金属制品随处可见，例如防盗窗、窗框、眼睛框架，保温杯。
实际上，生活中的金属材料通常是合金，很少使用纯金属。
新知讲解
合金的形成改变了金属的内部结构，使合金的性能和纯金属有很大的差异。
纯金属只有一种金属原子，排列很整齐
合金中有多种原子，且原子的大小不同，原子排列不规则
掺杂其他原
子形成合金
1.合金是由 或 熔合而成的具有 的物质。
两种或两种以上的金属
金属与非金属
金属特性
新知讲解
合金
由两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}金属
K
Fe
熔点/℃
63.6
1535
沸点/℃
774
2750
判断： 下列说法是否正确，错误请说明理由
金属熔化成为合金的条件
（1）合金为纯净物
（2）合金至少含有两种金属元素
（3）任何金属都可以形成合金
合金为混合物
合金至少含有一种金属元素
×
×
×
新知讲解
2. 合金的特性
(1)一般情况下，合金比各成分金属的硬度大。
(2)多数合金的熔点一般比各成分金属的低。
(3)一般来说，合金的性能并不是各成分金属性能的总和，合金的物理、化学及机械性能优于各成分金属。
(4)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。
例如：生铁的熔点比纯铁的低；硬铝(Al、Cu、Mg、Mn、Si)的强度和硬度都比纯铝的大。
百炼成钢-铁合金
新知讲解
铁合金
根据含碳量
生铁
钢
碳素钢
合金钢
含碳量 2％～4.3％
硬度大、
抗压、性脆
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}低碳钢
中碳钢
高碳钢
ω(c)<0.3%
0.3%<ω(c)<0.6%
ω(c)>0.6%
韧性好、焊接性好
强度高、韧性好、加工性好
硬度大、热处理后弹性好
钢板、钢丝、钢管
钢轨、车轮、建材
器械、弹簧、刀具
含碳量越高，硬度越大；含碳量越低，韧性越好。
含碳量 0.03％～2％
碳素钢
新知讲解
合金钢
也叫特种钢
在碳素钢中加入铬、锰、钨、镍、钼、钴、硅等元素
新知讲解
超级钢
　 我国现在生产的超级钢强度高达2200兆帕，超越了美、德、日等国的1100兆帕。钢材性能提升一倍，用途广泛，且成本低，适用于生产航母甲板、核潜艇的不二之选。
思考与讨论
在碳素钢中，由于含碳量不同，高碳钢、中碳钢和低碳钢的性能有很大差异；向碳素钢中加入不同的合金元素，可制得不同性能的合金钢。这对你有什么启示？与同学讨论。
启示：
⒈合金元素不同，其性能不同；
⒉结构决定性能，性能决定其用途；
⒊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。
新知讲解
复兴号车身基本为铝合金材料，我们在选择金属材料时，除了考虑硬度、强度、延展性和耐腐蚀性等，还需要考虑什么因素？
经济、质轻
地壳中含量最多的金属元素
储量大
价格低
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}金属材料
价格（元/每吨）
普钢
3360（北京）
铜合金
68150（广州）
锌合金
25130（上海）
铝合金
18900（沈阳）
钛合金
9500（宝鸡）
新知讲解
铝合金
铝合金是目前用途广泛的合金之一，硬铝是在铝中添加了一定比例的___、____、____、___，密度___，强度___，具有较强抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
Cu
Mg
Mn
Si
小
高
新知讲解
3. 铝
金属铝的物理性质
常温下为固体
银白色金属
延展性好
质地软
具有金属光泽
是电和热的良导体
新知讲解
Al
Al3+
结构
性质
决定
Al
活泼性：
Fe
>
4Al+3O2 2Al2O3
还原性，活泼
易失去3e-
新知讲解
铝的化学性质
1. 与非金属单质（O2、Cl2、S等）
与O2：4Al+3O2 === 2Al2O3
与Cl2：2Al+3Cl2 ===2AlCl3
点燃
与S：2Al+3S === 2Al2S3
点燃
2. 与盐（可置换出还原性较差的金属，如Cu）
与CuSO4：2Al+3CuSO4===3Cu+Al2(SO4)3
新知讲解
在一支试管中加入5 mL盐酸，再向试管中放入一小块铝片。观察现象。过一段时间后，将点燃的木条放在试管口，你观察到什么现象？
实验现象:
化学方程式:
实验结论:
铝和氧化铝都能与酸反应。
铝片逐渐溶解，一段时间后产生气泡且速率由慢到快，将燃着的木条放在试管口，有爆鸣声（说明有氢气生成）。
Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O
2Al+6HCl=2AlCl3 + 3H2↑
新知讲解
问题1.铝为较活泼金属，其制品的耐腐蚀性从何而来？
铝被氧化后在表明生成一层致密的氧化层，阻止铝继续被氧化，因此铝具有良好的抗腐蚀性。而铁被氧化后，在表面形成疏松多孔的铁锈，能吸收水分和二氧化碳以及氧气，加速内部铁的持续氧化
新知讲解
钛合金
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：
组成：以钛为基础加入其他金属元素（常有：钼、钒、铬、锰、铜、铁、硅等）
性质：强度高 热强度高、抗腐蚀性好
用途：航天器的燃料贮箱、构架和火箭壳体，人造地球卫星、登月舱、载人飞船和航天飞机。
新知讲解
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：
组成：以镍为基础加入Fe, C, Co
性质：耐高温
用途：航空、舰艇和工业用燃气轮机的涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘、高压压气机盘和燃烧室等 高温部件
新知讲解
储氢合金
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：
组成：常见以Mg, Ti, Nb, V, Zr和稀土类金属为主，添加Cr, Fe, Mn, Co, Ni, Cu
性质：易活化，吸氢量大；
用途：贮存氢气
新知讲解
记忆合金
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：
组成：Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si
性质：超弹性
用途：航空航天、生物医疗
畅想未来
1.如果你是金属材料工程师，还想研制具有哪些优良性能的金属材料呢？
2.稀土元素又被称为“新材料的宝库“、”冶金工业的维生素”，请查阅资料以“你眼中的稀土元素”（写一篇小论文）
随堂练习
1.下列物质中，不属于合金的是(　　)
A.硬铝 B.黄铜 C.钢铁 D.水银
D
2.下列说法不正确的是(　　)
A.铝合金的硬度和强度均比铝单质的大
B.铝制器皿可长期盛放酸梅汤和碱水等
C.铝合金可用于制造汽车车轮的骨架等
D.硬铝是含有Al、Cu、Mg、Si、Mn等元素的铝合金
B
随堂练习
C
3.日常生活中常用铝制炊具，它质轻且坚固耐用，其原因是(　　)
A.铝制品表面涂有一层油，可以保护铝不受腐蚀
B.铝很不活泼，不易与其他物质反应
C.铝制品表面有一层致密的氧化物薄膜，起保护作用
D.铝虽然很活泼，但只有在高温下才能反应
随堂练习
C
4.下列说法正确的是(　　)
A．高碳钢的含碳量大于2%
B．生铁既可铸造也可锻造
C．生铁和钢都属于铁合金
D．生铁是用途最广的合金
随堂练习
B
5.把镁粉中混有的少量铝粉除去，应选用的试剂是(　　)
A.稀盐酸　　　　　　
B.烧碱溶液
C.硫酸铝溶液
D.水

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