資源簡介

(共33張PPT)
第三章 鐵 金屬材料
第二節 金屬材料
第1課時
本節重、難點
2
1
鐵合金
新型合金
C919是中國首款按照國際通行適航標準自行研制、具有自主知識產權的噴氣式中程干線客機。研究報告顯示，C919所使用的主要材料中，鋁合金占比達到65%，鈦合金占比9.3%，超高強度鋼占比6.9%，復合材料占比11.5%。
制造飛機的材料中為什么大量使用鋁合金而不用純鋁？
鋁合金
合金
在金屬中加熱熔合某些金屬或非金屬制得的具有金屬特征的混合物。
概念
物理變化
故合金中各成分保持各自原有的化學性質
合金中至少含有一種金屬單質，合金可以由金屬與金屬熔合而成，也可以由金屬與非金屬熔合而成。
注意
例如：生鐵和鋼就是含碳量不同的兩種鐵合金。
你還記得什么是合金嗎？
不銹鋼護欄
鐵制護欄
合金
性能
與純金屬材料相比，合金具有優良的物理、化學或機械性能，合金除了具有熔點低、硬度大特點，其抗腐蝕能力一般強于組成它們的金屬
為什么合金硬度比成分金屬大？
純金屬結構模型
合金結構模型
純金屬內原子的排列十分規整
合金內原子層之間的相對滑動變得十分困難
制造飛機的材料中為什么大量使用鋁合金而不用純鋁？
純鋁，強度不夠，為了確保飛機的機身材質能夠抵抗得住高速飛行時的阻力壓強，又要兼顧減輕機體重量，所以選用了高強度的鋁合金。
鋁合金
合金
原子
大小和排列
硬度
熔點
……
決定
決定
01
微觀
結構
02
宏觀
性質
03
用途
初步認識合金的結構、性質和應用
生鐵
鋼
合金
鐵合金
種類
2%～4.3%
硬度大，抗壓，性脆，可鑄造成型
鐵、碳
制造機座、管道
含碳量：
性能：
化學成分：
應用：
合金
鐵合金
種類
生鐵
0.03%～2%
良好的延展性，機械性能好，可鍛軋和鑄造
鐵、碳
碳素鋼和合金鋼
制造機械、交通工具等
含碳量：
性能：
化學成分：
分類：
應用：
合金
鐵合金
種類
鋼
合金
鐵合金
種類
碳素鋼
鋼
含碳量不同
強度高，韌性及加工性好，用于制造鋼軌、車輪和建材等
0.3%<ω(c)<0.6%
中碳鋼
ω(c)<0.3%
韌性、焊接性好，但強度低，用于制造鋼板、鋼絲和鋼管等
低碳鋼
硬而脆，熱處理后彈性好，用于 制造器械、彈簧和刀具等
高碳鋼
ω(c)>0.6%
在碳素鋼里適量地加入一種或幾種合金元素，使鋼的組織結構發生變化，從而使鋼具有各種特殊性能，如強度、硬度大，可塑性、韌性好，耐磨，耐腐蝕等。
合金
鐵合金
種類
合金鋼
(特種鋼)
鋼
一種重要的合金鋼，合金元素主要是___和___，在大氣中比較穩定，不易生銹，抗腐蝕能力強，常用于制造：
合金
鐵合金
不銹鋼
鉻
鎳
廚房用具和餐具
地鐵列車的車體
醫療器材
不能，當銅開始熔化時，鈉已經氣化，所以二者不能形成合金
合金的性能可通過所添加的合金元素的種類、含量和生成合金的條件等來加以調節
純金屬所有原子的大小和形狀相同，原子排列十分規整；加入或大或小的其他元素的原子后，改變了金屬原子有規則的層狀排列，使原子層之間的相對滑動變得困難，導致合金硬度變大
請同學們思考討論以下問題并回答：
改進合金性能的常用措施有哪些？
問題1
合金比成分金屬的硬度大，原因是什么？
問題2
已知銅的熔點為1 083 ℃，鈉的沸點為883 ℃，試問銅與鈉能否形成合金？
問題3
元素
組成與含量
韌性
強度
合金
決定
決定
01
微觀
結構
02
宏觀
性質
03
用途
進一步認識合金的結構、性質和應用
為什么鐵合金、鋁合金是生活、生產中使用最廣泛的金屬材料？能否從原料來源的角度進行解釋？
鐵合金
自然資源
(金屬礦物)
調整組成
熔合
轉化
分離
金屬單質
合金
應用
決定
元素種類、含量
物理、化學、
機械性能
相應
應用領域
時間、溫度等
1
2
3
組成結構
熔合條件
決定
性質
用途
合金
深入認識合金的結構、性質和應用
新型合金
儲氫合金
記憶合金
鈦合金
耐熱合金
近年來，為滿足某些尖端技術發展的需要，人們又設計和合成了許多新型合金。
例如：
一類能夠大量吸收H2，并與H2結合成__________的材料。
如Ti-Fe合金、La-Ni合金，為氫氣作為能源的實際應用起到重要的推動作用。
新型合金
儲氫合金
儲氫合金
金屬氫化物
鈦合金、耐熱合金和形狀記憶合金等新型合金廣泛應用于航空航天、生物工程和電子工業等領域。
新型合金
其他新型合金
【例1】我國“蛟龍”號載人潛水器已成功下潛至海中7 062.68米處。“蛟龍”號載人潛水器的外殼是耐超高壓的鈦合金，下面有關合金的說法正確的是( )
A.鈦合金是一種新型金屬單質 B.鈦合金熔點比鈦金屬高
C.鈦合金的硬度與鈦單質相同 D.青銅、合金鋼和硬鋁都是合金
D
【例2】下列關于新型合金材料說法不正確的是( )
A.鑭鎳合金能大量吸收H2形成金屬氫化物，可作儲氫材料
B.鈦合金生物相容性好，強度大，可作人造骨骼
C.形狀記憶合金可在使合金發生形變的作用力消失后恢復原狀
D.利用合金的熔點低于成分金屬這一特點可制得耐熱合金
D
銠極其稀有，銠具有高熔點和驚人的耐腐蝕能力。這種銀色屬通常因為其反射特性被使用。如今，它的價格大約是黃金的四倍。
特征：銀白色，堅硬，耐腐蝕
生產國：南非，俄羅斯，加拿大和其他生產國
用途：這種金屬通常用干照明行業，鏡子生產；在汽車行業中，用作催化劑，前照燈反射器它也被稱為珠寶，特別是“白金”的抗刮擦飾面。
世界上最昂貴的貴金屬
金屬銠
1．(2023·上海寶山·統考二模)關于生鐵和鋼的區別正確的是
A．生鐵屬于純凈物，鋼屬于混合物
B．生鐵比鋼的含碳量更高
C．生鐵比鋼彈性更好
D．生鐵屬于鐵-碳合金，鋼也是合金但不含碳
【答案】B
【詳解】A．生鐵也是混合物，且含碳量更高，A錯誤；
B．生鐵比鋼的含碳量更高(生鐵：>2%，鋼：0.03-2%)，B正確；
C．鋼彈性更好，C錯誤；
D．鋼中含碳，D錯誤。
故答案：B。
2．(2022上·河南·高一校聯考期中)下列成語不涉及化學變化的是
A．百煉成鋼
B．形影不離
C．鉆木取火
D．水滴石穿
【答案】B
【詳解】A．煉鋼的過程生鐵中的碳被氧氣氧化，有新物質生成，發生了化學變化，A不符合題意；
B．形影不離說的是光沿直線傳播原理，屬于物理現象，不涉及化學變化，B符合題意；
C．“鉆木取火”涉及燃燒，有新物質生成，發生了化學變化，C項不符合題意；
D．“水滴石穿”說的是碳酸鈣與水和空氣中二氧化碳發生了化學變化，D項不符合題意；
故選B。
3．(2021上·黑龍江牡丹江·高二牡丹江市第三高級中學校考階段練習)北京奧運會主場館“鳥巢”堪稱建筑上的一個奇跡，它的主要建筑材料是合金。下列物質中屬于合金的是
A．金
B．銀
C．鋼
D．銅
【答案】C
【詳解】金、銀、銅屬于金屬單質，鋼屬于鐵和碳的合金，故答案選C。
4．(2023上·新疆昌吉·高一校考期末)2022年北京冬奧會上，我國短道速滑隊所用冰刀材料是特殊的鋼材料。下列說法中正確的是
A．該合金熔點比純鐵熔點高
B．該合金硬度比純鐵高
C．該合金碳含量比生鐵高
D．該合金含碳量為2%~4.3%
【答案】B
【詳解】A．合金的熔點通常比成分金屬低，A錯誤；
B．該鋼材料合金硬度比純鐵高，B正確；
C．鋼材料的含碳量小于生鐵，C錯誤；
D．鋼的含碳量通常為0.03%~2%，D錯誤；
故答案選B。
5．(2021上·遼寧沈陽·高一校聯考階段練習)北宋沈括對生鐵煉鋼有這么一段評價：“世間鍛鐵所謂鋼鐵者，用柔鐵屈盤之，乃以生鐵陷其間，泥封煉之，鍛令相入，謂之“團鋼”，亦謂之“灌鋼”。此乃偽鋼耳……”，下列說法正確的是
A．生鐵和鋼都是關于鐵的含碳合金，鋼中碳的含量較高
B．通過煉制和鍛打，可以調節生鐵中元素的組成、元素的含量等來改變生鐵的性能
C．高碳鋼的韌性較好，低碳鋼的硬度較大
D．不銹鋼是一種常見的合金鋼，它的合金元素主要是鎢(W)和硅(Si)
【答案】B
【詳解】A．生鐵和鋼都是鐵的含碳合金，鋼中碳的含量在0.03%～2.0%之間，生鐵中碳的含量在2.0%～4.3%之間，所以生鐵的碳含量高于鋼的碳含量，故A錯誤；
B．通過煉制和鍛打，可以降低生鐵中含碳量，除去生鐵中有害元素P、S，調整生鐵中Si、Mn的含量，這樣的鐵有韌性、可鍛軋、可延壓，故B正確；
C．根據含碳量的不同，碳素鋼可分為高碳鋼、中碳鋼、低碳鋼，其中高碳鋼硬度較大，韌性較差，低碳鋼，硬度較小，韌性較強，故C錯誤；
D．不銹鋼是一種常見的合金鋼，它的合金元素主要是鉻(Cr)、鎳(Ni)，常用來制造醫療器械、餐具等，故D錯誤；
合金
鐵合金
新型合金
概念
性能
種類：生鐵、鋼
結構
碳素鋼
合金鋼(特種鋼)
低碳鋼：ω(c)<0.3%
中碳鋼：0.3%<ω(c)<0.6%
高碳鋼：ω(c)>0.6%
儲氫合金
鈦合金
記憶合金
耐熱合金
第二節
金屬材料
第1課時
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