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铁合金
第三章 铁 金属材料
1.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；
2.掌握铁合金的分类及性能；
学习目标
人类使用材料的进化顺序
材料的分类
金属材料
非金属材料
合成高分子材料
合金材料
纯金属
石器时代
铜器时代
铁器时代
合成材料
材料
新课导入
复合材料
新课导入
金属材料
具有金属光泽，大多数金属为银白色(铜：紫红色，金：黄色)。
大多数金属为固体(汞：液体)。
具有导电性、导热性和延展性。
新课导入
多功能军工刀
高压钠灯
铜导线
铁锅
不锈钢锅
钛合金羽毛球拍
镍合金门锁
铂合金首饰
钠钾合金
人们在生活和生产中使用的金属材料多为合金，它是由金属单质加工获得的。
一、合金的定义与结构
1．定义：是一种金属与另一种金属（或非金属）经过混合融化冷凝得到的具有金属性质的产物。
①混合物
①不发生反应（物理变化）
①导热性
②导电性
一、合金的定义与结构
2．性质
合金具有许多优良的物理、化学及机械性能。
硬度大、熔点低、密度小、耐磨、耐腐蚀等
⑷使用不同的原料，改变原料的配比或改变生成合金的条件，都可以得到不同性能的合金。
⑶导电性和导热性低于任一组分金属。
⑴金属合金的硬度一般比它的各成分金属要大。
⑵多数合金的熔点比它的各成分金属要低。
合金在工业上的用途比纯金属更广、更重要。
合金的化学性质与组成合金的各成分金属的化学性质相似.
一、合金的定义与结构
3．合金的结构对性能的影响
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。
纯金属内原子的排列十分规整
合金内原子层之间的相对滑动变得困难
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
掺杂其他原子
形成合金
使得原子之间相互作用力减小，原子层之间的相对滑动变得困难
熔点变小，硬度变大。
所谓合金，就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔化状态下形成的一种熔合物，下表为四种金属的熔、沸点：
Na Cu Al Fe
熔点(℃) 97.5 1 083 660 1 535
沸点(℃) 883 2 595 2 200 3 000
根据以上数据判断其中不能形成合金的是(　　)
A.Cu和Al B.Fe和Cu
C.Fe和Na D.Al和Na
解析:两种金属若形成合金，一种金属的熔点不能超过另一种金属的沸点。
1083→2200
1535→2595
660→883
C
学以致用
二、铁合金
铁合金
生铁
钢
硬度大
抗压
性脆
可铸造成型
延展性好
机械性能好可锻轧和铸造
用生铁铸造的下水井盖及管件
不锈钢餐具
二、铁合金
生铁和钢是含碳量不同两种铁碳合金，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
铁
合
金
生铁：含碳量2％～4.3％
钢：含碳量0.03％～2％
生铁硬度大、抗压、性脆、可以铸造成型，是制造机座、管道的重要材料；
钢有良好的延展性，机械性能好，可以锻轧和铸造，广泛用于制造机械和交通工具等；
含碳量不同
钢
碳素钢
合金钢
低碳钢
中碳钢
高碳钢
(低于0.3%)
(0.3%~0.6%)
(高于0.6%)
韧性、焊接性好，但强度低，用于制造钢板、钢丝和钢管等
强度高，韧性及加工性好，用于制造钢轨、车轮和建材等
硬而脆，热处理后弹性好，用于制造器械、弹簧和刀具等
（根据含碳量不同）
碳素钢的含碳量越高，硬度越大；含碳量越低，韧性越好。
二、铁合金
含碳量越高，硬度越大；含碳量越低，韧性越好。
钢是用量最大、用途最广的合金，根据其化学成分，可分为两大类
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。
二、铁合金
碳素钢
添加元素
合金钢
特种钢
不锈钢（铬18%、镍8%）
稳定，抗腐蚀性好
医疗器材
厨房用具和餐具
304不锈钢
地铁列车的车体
锰钢（Mn12% 、Si 0.7%)
韧性好、硬度大
钨钢（W18%)
耐高温、硬度大
添加的合金元素的种类、含量不同
性质不同
用途
钢中合金元素的主要作用
合金元素 主要作用
铬(Cr) 增强耐磨性和抗氧化性；增强高温强度；提高高碳钢的耐磨性等
锰(Mn) 防止硫引起的脆性；增强钢的强度和韧性等
钼(Mo) 降低脆性；增强高温强度；提高红热时的硬度和耐磨性等
钨(w) 提高高温时的强度和硬度；增强工具钢的耐磨性等
钴(Co) 提高红热时的硬度和耐磨性；用于制造磁性合金等
镍 (Ni) 增强低温时的韧性；改变高铬钢的内部结构等
硅(si) 提高低合金钢的强度和硬度；增强高温时的抗氧化性等
二、铁合金
化学与职业
在一些金属材料研究机构，有一批工程师专门从事金属材料的测试工作。他们运用各类高精度化学检测仪器或化学检测方法，对合金等金属材料或冶炼产品中的微量、常量杂质元素，以及金属材料中
C、H、O、N、S 的含量等进行定性和定量分析，
以获得金属材料的组成及其含量，为一些研究单位
和企业提供相关的分析测试数据和质量检测结果等。
例如，若需要对某不锈钢进行等级判断，测试工程师
可测出其中的某些组成元素及其含量，并根据标准确
定不锈钢的等级。
测试工程师
测试工程师在工作
超级钢
组织细密，强度高，韧性大
国家大剧院的整座超级钢外壳
2017年8月24日，我国宣布已经成功完成某种性能优异的超级钢的研制，这种超级钢中含Mn 10%、C 0.47%、Al 2%、V 0.7%，具有优异的强度和延展性，在应用时能够实现钢板的轻薄化
科学.技术.社会
随堂训练
【例1】港珠澳大桥的建成创下多项世界之最，其中仅大桥主梁使用钢材42万吨。下列材料中不属于铁合金的是(　　)
A．生铁 B．铁锈
C．不锈钢 D．铁锰合金
B
【例2】下列关于合金的说法中，正确的是:( )
A．合金的硬度一般比其各成分金属的硬度高，熔点一定比其各成分金属的熔点低
B．合金的物理性质一般与其各成分金属的物理性质相同
C．生铁的含碳量为0.03%~2%
D．目前世界上用途最广、使用量最大的合金是钢
D

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