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(共22張PPT)
第三章鐵金屬材料
第一節金屬材料
3.2.1鐵合金
學習目標
1、認識合金的含義及常見合金
2、認識鐵合金的組成、性能與應用的聯系
石器時代 銅器時代 鐵器時代 合成材料
鐵，鋁，銅等
鐵合金，鋁合金等
玻璃，水泥，陶瓷
新型陶瓷，單晶硅等
功能高 分子材料
1、你知道人類使用材料的進化順序嗎 材料可以分為哪些 類別了
分離膜
傳感膜
熱電膜
仿生材料 隱形材料 液晶材料 智能材料
傳統無機非金屬材料 新型無機非金屬材料
思考
合成高分子材料
純金屬
合金材料
材 料
非金屬材料
金屬材料
2、舉例生活中經常使用的金屬材料，它們有哪些重要性質和 功能
對金屬材料的使用不僅僅局限于金屬單質，使用更廣泛的是合金材料
思考
鎳合金門鎖
鉑合金首飾
合金是由兩種或兩種以上的金屬(或金屬和非金屬 )熔合而成的具有金屬
一、合金
1、定義
鋼鐵材料 鋁合金輪轂
特性的物質(混合物)
鈦合金羽毛球拍
鋁合金鍋
(1)合金的硬度，抗腐蝕能力及機械性能一般優于各成分金屬
(2) 合金的熔點一般低于它的各成分金屬
(3)合金的導電性和導熱性低于成分金屬
(4)合金具有各成分金屬的化學性質，合金一定是混合物
3、為什么合金硬度比成分金屬大
2、合金的特性
思考
合金內原子層之間的 相對滑動變得困難
純金屬內原子的 排列十分規整
在純金屬內，所有原子的大小和形狀都是相同的，原子的排列十分規
整。而合金內加入其他元素的原子大小不一，改變了金屬原子有規則 的層狀排列，使原子層與層之間相對滑動變得困難，導致合金的硬度 變大。
摻雜其他原子
形成合金
合金中有多種原子， 且原子的大小不同， 原子排列不規則
微觀上原子的排列不同，導致了宏觀上金屬材料的性能不同
純金屬只有一種金屬 原子，排列很整齊
決定 合金的
微觀結構
(原子的大小和排列)
合金的
宏觀性質 (硬度，熔點….)
合金 的用途
決定
【幾點強調】
①構 成合金的成分不一定是兩種或兩種以上的金屬，也可以是金屬與
非金屬，合金中一定含金屬元素，可能含非金屬
②合金的性質不是各成分金屬的性質之和。合金具有許多良好的物理、 化學和機械性能，在許多方面不同于各成分金屬，不是簡單加合；但 在化學性質上，一般認為合金體現的是各成分金屬的化學性質
③ 并非所有的金屬都能形成合金，兩種金屬形成合金，其前提是兩種
金屬在同一溫度范圍內都能熔化，若一 種金屬的熔點大于另一種金屬
④合金一定是混合物，沒有固定的熔點
⑤常溫下，多數合金是固體，但鈉鉀合金是液體
的沸點，則二者不能形成合金
【幾點強調】
⑥合金與純金屬性能上存在差異的原因：在純金屬內加入其他元
素形成合金以后，結構發生了變化。調節方法：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。
【練一練】
1、C919 大型飛機采用了大量新型材料鋁鋰合金。下列關于鋁鋰合金 的說法不正確的是( D )
A. 鋁鋰合金是鋁與鋰形成的混合物 B. 鋁鋰合金的硬度比鋰大
C. 鋁鋰合金的熔、沸點比鋁低 D. 鋁鋰合金耐酸堿腐蝕
2、某合金與鐵的物理性質的比較如下表所示，還知該合金耐腐蝕、 強度大，從以上性能看，該合金不適合做( A )
熔點 /℃ 密度 (g/cm ) 硬度(金剛石為 10)
導電性(銀為100)
某合金 2500 3.00 7.4
2.3
鐵 1535 7.86 4.5
17
【練一練】
3、所謂合金，就是不同種金屬(也包括一些金屬和非金屬)在熔融 狀態下形成的一種熔合物。根據下列四種金屬的熔、沸點，判斷 其中不能形成合金的是( C )
A.Cu 和Al B.Fe 和Cu C.Fe 和Na D.Al 和Na
Na Cu Al
Fe
熔點/℃ 97.5 1083 660
1535
沸點/℃ 883 2595 2200
3000
指鐵(含量高) 與其他金屬或非金屬熔合而成的一類合金；生鐵和 鋼是含碳量不同的兩種常見的鐵碳合金
生鐵鑄造的下水井蓋 不銹鋼餐具 不銹鋼制造的地鐵列車車體
二、鐵合金(鐵碳合金)
1、組成
鐵合金 分類 含碳量 性能
用途
生鐵 2%～4.3% 硬度大 、抗壓，性脆、 可鑄造成型
制造機座 和管道等
鋼 0.03%～2% 良好的延展性 ，機械性 能好，可鍛軋和鑄造
制造機械和 交通工具
【注意】鋼是用量最大、用途最廣的合金；鐵合金中碳含量影響鐵 合金的性質
2、生鐵和鋼
生鐵
鋼根據化學成分，可分為兩大類碳素鋼和合金鋼
①碳素鋼根據含碳量不同可分為高碳鋼、中碳鋼和低碳鋼，其性能
和用途如下
含碳量
性能及用途
低碳鋼 低于0.3%
韌性、焊接性好，但強度低，用于制造鋼板， 鋼絲和鋼管等
中碳鋼 0.3%～0.6 %
強度高，韌性及加工性好，用于制造鋼軌、車 輪和建材等
高碳鋼 高于0.6%
硬而脆，熱處理后彈性好，用于制造器械、彈
簧和刀具等
【注意】鋼的含碳量越低，韌性越好，硬度越低；含碳量越高，韌性 越差，硬度越高。
(1)碳素鋼和合金鋼
名稱 主要元素 主要特性
主要用途
*不 銹鋼 鐵、鉻、鎳 比較穩定，不易生銹， 具有很強的抗腐蝕能力
醫療器材、廚房用具和餐具、 地鐵列車的車體材質等
超級 鋼 Fe、Mn、C Al、V 鋼軌、軸承、鋼模、挖 掘機鏟斗、坦克裝甲
汽車、航空和航天等領域
錳鋼 鐵、錳 韌性好，硬度大
強度很大，能夠實現鋼板的輕薄化
硅鋼 鐵、硅 導磁性好
變壓器、發電機和電動機中的鐵芯
鎢鋼 鐵、鎢 耐高溫、硬度大
刀具
②合金鋼也叫特種鋼，是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
4、結合74頁資料卡片以及75頁的思考討論，你得到了哪些啟 示
啟示1:合金元素不同，其性能不同；合金的性能可以通過 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，可以制得具有不同性能的合金，從而可以滿足生產及 科研工作的不同用途和要求。
啟事2:選擇材料時，常常要考慮要用途；外觀；物理性質； 化學性質；價格；加工難度；日常維護；對環境的影響等
思考
5.鋼鐵的生銹與什么有關 鐵銹的主要成分是什么
鋼鐵的生銹是鋼鐵中的鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣作用 的結果，生成的鐵銹有吸附作用，且鐵、碳構成原電池， 加快了鋼鐵的生銹。鐵銹的主要成分是Fe O ·nH O 。
6.不銹鋼不與酸、堿、鹽反應的原因是什么
不銹鋼中添加的元素主要是Ni和Cr , Cr 是防氧化元素， 使不銹鋼表面形成一層致密的氧化物保護膜，防止內部 的Fe與外界物質接觸； Ni是防腐蝕元素，使不銹鋼在 多種酸、堿、鹽溶液中也能具有很好的化學穩定性和耐 腐蝕性。
思考
7.某些情況下(如海水中),不銹鋼仍會生銹，為什么
如果放在海水中，因為含雜質，所以會形成原電池。 海水中的氯離子會使這種不銹鋼發生腐蝕。不銹鋼的 “不銹“是相對的，是與使用條件有關的。
思考
【練一練】
4、鋼材可以用作橋梁的結構材料是因為它( B )
A. 有良好的導熱性 B. 有一定的機械強度
C. 不易受空氣和水的作用 D. 有良好的導電性
5、鋼筆的筆頭是合金鋼，其筆頭尖端是用機器軋出的便于使用 的圓珠體。為了改變筆頭的耐磨性能，在筆頭尖端點上銥金粒 ， 為區別鋼筆而叫銥金筆，銥金筆是筆頭用黃金的合金、筆尖用銥 的合金制成的高級自來水筆。下列說法中錯誤的是( C )
A. 鋼筆的筆頭不易被氧化，抗腐蝕性能好 B. 銥金筆的耐磨
性能比鋼筆要好
C. 銥金筆的筆頭和筆尖都是用純金屬制成的 D. 銥金筆經久 耐磨，書寫時彈性特別好，是一種理想的硬筆
【練一練】
6、判斷正誤
(1)合金一定是不同金屬熔合而成的具有金屬特性的化合物( × )
(2)生鐵的熔點比純鐵高，但機械強度和硬度比純鐵高( √ )
(3)青銅比純銅的硬度低( × )
(4)生鐵中的鐵與純鐵的化學性質不同( × )
(5)地震災區重建要使用大量鋼材，鋼材是合金( √ )
低碳鋼—韌性好，強度低 強度高，韌性及
中碳鋼 —
加工性好
硬 而 脆 ， 熱 處 理 后
高 碳 鋼
彈 性 好
在碳素鋼中加入鉻、錳、鎢、鎳、鉬、 金 鋼—鈷、硅等合金元素(種類多，性能
小結：合金中某些成分的含量不同影響合金的性質
生鐵 化學成分 鐵、碳(含碳量2%~4.3%)
碳素鋼
化學
成分
組成元素 差別大)
鐵合金
含碳量
含 碳 量
組 成 元
合
鋼
素

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