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(共30张PPT)
3.2.1 铁合金、新型合金
一、宏观辨识与微观探析
能从宏观上辨识合金与纯金属在性能的差异，从微观原子排列角度理解合金性能不同的原因；能区分不同类型合金，并依据其宏观性能分析微观结构变化。
二、变化观念与平衡思想
理解在纯金属中加入其他元素形成合金时，结构和性能发生变化的规律，认识合金形成过程中微观结构改变对宏观性能的影响，树立结构决定性质的变化观念 。
三、科学态度与社会责任
通过了解合金在生活、科技中的广泛应用，认识化学科学对推动材料发展、解决能源等社会问题的重要价值，培养科学态度和社会责任感 。
核心素养目标
重点：
1. 合金与纯金属在性能上的差异及原因
2. 生铁、钢的区别，碳钢分类及性能
3. 新型合金的特点与应用
难点：
1. 从微观原子排列角度解释合金硬度等性能不同于纯金属的原因
2. 依据合金元素作用，理解不同合金性能差异及应用原理
学习重难点
新课导入
“这些物品都是金属材料制成，它们有的坚硬耐用，有的轻巧抗腐蚀，为啥不同金属材料性能差别这么大？纯金属和合金有啥不一样？”
01 合金及其性质
合金及其性质
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特性的物质。
物理变化，合金中各成分保持各自原有的化学性质
具有金属光泽、良好的导电性、导热性和延展性
合金的特性
多数合金熔点低于其组分中任一种组成金属的熔点
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来加以调节
合金的导电性和导热性一般低于任一成分金属
一般比其组分中任一金属的硬度大
纯金属与合金的结构对性能的影响
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
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。
思考讨论
1. 结合结构模型，你能解释合金的硬度比纯金属大的原因吗？
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；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，导致合金的硬度变大。
02 铁合金
铁合金
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。
铁合金 含碳量 性能
生铁 2%～4.3% 硬度大，抗压，性脆，可铸造
钢 0.03%～2% 良好的延展性，机械性能好，可锻造
含碳量不同
生铁和钢的用途
生铁是制造机座、管道的重要材料
钢广泛用于制造机械和交通工具等。
钢的分类
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。
钢的分类
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。
强度、硬度大
可塑性、韧性好
耐磨
耐腐蚀
钢的分类
合金钢
不锈钢
(Fe、C、Cr、Ni)
锰钢
(Fe、C、Mn、Si)
硅钢
(Fe、C、Si)
抗腐蚀性强，制造医疗器械、厨房用具和餐具、地铁列车的车体等
韧性好，硬度大，制钢轨、轴承、钢模和坦克等
导磁性好，制变压器、发电机和电动机中的铁芯等
超级钢
(Fe、C、Mn、Al、V)
强度高、延展性好，用于汽车、航空和航天等领域
思考与讨论
2. 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。
组成合金的元素种类相同，但含量不同，结构不同，性能也不同若要研究新的合金材料，可以从添加元素种类和含量入手分析；研究物质的性能应从研究物质的结构入手，研制新材料的过程中应加强对组成元素的定性和定量研究等。
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
03 新型合金
储氢合金
储氢合金是一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。
具有实用价值的储氢合金的要求：储氢量大，金属氢化物既容易形成，稍稍加热又容易分解，室温下吸、放氢的速率快，如 Ti-Fe合金和La-Ni合金等。
价值：解决了H2的安全储存和运输问题。
储氢合金
钛合金
主要性质：熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好、抗腐蚀性能强等。
用途：广泛应用于火箭、导弹、航天飞机、船舶和通信设备等。
耐热合金
主要性质：高温下具有高的抗氧化性、抗蠕变性与持久强度。
用途：主要应用于航空、舰艇、火箭等领域。
形状记忆合金
主要性质：在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前的原始形状。
用途：在航空航天、临床医疗等领域有着广泛的应用，如宇宙飞船的天线、人造骨骼、心脏修补器、手术缝合线等。
形状记忆合金
随堂练习
1. 下列关于合金的叙述正确的是( )
① 具有金属的特性　② 通过熔合而成　③ 含有两种或两种以上金属或金属与非金属　④ 一般来说，合金的熔点比各成分的熔点低
A. ① ② B. ③ ④
C. ② ③ ④ D. 全部
D
随堂练习
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
B
随堂练习
3. 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
随堂练习
4. 某合金与铁的物理性质的比较如表所示：
已知该合金耐腐蚀、强度大。从以上性能看，该合金不适合制( )
A. 导线 B. 门窗框 C. 炉具 D. 飞机外壳
A
随堂练习
5. 北宋沈括对生铁炼钢有这么一段评价：“世间锻铁所谓钢铁者，用柔铁屈盘之，乃以‘生铁’陷其间，泥封炼之，锻令相入，谓之‘团钢’，亦谓之‘灌钢’。此乃伪钢耳…”下列说法正确的是( )
A. 生铁和钢都是铁的含碳合金，钢中碳的含量较高
B. 通过炼制和锻打，可以调节铁中元素的组成、元素的含量等来改变
铁的性能
C. 高碳钢的韧性较好，低碳钢的硬度较大
D. 不锈钢是一种常见的合金钢，它的合金元素主要是钨(W)和硅(Si)
B
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