蘇教版九年級下冊勞動技術(shù)第三課：金屬材料的特性【課件】

第三課：金屬材料的特性目錄金屬材料概述金屬材料的物理特性金屬材料的化學特性金屬材料的機械特性金屬材料加工技術(shù)與應(yīng)用實驗操作與實踐活動課程總結(jié)與展望金屬材料概述01金屬材料是指具有光澤、延展性、容易導電和傳熱等性質(zhì)的材料，通常由金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成。定義根據(jù)顏色和性質(zhì)，金屬材料可分為黑色金屬和有色金屬兩大類。黑色金屬主要包括鐵、鉻、錳等，其中鋼鐵是黑色金屬的代表，被稱為“工業(yè)的骨骼”。有色金屬則指除黑色金屬外的其他金屬，如銅、鋁、鋅、鉛等，具有多種顏色和獨特的物理性質(zhì)。分類金屬材料的定義與分類金屬材料的應(yīng)用領(lǐng)域鋼鐵等黑色金屬被用于橋梁、高層建筑等結(jié)構(gòu)的建造，有色金屬如銅則常用于管道、導線等。建筑領(lǐng)域各種金屬材料因其強度、硬度、耐磨性等特性而被用于制造零部件和工具。如航空航天、汽車制造、船舶等，金屬材料同樣具有廣泛應(yīng)用。機械制造領(lǐng)域金屬材料在電子、化工、醫(yī)療等領(lǐng)域也發(fā)揮著不可或缺的作用，如導電材料、電極材料、生物醫(yī)學材料等。電子、化工、醫(yī)療等領(lǐng)域01020403其他領(lǐng)域金屬材料的重要性基礎(chǔ)建設(shè)金屬材料是現(xiàn)代社會基礎(chǔ)建設(shè)的重要組成部分，如橋梁、道路、建筑等，都離不開金屬材料的支撐。經(jīng)濟發(fā)展金屬材料在工業(yè)生產(chǎn)中具有重要地位，對經(jīng)濟發(fā)展起著重要的推動作用。科技進步隨著科學技術(shù)的進步，金屬材料的研究和應(yīng)用不斷深入，為科技進步提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。環(huán)保節(jié)能金屬材料的可再生性和可回收利用性，使得其在環(huán)保節(jié)能方面具有顯著優(yōu)勢。金屬材料的物理特性02密度與硬度硬度表現(xiàn)金屬材料的硬度是衡量其耐磨性和抵抗局部變形能力的重要指標。硬度高的金屬材料通常具有較長的使用壽命和更好的抗劃傷能力。常見的硬度測量方法有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等。硬度與密度的關(guān)系金屬材料的硬度和密度之間沒有必然的直接關(guān)系。硬度主要取決于材料的微觀結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成，而密度則反映了材料單位體積的質(zhì)量。密度特性金屬材料的密度普遍較大，這反映了其內(nèi)部原子排列的緊密程度。密度不僅影響材料的重量，還對其在特定應(yīng)用中的穩(wěn)定性和承載能力有重要作用。030201熔點定義熔點是指金屬從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的溫度點。不同金屬的熔點差異顯著，這與其原子間的結(jié)合力強弱有關(guān)。高熔點的金屬如鎢，具有出色的耐高溫性能。熔點與沸點沸點特征沸點是指金屬在特定壓力下從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的溫度。金屬的沸點通常遠高于其熔點，這使得金屬在常溫下能夠保持穩(wěn)定的固態(tài)結(jié)構(gòu)。熔點與用途關(guān)聯(lián)金屬材料的熔點對其應(yīng)用領(lǐng)域有重要影響。例如，高熔點的金屬適用于高溫環(huán)境下的工作部件，而低熔點的金屬則可能更適合某些特定的低溫加工過程。導電性與導熱性導電與導熱的關(guān)系金屬材料的導電性和導熱性在微觀層面上都與其內(nèi)部自由電子的行為密切相關(guān)。然而，這兩種性質(zhì)在具體應(yīng)用中的表現(xiàn)和重要性可能有所不同。例如，在電子領(lǐng)域，導電性更為關(guān)鍵；而在熱交換領(lǐng)域，導熱性則更為重要。導熱性機制金屬材料的導熱性能主要源于其內(nèi)部自由電子的流動。在金屬晶體中，自由電子可以迅速傳遞熱量，使得金屬材料具有優(yōu)異的導熱性。這一特性使得金屬在散熱器、熱交換器等需要高效傳熱的場合得到廣泛應(yīng)用。導電性概述金屬是電的良導體，其導電性能基于內(nèi)部自由電子的存在。自由電子在金屬晶體中自由移動，形成電流，賦予金屬材料良好的導電性。銀的導電性最佳，其次是銅和金。金屬材料的化學特性03抗氧化性與耐腐蝕性抗氧化性金屬材料在高溫環(huán)境下與氧發(fā)生反應(yīng)形成氧化膜的能力。如鋁、鋅等金屬表面能自然形成致密的氧化膜，有效阻止內(nèi)部金屬進一步氧化，表現(xiàn)出良好的抗氧化性。耐腐蝕性金屬材料抵抗周圍介質(zhì)（如水、酸、堿、鹽等）侵蝕破壞的能力。不銹鋼因含有鉻和鎳元素，能在表面形成一層鈍化膜，顯著提高耐腐蝕性能，廣泛應(yīng)用于化工、海洋等領(lǐng)域。腐蝕類型分為化學腐蝕和電化學腐蝕?；瘜W腐蝕是金屬與周圍介質(zhì)直接起化學作用的結(jié)果；電化學腐蝕則是在電解質(zhì)溶液中，由于金屬內(nèi)部電位差引起的腐蝕過程，其危害性較大。氧化還原反應(yīng)通過氧化還原反應(yīng)，可以從金屬化合物中還原出金屬單質(zhì)，是金屬冶煉的重要方法。金屬的活潑性根據(jù)金屬在金屬活動性序列中的位置判斷，如鉀、鈣、鈉等金屬非?；顫?，易于與其他元素發(fā)生反應(yīng)。與氧的反應(yīng)多數(shù)金屬在一定條件下都能與氧發(fā)生反應(yīng)，生成相應(yīng)的氧化物。反應(yīng)速率和程度取決于金屬的性質(zhì)和條件。化學反應(yīng)活性合金化及改性處理合金化向金屬中添加其他元素（合金元素），可以顯著改變其化學性能。如不銹鋼通過添加鉻和鎳元素，提高了耐腐蝕性和機械性能。01改性處理通過熱處理、表面處理等技術(shù)手段，改變金屬材料的組織結(jié)構(gòu)和表面性能，以滿足特定使用要求。如鍍鋅、鍍鉻、噴涂涂料、陽極氧化等表面處理技術(shù)，可以提高金屬的耐腐蝕性、硬度、耐磨性等。02合金元素的作用合金元素能與基體金屬形成固溶體或化合物，從而改善金屬材料的整體性能。通過調(diào)整合金元素的種類和含量，可以設(shè)計和優(yōu)化金屬材料的化學性能，滿足不同的應(yīng)用需求。03金屬材料的機械特性04強度與韌性金屬在受到拉伸外力時，抵抗斷裂的最大應(yīng)力值，是評價金屬材料強度的重要指標。抗拉強度金屬在受到持續(xù)增大的外力作用時，開始產(chǎn)生明顯塑性變形的最小應(yīng)力值，是材料開始發(fā)生永久變形的標志。衡量金屬材料在沖擊載荷作用下抵抗斷裂的能力，是評價金屬材料韌性的重要指標之一。屈服強度金屬在受到?jīng)_擊載荷時，吸收能量并抵抗破壞的能力。韌性好的金屬能有效防止突然斷裂，提高結(jié)構(gòu)的安全性。韌性01020403沖擊韌性塑性與延展性塑性01金屬在受到外力作用時，發(fā)生永久變形而不被破壞的能力。良好的塑性使得金屬易于加工成各種形狀和尺寸的產(chǎn)品。延展性02金屬在受到拉伸時，長度和橫截面積都能顯著增大的能力。延展性好的金屬可以加工成很薄的箔或細絲。彈性變形與塑性變形03金屬在受到外力作用時，首先發(fā)生彈性變形，即外力去除后變形完全消失；當外力超過彈性極限時，發(fā)生塑性變形，即外力去除后變形部分或全部保留。加工硬化04金屬在冷塑性變形過程中，硬度和強度逐漸提高，塑性逐漸降低的現(xiàn)象。加工硬化有利于改善金屬材料的某些使用性能。疲勞極限應(yīng)力松弛蠕變現(xiàn)象低溫脆性金屬在交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然斷裂的最大應(yīng)力值。疲勞破壞是金屬材料在長期使用過程中的主要失效形式之一。金屬在高溫和長時間載荷作用下，應(yīng)力隨時間逐漸減小的現(xiàn)象。應(yīng)力松弛會降低金屬構(gòu)件的承載能力。金屬在高溫和長時間載荷作用下，緩慢發(fā)生塑性變形的現(xiàn)象。蠕變會導致金屬構(gòu)件尺寸和形狀發(fā)生變化，甚至導致斷裂。金屬在低溫條件下，塑性和韌性顯著降低，容易發(fā)生脆性斷裂的現(xiàn)象。低溫脆性是影響金屬材料在低溫環(huán)境下使用性能的重要因素。疲勞極限與蠕變現(xiàn)象金屬材料加工技術(shù)與應(yīng)用05鑄造、鍛造及焊接技術(shù)鍛造技術(shù)利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其發(fā)生塑性變形，從而獲得所需形狀和性能的金屬件。鍛造件組織致密，機械性能好，適用于制造高強度、高韌性的重要零部件。焊接技術(shù)通過加熱或加壓，使兩塊或多塊金屬在連接界面處發(fā)生原子結(jié)合，形成牢固的連接。焊接技術(shù)具有連接強度高、密封性好、工藝靈活等優(yōu)點，是現(xiàn)代工業(yè)中不可或缺的金屬連接方法。鑄造技術(shù)通過高溫將金屬熔化后倒入模具中，冷卻凝固成型的工藝。具有成型復雜、成本低廉、適應(yīng)性強等特點。廣泛應(yīng)用于汽車、機械、建筑等領(lǐng)域。030201利用切削工具從金屬材料表面切除多余部分，以獲得所需形狀、尺寸和表面質(zhì)量的加工方法。包括車削、銑削、磨削等多種工藝，適用于各種金屬材料的精加工和半精加工。切削加工通過物理、化學或機械方法改變金屬表面性質(zhì)，提高金屬材料的耐腐蝕性、耐磨性、裝飾性等。常見的表面處理技術(shù)有電鍍、噴涂、陽極氧化等。表面處理技術(shù)切削加工及表面處理技術(shù)橋梁建造中的金屬材料加工：橋梁結(jié)構(gòu)復雜，對金屬材料的強度、韌性和耐腐蝕性要求較高。在橋梁建造中，常采用鑄造技術(shù)制造大型構(gòu)件，鍛造技術(shù)加工高強度連接件，焊接技術(shù)實現(xiàn)構(gòu)件之間的牢固連接。汽車制造中的金屬材料加工：汽車制造涉及多種金屬材料，如鋼鐵、鋁合金等。在汽車制造過程中，采用鑄造技術(shù)制造發(fā)動機缸體、變速器殼體等復雜構(gòu)件，鍛造技術(shù)加工曲軸、連桿等關(guān)鍵零部件，切削加工和表面處理技術(shù)則用于提高零部件的精度和性能。航空航天領(lǐng)域中的金屬材料加工：航空航天領(lǐng)域?qū)饘俨牧系男阅芤髽O高，需要采用先進的金屬材料加工技術(shù)。例如，鈦合金等難加工材料常采用精密鍛造技術(shù)加工成復雜形狀的零部件；高溫合金等耐高溫材料則采用先進的焊接技術(shù)實現(xiàn)連接。同時，表面處理技術(shù)也廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，以提高金屬材料的耐腐蝕性和耐磨性。典型應(yīng)用案例分析實驗操作與實踐活動06耐腐蝕性測試模擬不同腐蝕環(huán)境（如酸、堿、鹽溶液等），對金屬材料進行浸泡或電化學腐蝕試驗，觀察并記錄腐蝕速率和表面形態(tài)變化。抗拉強度測試使用萬能材料試驗機，對金屬材料試樣進行拉伸試驗，測量其最大抗拉強度，評估材料的承載能力。硬度測試采用布氏、洛氏或維氏硬度計，對金屬材料的表面硬度進行測試，了解材料的耐磨性和抗變形能力。導熱性實驗設(shè)計實驗，通過對比不同金屬材料在相同熱源作用下的溫度變化，評估其導熱性能，如使用紅外線熱像儀觀測金屬板在加熱后的熱量分布。金屬材料性能測試實驗表面處理了解金屬表面鍍鋅、鍍鉻、噴涂涂料、陽極氧化等處理方法的原理及操作過程，提高金屬材料的耐腐蝕性、美觀度和功能性。切割與焊接學習并實踐金屬材料的氧氣切割、激光切割、電弧焊、氬弧焊等加工技術(shù)，掌握不同切割與焊接方法的特點及應(yīng)用范圍。折彎與沖壓通過手動或機械方式對金屬材料進行折彎、沖壓成形訓練，理解材料的塑性和變形規(guī)律。金屬材料加工操作訓練功能性金屬部件設(shè)計結(jié)合生活實際需求，設(shè)計并制作具有特定功能的金屬部件，如簡易散熱器、小型機械結(jié)構(gòu)件等，加深對金屬材料應(yīng)用的理解。環(huán)保型金屬材料應(yīng)用研究調(diào)研環(huán)保型金屬材料的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景，設(shè)計并實施相關(guān)實驗，探討其在綠色建筑、新能源汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。金屬材料性能改進實驗選取特定金屬材料，通過添加合金元素、熱處理等方式，探索改善其力學性能、耐腐蝕性等特性的方法，并進行實驗驗證。金屬藝術(shù)品制作鼓勵學生利用所學金屬加工技術(shù)，設(shè)計并制作具有創(chuàng)意的金屬藝術(shù)品，如金屬雕塑、裝飾品等，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和動手能力。創(chuàng)新實踐活動設(shè)計與實施課程總結(jié)與展望07回顧本次課程重點內(nèi)容金屬材料的定義與分類01詳細闡述了金屬材料的定義，包括其光澤、延展性、導電和傳熱等特性，并介紹了金屬材料按顏色和性質(zhì)分為黑色金屬和有色金屬兩大類別。金屬材料的物理特性02深入探討了金屬材料的導電性、導熱性、磁性等物理特性，以及這些特性在日常生活和工業(yè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。金屬材料的力學特性03分析了強度、硬度、塑性、韌性等力學特性，以及這些特性如何影響金屬材料的承載能力和使用壽命。金屬材料的化學特性04講解了金屬材料的氧化、還原反應(yīng)、耐腐蝕性及其影響因素，并介紹了通過合金化提高金屬性能的方法。展望金屬材料未來發(fā)展趨勢多功能復合材料發(fā)展未來金屬材料將不再局限于單一功能，而是通過復合材料技術(shù)實現(xiàn)多種功能的集成，如導電、導熱、吸音、抗震等多功能復合材料。高性能金屬材料研發(fā)隨著科技的進步，未來將有更多高性能金屬材料被研發(fā)出來，如高強度、高韌性、耐高溫、耐腐蝕等特性兼具的金屬材料。綠色環(huán)保金屬材料隨著環(huán)保意識的提高，綠色環(huán)保金屬材料將成為未來的發(fā)展趨勢，包括可回收、可降解、低能耗等特性的金屬材料。智能化金屬材料應(yīng)用結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等智能技術(shù)，金屬材料將在更多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)智能化應(yīng)用，如智能穿戴設(shè)備、智能家居等。加強專業(yè)