課題金屬材料

課題金屬材料第1頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二秦陵銅車馬嚴(yán)格按真車馬的1/2制作。造型精美，比例恰當(dāng)，裝飾華麗，工藝精湛，形體龐大，所以很多專家學(xué)者把它稱之為“青銅之冠”。

秦陵銅車馬第2頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二河北滄州鐵獅子第3頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二河北滄州鐵獅子鑄于后周廣順三年（公元953年），距今已有一千多年的歷史，這一件我國(guó)最大的鑄鐵藝術(shù)品，身高3.8m，頭部高1.5m，通高5.3m，通長(zhǎng)6.5m，身軀寬3m，鐵獅的總重量為29.30t。鐵獅高大的軀體，面南尾北，昂首挺胸，怒睜雙目，巨口大張，四肢叉開(kāi)，仿佛正疾走乍停，又好似闊步前進(jìn)。第4頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二生活中常見(jiàn)的金屬第5頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二現(xiàn)代交通業(yè)離不開(kāi)化學(xué)第6頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第7頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二教學(xué)目標(biāo)1．了解生活中常見(jiàn)金屬的物理性質(zhì)，能區(qū)分常見(jiàn)金屬和非金屬；2．認(rèn)識(shí)金屬加熱熔合某些金屬或非金屬可以制得合金，知道生鐵和鋼等重要合金，以及合金比純金屬具有更廣泛的用途。知識(shí)與技能第8頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二認(rèn)識(shí)金屬材料在生產(chǎn)、生活和社會(huì)發(fā)展中的重要作用，初步形成物質(zhì)性質(zhì)決定用途的思想方法。過(guò)程與方法關(guān)注生活→分析比較→歸納解釋。情感態(tài)度與價(jià)值觀第9頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二重點(diǎn)難點(diǎn)金屬的物理性質(zhì)。性質(zhì)決定用途，但不是唯一因素。第10頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二鐵金銀鋅一、幾種重要的金屬第11頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二銅鉛鋁第12頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二想一想知道人類從什么時(shí)代開(kāi)始使用金屬材料嗎？石器時(shí)代→青銅器時(shí)代（商代）→鐵器時(shí)代（春秋）→鋁的利用（鋁合金）→鈦的利用（鈦合金）銅和鐵是人類使用較早的金屬。呂的使用要比銅和鐵晚的多，只有100多年的歷史。但由于鋁的密度小和具有抗腐蝕等優(yōu)良性能，現(xiàn)在世界上鋁的年產(chǎn)量已超過(guò)了銅，位于鐵之后，居第二位。第13頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二觀察觀察老師給出的及重金屬材料，你能得出金屬的物理性質(zhì)嗎？第14頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二金屬的物理性質(zhì)（共性）：①常溫下金屬大都是固體（汞除外）；②有金屬光澤；③大多數(shù)金屬都是電和熱的良導(dǎo)體（導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性）；④有延展性（既可以展成薄片，又可以拉成細(xì)絲）；⑤有韌性（能夠彎曲）。第15頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

硬度：是材料抵抗外物刺入的一種能力。

脆性：表示金屬容易破裂的性質(zhì),脆性與硬度有密切關(guān)系,硬度高的材料通常脆性亦大。

延性：(又稱柔軟性)是金屬受外力永久變形而不碎裂的性質(zhì),延性的金屬可抽拉成細(xì)線。

彈性：是金屬受外力變形,當(dāng)外力消除之后又恢復(fù)其原有形狀的一種性質(zhì)。

展性：又稱可鍛性,是金屬延性或柔軟性的另一種表示法。展性是金屬接受錘鍛或滾軋而變形時(shí)不致破裂的一種性質(zhì)。

韌性：是金屬抵受震動(dòng)或沖擊的能力。韌性與脆性剛好相反。第16頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二汞，又稱水銀，是在正常大氣壓以及常溫下唯一以液態(tài)存在的金屬。熔點(diǎn)-38.87℃，沸點(diǎn)356.6℃，密度13.59g/cm3，為銀白色液體金屬。汞蒸氣有劇毒，可溶于硝酸和熱濃硫酸，但與稀硫酸、鹽酸、堿都不起反應(yīng)。能溶解許多金屬。金屬雖然都有光澤，但卻各不一樣，如鐵、鋁為銀白色，銅為紫紅色，金為黃色等。金屬在常溫下的存在狀態(tài)也不一樣，大多數(shù)金屬為固體，但汞卻為液體。第17頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二一些金屬其他物理性質(zhì)的比較：導(dǎo)電性（以銀的導(dǎo)電性為100作標(biāo)準(zhǔn)）銀銅金鋁鋅鐵鉛（優(yōu)）10099746127177.9（良）密度/（g·cm-3）金鉛銀銅鐵鋅鋁（大）19.311.310.58.927.867.142.70（?。┑?8頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二熔點(diǎn)/℃鎢鐵銅金銀鋁錫（高）3410153510831064962660232（低）硬度（以金剛石的硬度為10作標(biāo)準(zhǔn)）鉻鐵銀銅金鋁鉛（大）94~52.5~42.5~32.5~32~2.91.5（?。┑?9頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二根據(jù)銅的導(dǎo)電性，可以用作電線、電路板；根據(jù)銅的導(dǎo)熱性，可以制造壓縮機(jī)散熱管。金屬銅燒水的水壺、洗菜的菜盆，很大一部分都是鋁制品。鋁還可以制作粉末涂料、油墨、仿金卡、金膠片等。金屬鋁幾種常見(jiàn)金屬的用途：第20頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二最大用途是用于煉鋼；也大量用來(lái)制造鑄鐵和煅鐵。鐵和其化合物還用作磁鐵、染料和磨料。還原鐵粉大量用于冶金。制造各種輕質(zhì)合金，廣泛運(yùn)用汽車工業(yè)和國(guó)防工業(yè)。制造門窗，家具和炊具等。也大量用來(lái)制作電線和電纜。金屬鐵第21頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1．為什么菜刀、鐮刀、錘子等用鐵制而不用鉛制？2．銀的導(dǎo)電性比銅好，為什么電線一般用銅制而不用銀制？鐵的硬度大，鉛的硬度小。銀的價(jià)格比銅高許多。討論3．為什么燈泡里的燈絲用鎢制而不用錫制？如果用錫制的話，可能會(huì)出現(xiàn)什么情況？鎢的熔點(diǎn)高，錫的熔點(diǎn)低。如果用錫制的話，錫絲會(huì)熔斷。第22頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二4．為什么有的鐵制品如水龍頭要鍍鉻？如果鍍金會(huì)怎樣？鐵容易生銹，鍍鉻之后就不容易生銹。金的價(jià)格太高，鍍金不經(jīng)濟(jì)。5．從上面幾個(gè)問(wèn)題及你的生活經(jīng)驗(yàn)，你得出什么結(jié)論？①物質(zhì)的性質(zhì)決定物質(zhì)的用途。②物質(zhì)的用途決定于其價(jià)格、資源、美觀性、便利性等。③物質(zhì)的用途決定于其廢料是否易于回收和對(duì)環(huán)境的影響等。第23頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二①地殼中含量最高的金屬元素：②人體中含量最高的金屬元素：③目前世界年產(chǎn)量最高的金屬：④導(dǎo)電、導(dǎo)熱性最好的金屬：⑤硬度最高的金屬：⑥熔點(diǎn)最高的金屬：⑦熔點(diǎn)最低的金屬：⑧密度最大的金屬：⑨密度最小的金屬：鋁鈣鐵銀鉻鎢汞鋨鋰金屬之最第24頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二生活中的鋼第25頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二鋼鐵是使用最多的金屬材料，鋼的性能比鐵好，請(qǐng)問(wèn)：鋼是很純的鐵嗎？根據(jù)生活，請(qǐng)舉例說(shuō)明鋼有哪些優(yōu)良的性質(zhì)？鋼是含碳量在0.03%~2%之間的鐵碳合金。我們通常將其與鐵合稱為鋼鐵，為了保證其韌性和塑性，含碳量一般不超過(guò)1.7%。鋼的主要元素除鐵、碳外，還有硅、錳、硫、磷等，添加這些成分主要是為了使鋼鐵的性能有所改變。鋼的優(yōu)良性質(zhì)：硬度、鍛造、脆性、延性、彈性、展性（又稱可鍛性、韌性）。思考第26頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

熱處理：是利用加熱和冷卻以改變金屬物理性質(zhì)的方法。熱處理能改善鋼的顯微結(jié)構(gòu)，使其達(dá)到所需的物理要求。韌性，硬度和耐磨性是通過(guò)熱處理而獲得的特性中的幾種。要獲得這些特性，需使用熱處理中的淬火、回火、退火和表面淬硬等操作。

淬火：將金屬均勻地加熱至適當(dāng)溫度，然后迅速浸入水或油中急冷，或在空氣中或冷凍區(qū)中冷卻,使金屬獲得所需要的硬度。

回火：將鋼件重新加熱至適當(dāng)?shù)臏囟然蝾伾缓笥枰约崩?。回火雖然使鋼的硬度略為減少,但可增加鋼的韌性而降低其脆性。鋼的熱處理第27頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二二、合金兩種或兩種以上的金屬（或金屬與非金屬）熔合而成具有金屬特性的混合物。②性質(zhì)（與組成成分對(duì)比）顏色比組成成分鮮艷；熔點(diǎn)比組成成分低；密度比組成成分??；強(qiáng)度和硬度比組成成分大；更具抗腐蝕性能。①定義第28頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)比較合金和純金屬的硬度比較黃銅片（銅鋅合金）和銅片、硬鋁（鋁合金）和鋁的光澤和顏色；將它們互相刻畫，比較它們的硬度。第29頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：性質(zhì)比較現(xiàn)象黃銅銅硬鋁鋁光澤和顏色硬度結(jié)論黃銅的硬度高焊錫的硬度高合金的硬度高紫紅色黃色銀白色銀白色第30頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二③合金的應(yīng)用錳鋼合金：主要成分為鐵、錳、碳，韌性好、硬度大，用作鋼軌、挖掘機(jī)鏟車、坦克裝甲、自行車架等。不銹鋼合金：主要成分為鐵、鉻、鎳，抗腐蝕性好，用作醫(yī)療器械、炊具、容器等。黃銅合金：主要成分為銅、鋅，強(qiáng)度高、可塑性好、易加工、耐腐蝕，用作機(jī)器零件、儀表等（做五角錢硬幣)。青銅合金：主要成分為銅、錫，強(qiáng)度高、可塑性好、耐磨、耐腐蝕，用作機(jī)器零件等。白銅合金：主要成分為銅、鎳，光澤好、耐磨、耐腐蝕、易加工，用于錢幣、飾品等。第31頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二很多寶石中含有某些金屬離子，才使它們更加絢麗多彩第32頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二黃金黃金是一種貴重金屬，是人類最早發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)利用的金屬之一。它是制作首飾和錢幣的重要原料，又是國(guó)家的重要儲(chǔ)備物資，素以“金屬之王”著稱。它不僅被視為美好和富有的象征，而且還以其特有的價(jià)值，造福于人類。隨著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，黃金在宇宙航行、醫(yī)學(xué)、電子學(xué)和其他工業(yè)部門，日益發(fā)揮著重要的作用。黃金的用途越來(lái)越廣，消耗量也越來(lái)越大，因而引起世界各國(guó)對(duì)黃金的格外關(guān)切和濃厚的興趣。第33頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二黃金的延展性好，一兩純金錘成萬(wàn)分之一毫米厚的金葉，可以貼滿九平方米的面積。金葉透明，陽(yáng)光通過(guò)時(shí)，可呈現(xiàn)綠光。50g純金可抽絲8000m，比毛發(fā)還細(xì)。黃金的揮發(fā)性小，一般情況下熔化揮發(fā)量微不足道，在煤氣中蒸發(fā)金的損失量為在空氣中的6倍，在一氧化碳中金的損失量為在空氣中的2倍，黃金的揮發(fā)速度與其雜質(zhì)含量有很大關(guān)系。第34頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二黃金具有良好的導(dǎo)電及導(dǎo)熱性能。黃金的導(dǎo)電率僅次于銀和銅，在金屬中居第三位，導(dǎo)熱率為銀的74%。金的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，在低溫或高溫時(shí)都不會(huì)被氧直接氧化。常溫下，黃金與單獨(dú)的無(wú)機(jī)酸（如鹽酸、硝酸、硫酸）均不起作用，但混酸，如王水（三份鹽酸和一份硝酸）以及氰化物溶液都能很好地溶解金。金的熔點(diǎn)為1064℃。如果將黃金加熱到近于熔點(diǎn)，黃金就可以像鐵一樣熔接，細(xì)細(xì)的金?？扇劢Y(jié)成塊，而金粉在溫度較低的情況下，必須加壓方能熔接在一起。黃金可與其他金屬組成合金，如金銀合金、金銅合金、金銀銅合金。第35頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

鈦合金與人造骨第36頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二鈦是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。世界上許多國(guó)家都認(rèn)識(shí)到鈦合金材料的重要性，相繼對(duì)其進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，并得到了實(shí)際應(yīng)用。第一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的鈦合金是1954年美國(guó)研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐熱性、強(qiáng)度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性均較好，而成為鈦合金工業(yè)中的王牌合金，該合金使用量已占全部鈦合金的75％~85％。其他許多鈦合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。鈦合金第37頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

鈦無(wú)毒、質(zhì)輕、強(qiáng)度高且具有優(yōu)良的生物相容性，是非常理想的醫(yī)用金屬材料。目前，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中廣泛使用的仍是Ti-6Al-4VELI合金。但后者會(huì)析出極微量的釩和鋁離子，降低細(xì)胞適應(yīng)性且有可能對(duì)人體造成危害。于是，美國(guó)等國(guó)家開(kāi)始研制無(wú)鋁、無(wú)釩、具有生物相容性的鈦合金，將其用于矯形術(shù)，并取得一些新的進(jìn)展。第38頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二用鈦-鎳形狀記憶合金制造的人造衛(wèi)星天線用形狀記憶合金絲制成的天線形狀完全恢復(fù)在加熱時(shí)形狀開(kāi)始恢復(fù)將天線揉成團(tuán)第39頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1932年，瑞典人奧蘭德在金鎘合金中首次觀察到“記憶”效應(yīng)，即合金的形狀被改變之后，一旦加熱到一定的躍變溫度時(shí)，它又可以魔術(shù)般地變回到原來(lái)的形狀，人們把具有這種特殊功能的合金稱為形狀記憶合金。記憶合金在航空航天領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用有很多成功的范例。人造衛(wèi)星上龐大的天線可以用記憶合金制作。發(fā)射人造衛(wèi)星之前，將拋物面天線折疊起來(lái)裝進(jìn)衛(wèi)星體內(nèi)，火箭升空把人造衛(wèi)星送到預(yù)定軌道后，只需加溫，折疊的衛(wèi)星天線因具有“記憶”功能而自然展開(kāi)，恢復(fù)拋物面形狀。形狀記憶合金第40頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二記憶合金在臨床醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用，例如人造骨骼、傷骨固定加壓器、牙科正畸器、心臟修補(bǔ)器、血栓過(guò)濾器、介入導(dǎo)絲和手術(shù)縫合線等等，記憶合金在現(xiàn)代醫(yī)療中正扮演著不可替代的角色。記憶合金在我們的日常生活中也被廣泛應(yīng)用。把用記憶合金制成的彈簧放在熱水中，彈簧的長(zhǎng)度立即伸長(zhǎng)，再放到冷水中，它會(huì)立即恢復(fù)原狀。利用形狀記憶合金彈簧可以控制浴室水管的水溫，在熱水溫度過(guò)高時(shí)通過(guò)“記憶”功能，調(diào)節(jié)或關(guān)閉供水管道，避免燙傷。也可以制作成消防報(bào)警裝置及電器設(shè)備的保安裝第41頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二置。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí),記憶合金制成的彈簧發(fā)生形變，啟動(dòng)消防報(bào)警裝置，達(dá)到報(bào)警的目的。還可以把用記憶合金制成的彈簧放在暖氣的閥門內(nèi)，用以保持暖房的溫度，當(dāng)溫度過(guò)低或過(guò)高時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉暖氣的閥門。

作為一類新興的功能材料，記憶合金的很多新用途正不斷被開(kāi)發(fā)，例如用記憶合金制作的眼鏡架，如果不小心被碰彎曲了，只要將其放在熱水中加熱，就可以恢復(fù)原狀。不久的將來(lái)，汽車的外殼也可以用記憶合金制作。如果不小心碰癟了，只要用電吹風(fēng)加加溫就可恢復(fù)原狀，既省錢又省力，很是方便。第42頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二課堂小結(jié)1．金屬的物理性質(zhì)①常溫下金屬大都是固體（汞除外）；②有金屬光澤；③大多數(shù)金屬都是電和熱的良導(dǎo)體；④有延展性；⑤有韌性。