3.2.1 金属材料 课件 2024-2025学年高一上学期化学人教版（2019）必修第一册

第二节 金属材料1 第三章 铁 金属材料 作者编号：35005 作者编号：35005 金属材料的发展历史 商朝 后母戊鼎 东汉 马踏飞燕 鸟巢体育馆 和谐号动车 春秋 铜柄铁剑 神州飞船 活动元一 自主学习 认识合金 资料卡片 青铜是合金冶炼史上最早的合金，通过往纯铜中加入锡或铅的合金炼成。相较于紫铜（及纯铜），青铜硬度高且熔点低，铸造性好，更适合制作刀剑及工具 。 什么是合金？ 合金的性质与其成分金属有何差异？ 活动元一 自主学习 认识合金 一、合金 1. 定义：由两种或两种以上的金属与金属（非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。 2. 性质 (1)硬度：合金的硬度一般大于其成分金属。 (2)熔点：合金的熔点多数低于其成分金属。 (3)化学性质：合金中各成分金属的化学性质不变。 几千种 84多种 活动元一 自主学习 认识合金 3.注意 （1）合金一定是混合物，且通过熔合而成；合金不同于一般混合物，它有固定的熔点，原因是合金有固定的组成 【拓展】制取合金常用的方法是将两种或多种金属(或金属与非金属)加热到某一温度,使其全部熔化,再冷却得到合金。已知铜的熔点为1 083 ℃，钠的沸点为883 ℃，试问铜与钠能否形成合金？ 提示　不能。当铜开始熔化时，钠已经气化，所以二者不能形成合金。 （2）合金中一定含金属元素，可能含有非金属元素 （3）合金中各成分的含量影响合金的性能 活动元一 自主学习 认识合金 合金的硬度为什么比纯金属大？ 掺杂其他原子 形成合金 差异原因 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。 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。 活动元二 铁合金 学习任务2：阅读必修1教材78-79页，找出不同的铁合金，并理清不同铁合金之间的包含关系。 活动元二 铁合金 春秋后期，人们依然能应用生铁冶铸技术冶炼出质硬脆而脆的生铁。生铁冶铸是指在高温下将铁矿石还原成铁，得到的铁会吸收碳，其熔点随之降低，渗碳2%—4.3%称为生铁。生铁可铸不可锻，古代冶金师们不断改进炼铁工艺，发明了“百炼钢技术”和“灌钢技术”，降低含碳量，提高韧性，降低脆性，含碳量将至0.03%—2%即为钢。 资料卡片 俗话说“恨铁不成钢” 活动元二 铁合金 生铁 钢 含碳量 2%~4.3% 0.03%~2% 性能 生铁硬度大，抗压、性脆，可铸不可锻，是制造机座、管道的重要材料 强度大，韧性好，有良好的延展性，机械性能好， 可铸可锻，广泛用于制造机械和交通工具 钢是用量最大、用途最广的合金 铸是把金属融化后的液态物倒入事先做好的模具中使其冷却成形； 锻则是把金属加热到软化的状态，通过外力击打，形成所需要的形状。 活动元二 铁合金 铁合金 生铁 钢 碳素钢 合金钢 低碳钢 中碳钢 高碳钢 (2%—4.3%) (0.03%—2%) 根据含碳量不同 (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 根据化学成分 根据含碳量不同 （特种钢） 合金钢也叫特种钢，是在碳素钢里适量加入一种或多种合金元素，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。 活动元二 铁合金 11 不锈钢是最常见的一种合金钢，它的合金元素主要是铬(Cr)和镍(Ni)。常用的不锈钢中含Cr 18%、含Ni 8%。 不锈钢餐具 不锈钢在大气中比较稳定，不容易生锈，具有很强的抗腐蚀能力。生活中常见的医疗器材、厨房用具和餐具等，很多都是用不锈钢制造的；有些地铁列车的车体材质也是不锈钢。 调节合金性能的基本措施 1.改变合金元素的种类 2.改变合金元素的含量 3.改变生成合金的条件 结构决定性质 20世纪50年代后，世界上铝的年产量已经超过铜，成为仅次于钢铁的第二大金属材料。 导弹的用铝量占总质量的10%～ 50% 一架超音速飞机约由70%的铝及其合金构成 军事发展离不开铝 航空航天离不开铝 (六)铝合金 纯铝的硬度和强度都比较小 铝合金：铝合金是目前用途广泛的合金之一 主要组成元素 主要特性 主要用途 铝合金 硬铝 Al、Mg、Cu、Si、Mn等(Mg 0.5%、Cu 4%、Si 0.7%、Mn 0.5%) 密度小，强度和硬度都比纯铝的大，具有较强的抗腐蚀能力 用于汽车、飞机、火箭、宇宙飞船、船舶等制造业 镁铝合金 Mg、Al 强度和硬度都比纯铝和纯镁的大 用于火箭、飞机、轮船等制造业 思考：易拉罐的罐体、拉环和罐盖选用不同铝合金材料的原因？ 罐体：3104铝合金 拉环：5128铝合金 罐盖：5054铝合金 Mg Mn Fe Si Cu Cr Al 罐体 0.8-1.3 1-1.3 <0.7 <0.2 <0.25 / 其余 拉环 4-5 <0.15 <0.15 <0.2 <0.5 <0.1 其余 罐盖 4-5 <0.5 0.2 <0.35 0.15 / 其余 表2 铝制易拉罐各化学成分的质量分数/% 【资料卡片】不同合金元素的作用:Mg-提高抗拉强度; Mn-提高抗腐蚀性。 四、新型合金 储氢合金 记忆合金 钛合金 耐热合金 近年来，为满足某些尖端技术发展的需要，人们又设计和合成了许 多新型合金。例如： 20 氢能是人类未来的理想能源之一，氢能利用存在两大难题。 制取 储存 H2是一种易燃易爆的气体，要利用H2，关键要解决H2的安全储存和运输问题。 组成：常见以Mg, Ti, Nb, V, Zr和稀土类金属为主，添加Cr, Fe, Mn, Co, Ni, Cu 性质：易活化，吸氢量大； 用途：贮存氢气 一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。如Ti­Fe合金、La-­Ni合金等，为氢气作为能源的实际应用起到重要的推动作用。 储氢合金 了解储氢合金工作原理 常温、常压吸收H2 升温或减压释放H2 储氢合金 金属氢化物 生物相容性好 钛合金 耐腐蚀 强度大 耐高温 组成：以钛为基础加入其他金属元素 （常有：钼、钒、铬、锰、铜、铁、硅等） 性质：强度高、热强度高、抗腐蚀性好 用途：航天器的燃料贮箱、构架和火箭壳体， 人造地球卫星、登月舱、载人飞船和航天飞机。 组成：以镍为基础加入Fe, C, Co 性质：耐高温 用途：航空、舰艇和工业用燃气轮机的涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘、高压压气机盘和燃烧室等 高温部件 耐热合金 记忆合金 低温下把半球形天线变形缩小体积装入登月舱 组成：镍（Ni）-钛(Ti) 形变条件：温度 性能：形变后遇高温（或低温）恢复形状。 形状记忆合金制成的移动跳跃的机器人 $$