資源簡介

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第三章 鐵 金屬材料
第二節 金屬材料
課時1 鐵合金
學習目標
了解合金的概念，并能聯系純金屬與合金的微觀結構解釋二者性能的差異
01
以鐵合金為例，能從元素組成上對合金進行分類，并認識不同類型金屬材料組成、性能與應用的聯系，強化性能決定用途的觀念
02
金屬材料的使用并不僅僅局限于我們熟悉的金、銀、銅、鐵、鋁這幾種，有很多其他的金屬現已被廣泛應用，讓我們走進教材，學習鐵合金、鋁和鋁合金、新型合金。
01
鐵合金
1.金屬具有許多共同的物理性質，如不透明、有金屬光澤、___________、___________、有_________性。
2.生產生活中應用較多的合金是_____________，歷史上應用最早的金屬是_________。
易導電　
易導熱　
延展　
生鐵和鋼　
銅　
知識回顧
合金的結構、性質和應用
宏觀性質
硬度
熔點
........
微觀結構
原子
大小和排列
決定
決定
用途
合金的概念和特性
概念 由兩種或兩種以上的________(或________________)熔合而成的具有________特性的物質
性能 硬度 硬度一般________它的純金屬成分
熔點 熔點一般________它的成分金屬
與純金屬材料相比，合金具有優良的物理、化學或機械性能
金屬　
金屬與非金屬　
金屬　
大于　
低于　
為什么合金硬度比成分金屬大？
在純金屬內加入其他元素形成合金以后，結構發生了變化，使合金的性能與純金屬有很大的差異。
例1人類的日常生活中離不開合金，下列物質中不屬于合金
的是( )
A．用于門窗框架上的硬鋁 B．用于冶煉金屬鐵的赤鐵礦
C．用于生產鐵鍋的生鐵 D．用于制造手術刀的不銹鋼
解析：硬鋁是鋁和銅、鎂等熔合而成的合金；赤鐵礦的主要成分是氧化鐵，氧化鐵屬于氧化物；生鐵和不銹鋼是鐵和碳等物質形成的合金。
B
例2下列關于合金的說法正確的是（ ）
①合金只能由兩種或兩種以上的金屬組成 ②合金具有金屬特性 ③碳
鋼和生鐵的主要成分相同，故性能相同 ④改變原料的配比及生成合金
的條件，可得到具有不同性能的合金
A．②③ B．②④ C．①② D．①④
解析：①合金可由兩種或兩種以上的金屬或者金屬與非金屬熔合而成，故錯誤；②合金是指在一種金屬中加熱熔合其他金屬或非金屬而形成的具有金屬特性的物質，故正確；③碳鋼和生鐵含碳量不同，含碳量越高，硬度越大，因此兩者的性能不同，故錯誤；④合金的性質與合金的原料配比以及制造工藝有關，所以改變原料的配比、變更制造合金的工藝，可以制得具有不同性能的合金，正確；故選：B。
B
生鐵鑄造的下水井蓋
不銹鋼制造的地鐵列車車體
不銹鋼餐具
【鐵合金】主要由碳元素和鐵元素，以及少量其他元素融合而成的合金。
【煉鋼的發展史】
鐵合金的分類
鐵合金 分類 含碳量 性能 用途
生鐵 2%～ 4．3% ________大、抗壓，性脆、可鑄造成型 制造________和管道等
鋼 0.03% ～2% 良好的________性，機械性能好，可鍛軋和鑄造 制造機械和交通工具
硬度　
機座　
延展　
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。
合金鋼
(特種鋼)
鋼
鋼的分類—合金鋼
名稱 主要元素 主要特性 主要用途
★不銹鋼
超級鋼
錳鋼
硅鋼
鎢鋼
鐵、鉻、鎳
Fe、Mn、C、
Al、V
鐵、錳
鐵、硅
鐵、鎢
比較穩定，不易生銹，具有很強的抗腐蝕能力
強度很大，能夠實現鋼板的輕薄化
醫療器材、廚房用具和餐具、地鐵列車的車體材質等
汽車、航空和航天等領域
鋼軌、軸承、鋼模、挖掘機鏟斗、坦克裝甲
變壓器、發電機和電動機中的鐵芯
刀具
耐高溫、硬度大
韌性好，硬度大
導磁性好
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、彈篢和刀具等
高碳鋼
ω(c)>0.6%
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
為什么鐵合金是生活、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？
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
02
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：
了解儲氫合金工作原理
常溫、常壓吸收H2
升溫或減壓釋放H2
儲氫合金
金屬氫化物
合金的結構、性質和應用
性質
物理、化學、機械性能
熔合條件
組成結構
元素
種類、含量
決定
決定
用途
時間、溫度等
相應
應用領域
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。
其他新型合金
記憶合金
低溫下把半球形天線變形縮小體積裝入登月艙
組成：鎳（Ni）-鈦(Ti)
形變條件：溫度
性能：形變后遇高溫（或低溫）恢復形狀。
形狀記憶合金制成的移動跳躍的機器人
例1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
解析：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。
B
例2社會的進步與時代的發展充滿了人類智慧的結晶。下列有關
說法中錯誤的是（ ）
A．合金為純凈物，具有許多優良的物理、化學或機械性能
B．不銹鋼是最常見的一種合金鋼，不容易生銹。
C．商朝的“后母戊鼎”是我國較早使用的銅制品之一
D．近年來，人們又設計和合成了許多新型合金。如儲氫合金、鈦合
金等
A
解析：A．合金是混合物，具有許多優良的物理、化學或機械性能，A錯誤；B．不銹鋼是最常見的一種合金鋼且不容易生銹，B正確；C．后母戊鼎是我國較早使用的銅制品之一，C正確；D．隨著社會的發展，人們設計和合成了許多新型合金，如儲氫合金、鈦合金等，D正確；故答案選A。
例3下列說法正確的是（ ）
A．合金一般由多種元素組成，屬于化合物
B．常溫下，鋁制品耐腐蝕是因為鋁不活潑
C．新型儲氫合金因具有較大空隙，通過物理吸附大量H2而廣泛用
于新能源汽車行業
D．合金中加入其他元素原子后，使原子層之間的相對滑動變得困
難，導致合金的硬度變大
D
解析：合金是屬于混合物，A錯誤；常溫下，鋁制品耐腐蝕是因為鋁和空氣中氧氣生成一層致密的氧化膜，B錯誤；合金具有在吸氫化學反應時放出大量熱，而在放氫時吸收大量熱，新型儲氫合金吸氫是化學變化，C錯誤；合金內加入了其他元素或大或小的原子，改變了金屬原子有規則的層狀排列，原子層之間的相對滑動變得困難。一般合金比純金屬硬度更大、更堅固，D正確。
例4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5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
03
課堂總結
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
鐵合金
04
課堂檢測
1．合金的應用極大地促進了人類社會的發展。下列不屬于合金的
是( )
A．狗頭獸首銅像 B．柔性顯示屏(基礎材料：石墨烯) C．流通硬幣 D．潛水器外殼(鈦、鋁等)
B
解析：合金是由兩種或兩種以上金屬或金屬與非金屬熔合而成具有金屬特性的物質，據此解答。A．狗頭獸首銅像屬于合金，A錯誤；B．柔性顯示屏(基礎材料：石墨烯)不屬于合金，B正確；C．流通硬幣屬于合金，C錯誤；D．潛水器外殼(鈦、鋁等)屬于合金，D正確。答案選B。
2.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
解析：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。
3.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
解析：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。
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