课题1金属材料

1、生活中常见的金属生活中常见的金属 东汉晚期的青铜奔东汉晚期的青铜奔马，亦称马，亦称“马踏飞燕马踏飞燕”。1969年甘肃武威雷台出年甘肃武威雷台出土。奔马造型雄俊非凡，土。奔马造型雄俊非凡，昂首嘶鸣，如风驰电挚昂首嘶鸣，如风驰电挚状，三足腾空，一足蹄状，三足腾空，一足蹄下踏一飞燕，姿态优美。下踏一飞燕，姿态优美。现已成为我国的旅游标现已成为我国的旅游标志。志。东汉晚期的青铜奔马东汉晚期的青铜奔马司母戊鼎司母戊鼎 司母戊鼎是司母戊鼎是中国目前已发现中国目前已发现的最重的青铜器。的最重的青铜器。司母戊鼎含铜司母戊鼎含铜84.77、锡、锡11.64、铅、铅27.9。充。充分显示出商代青分显示出商代青铜

2、铸造业的生产铜铸造业的生产规模和技术水平。规模和技术水平。 秦陵铜车马严格按真车马的秦陵铜车马严格按真车马的1/2制制作。造型精美，比例恰当，装饰华丽，作。造型精美，比例恰当，装饰华丽，工艺精湛，形体庞大，所以很多专家学工艺精湛，形体庞大，所以很多专家学者把它称之为者把它称之为“青铜之冠青铜之冠”。 秦秦陵陵铜铜车车马马河北沧州铁狮子河北沧州铁狮子 河北沧州铁狮子铸于后周广顺三年河北沧州铁狮子铸于后周广顺三年（公元（公元953年），距今已有一千多年的历年），距今已有一千多年的历史，这一件我国最大的铸铁艺术品，身高史，这一件我国最大的铸铁艺术品，身高3.8m，头部高，头部高1.5m，通高，通高5

3、.3m，通长，通长6.5m，身躯宽，身躯宽3m，铁狮的总重量为，铁狮的总重量为29.30t。铁狮高大的躯体，面南尾北，昂首挺胸，铁狮高大的躯体，面南尾北，昂首挺胸，怒睁双目，巨口大张，四肢叉开，仿佛正怒睁双目，巨口大张，四肢叉开，仿佛正疾走乍停，又好似阔步前进。疾走乍停，又好似阔步前进。根据教材第2页内容回答下列问题 1、人类利用金属铁、铜、铝，由早到晚的顺序： 2、铁、铜、铝的年产量由多到少的顺序：铜、铁、铝铜、铁、铝铁、铝、铜铁、铝、铜铁铁金金银银锌锌铜铜铅铅铝铝金属的物理性质（共性）：金属的物理性质（共性）：常温下金属大都是固体（汞除外）；常温下金属大都是固体（汞除外）；有金属光泽；有金

4、属光泽；大多数金属都是电和热的良导体（导电大多数金属都是电和热的良导体（导电性和导热性）；性和导热性）；有延展性（既可以展成薄片，又可以拉有延展性（既可以展成薄片，又可以拉成细丝）；成细丝）；有韧性（能够弯曲）。有韧性（能够弯曲）。金属除具有一些共同的物理性质以外，金属除具有一些共同的物理性质以外，还有各自的特性。还有各自的特性。 汞，又称水银，是在正常大气压以及常温汞，又称水银，是在正常大气压以及常温下唯一以液态存在的金属。熔点下唯一以液态存在的金属。熔点-38.87，沸，沸点点356.6，密度，密度13.59g/cm3，为银白色液体金，为银白色液体金属。属。 汞蒸气有剧毒，可溶于硝酸和热浓

5、硫酸，汞蒸气有剧毒，可溶于硝酸和热浓硫酸，但与稀硫酸、盐酸、碱都不起反应。能溶解许但与稀硫酸、盐酸、碱都不起反应。能溶解许多金属。多金属。 金属虽然都有光泽，但却各不一样，如铁、金属虽然都有光泽，但却各不一样，如铁、铝为银白色，铜为紫红色，金为黄色等。铝为银白色，铜为紫红色，金为黄色等。 金属在常温下的存在状态也不一样，大多金属在常温下的存在状态也不一样，大多数金属为固体，但汞却为液体。数金属为固体，但汞却为液体。一些金属其他物理性质的比较：一些金属其他物理性质的比较：导电性（以银的导电性为导电性（以银的导电性为100100作标准）作标准）银银 铜铜 金金 铝铝 锌锌 铁铁 铅铅100 99

6、74 61 27 17 7.9密度密度/ /（gcmgcm-3-3）金金 铅铅 银银 铜铜 铁铁 锌锌 铝铝19.3 11.3 10.5 8.92 7.86 7.14 2.70熔点熔点/ /钨钨 铁铁 铜铜 金金 银银 铝铝 锡锡3410 1535 1083 1064 962 660 232 硬度（以金刚石的硬度为硬度（以金刚石的硬度为1010作标准）作标准）铬铬 铁铁 银银 铜铜 金金 铝铝 铅铅9 45 2.54 2.53 2.53 22.9 1.5 根据铜的导电性，可以用作电线、电根据铜的导电性，可以用作电线、电路板；根据铜的导热性，可以制造压缩机路板；根据铜的导热性，可以制造压缩机散热

7、管。散热管。 烧水的水壶、洗菜的菜盆，很大一部烧水的水壶、洗菜的菜盆，很大一部分都是铝制品。铝还可以制作粉末涂料、分都是铝制品。铝还可以制作粉末涂料、油墨、仿金卡、金胶片等。油墨、仿金卡、金胶片等。几种常见金属的用途：几种常见金属的用途： 最大用途是用于炼钢；也大量用来制造最大用途是用于炼钢；也大量用来制造铸铁和煅铁。铁和其化合物还用作磁铁、染铸铁和煅铁。铁和其化合物还用作磁铁、染料和磨料。还原铁粉大量用于冶金。制造各料和磨料。还原铁粉大量用于冶金。制造各种轻质合金，广泛运用汽车工业和国防工业。种轻质合金，广泛运用汽车工业和国防工业。制造门窗，家具和炊具等。也大量用来制作制造门窗，家具和炊具等

8、。也大量用来制作电线和电缆。电线和电缆。 1为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铅制？用铅制？ 2银的导电性比铜好，为什么电线一般用银的导电性比铜好，为什么电线一般用铜制而不用银制？铜制而不用银制？ 铁的硬度大，铅的硬度小。铁的硬度大，铅的硬度小。银的价格比铜高许多。银的价格比铜高许多。 3为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？如果用锡制的话，可能会出现什么情况？如果用锡制的话，可能会出现什么情况？ 钨的熔点高，锡的熔点低。如果用锡制钨的熔点高，锡的熔点低。如果用锡制的话，的话，锡丝会熔断。锡丝会熔断。 4为什么有的铁制品如水

9、龙头要镀铬？如为什么有的铁制品如水龙头要镀铬？如果镀金会怎样？果镀金会怎样？ 铁容易生锈，镀铬之后就不容易生锈。金铁容易生锈，镀铬之后就不容易生锈。金的价格太高，镀金不经济。的价格太高，镀金不经济。 5从上面几个问题及你的生活经验，你得从上面几个问题及你的生活经验，你得出什么结论？出什么结论？物质的性质决定物质的用途。物质的性质决定物质的用途。 物质的用途决定于其价格、资源、美观物质的用途决定于其价格、资源、美观性、便利性等。性、便利性等。 物质的用途决定于其废料是否易于回收物质的用途决定于其废料是否易于回收和对环境的影响等。和对环境的影响等。地壳中含量最高的金属元素：地壳中含量最高的金属元素

10、：人体中含量最高的金属元素：人体中含量最高的金属元素：目前世界年产量最高的金属：目前世界年产量最高的金属：导电、导热性最好的金属：导电、导热性最好的金属：硬度最高的金属：硬度最高的金属：熔点最高的金属：熔点最高的金属：熔点最低的金属：熔点最低的金属：密度最大的金属：密度最大的金属：密度最小的金属：密度最小的金属：铝铝钙钙铁铁银银铬铬钨钨汞汞锇锇锂锂 钢铁是使用最多的金属材料，钢的性能比钢铁是使用最多的金属材料，钢的性能比铁好，请问：钢是很纯的铁吗？根据生活，请铁好，请问：钢是很纯的铁吗？根据生活，请举例说明钢有哪些优良的性质？举例说明钢有哪些优良的性质？（阅读教材（阅读教材4-5页）页） 钢的

11、主要元素除铁、碳外，还有铬、镍等，钢的主要元素除铁、碳外，还有铬、镍等，添加这些成分主要是为了使钢铁的性能有所改添加这些成分主要是为了使钢铁的性能有所改变。变。 生铁的含碳量为生铁的含碳量为2 2% %4.3%4.3%，除含碳外，生铁，除含碳外，生铁中还还含有硅、锰等。中还还含有硅、锰等。含碳量含碳量机械性能机械性能用途用途生铁2 2% %4.3%4.3%硬而脆，无韧性制铁锅、暖气片、机床等钢0.03%2%较硬而韧，有弹性，良好的延展性制机械、交通工具、炊具等实验实验比较合金和纯金属的硬度比较合金和纯金属的硬度 比较黄铜片比较黄铜片（铜锌合金）和铜（铜锌合金）和铜片、焊锡（锡铅合片、焊锡（锡铅

12、合金）和锡的光泽和金）和锡的光泽和颜色；将它们互相颜色；将它们互相刻画，比较它们的刻画，比较它们的硬度。硬度。实验现象：实验现象：性质比较性质比较现象现象黄铜黄铜铜铜焊锡焊锡锡锡光泽和颜色光泽和颜色硬度硬度结论结论黄铜的硬度高黄铜的硬度高焊锡的硬度高焊锡的硬度高合金的硬度高合金的硬度高紫红色紫红色黄色黄色银白色银白色银白色银白色纯金属纯金属合金合金铅铅铬铬铋铋锡锡焊锡焊锡武德合金武德合金熔点熔点/ /3273273213212712712322321831837070启示启示合金的熔点比组成合金的纯金属的熔点低合金的熔点比组成合金的纯金属的熔点低 合金是在金属中加热熔合某些金属或非金合金是在金

13、属中加热熔合某些金属或非金属制得的具有金属特征的物质。属制得的具有金属特征的物质。性质（与组成成分对比）性质（与组成成分对比）颜色比组成成分鲜艳；颜色比组成成分鲜艳；熔点比组成成分低；熔点比组成成分低；密度比组成成分小；密度比组成成分小；强度和硬度比组成成分大；强度和硬度比组成成分大；更具抗腐蚀性能。更具抗腐蚀性能。定义定义合金的应用合金的应用 不锈钢合金：主要成分为铁、铬、镍，抗腐不锈钢合金：主要成分为铁、铬、镍，抗腐蚀性好，用作医疗器械、炊具、容器等。蚀性好，用作医疗器械、炊具、容器等。锰钢合金：主要成分为铁、锰、碳，韧性好、硬锰钢合金：主要成分为铁、锰、碳，韧性好、硬度大，用作钢轨、挖掘

14、机铲车、坦克装甲、自行度大，用作钢轨、挖掘机铲车、坦克装甲、自行车架等。车架等。 黄铜合金：主要成分为铜、锌，强度高、可黄铜合金：主要成分为铜、锌，强度高、可塑性好、易加工、耐腐蚀，用作机器零件、仪表塑性好、易加工、耐腐蚀，用作机器零件、仪表等。等。 青铜合金：主要成分为铜、锡，强度高、可青铜合金：主要成分为铜、锡，强度高、可塑性好、耐磨、耐腐蚀，用作机器零件等。塑性好、耐磨、耐腐蚀，用作机器零件等。 白铜合金：主要成分为铜、镍，光泽好、耐白铜合金：主要成分为铜、镍，光泽好、耐磨、耐腐蚀、易加工，用于钱币、饰品等。磨、耐腐蚀、易加工，用于钱币、饰品等。 白金是黄金和其他金属熔炼而成的白色白金是

15、黄金和其他金属熔炼而成的白色合金。由于铂金产出稀少，价格昂贵，加合金。由于铂金产出稀少，价格昂贵，加上熔点高，所以一般国家很少用铂金来生上熔点高，所以一般国家很少用铂金来生产真正的产真正的K白金。目前，为了迎合广大消费白金。目前，为了迎合广大消费者对铂金的需求，则选用黄金和钯金或镍、者对铂金的需求，则选用黄金和钯金或镍、银、铜、锌等金属熔炼成一种白色的合金，银、铜、锌等金属熔炼成一种白色的合金，称之为称之为“K白金白金”。K白金的成色与白金的成色与K黄金黄金一样，质量为一样，质量为24，黄金在其中所占质量的，黄金在其中所占质量的份数，则为份数，则为“K白金白金”的的K数。如数。如18K白金、白

16、金、14K白金，其中黄金的含量分别为白金，其中黄金的含量分别为75和和58.5 。 钛合金与人造骨钛合金与人造骨 钛是钛是20世纪世纪50年代发展起来的一种重要的结年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。行研究开发，并得到了实际应用。 第一个实际应用的钛合金是第一个实际应用的钛合金是1954年美国研制年美国研制成功的成功的Ti-6

17、Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的该合金使用量已占全部钛合金的7585。其。其他许多钛合金都可以看做是他许多钛合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改合金的改型。型。 钛无毒、质轻、强度高且具有优良的生钛无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性，是非常理想的医用金属材料。目物相容性，是非常理想的医用金属材料。目前，在医学领域中广泛使用的仍是前，在医学领域中广泛使用的仍

18、是Ti-6Al-4V ELI合金。但后者会析出极微量的钒和合金。但后者会析出极微量的钒和铝离子，降低细胞适应性且有可能对人体造铝离子，降低细胞适应性且有可能对人体造成危害。于是，美国等国家开始研制无铝、成危害。于是，美国等国家开始研制无铝、无钒、具有生物相容性的钛合金，将其用于无钒、具有生物相容性的钛合金，将其用于矫形术，并取得一些新的进展。矫形术，并取得一些新的进展。用钛用钛- -镍形状记忆合金制造的人造卫星天线镍形状记忆合金制造的人造卫星天线用形状记忆用形状记忆合金丝制成合金丝制成的天线的天线形状完形状完全恢复全恢复在加热时在加热时形状开始形状开始恢复恢复将天线将天线揉成团揉成团 1932

19、年，瑞典人奥兰德在金镉合金中首次年，瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到观察到“记忆记忆”效应，即合金的形状被改变之后，效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。功能的合金称为形状记忆合金。记忆合金在航空航天领域内的应用有很多记忆合金在航空航天领域内的应用有很多成功的范例。人造卫星上庞大的天线可以用记成功的范例。人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制作。发射人造卫星之前，将抛物面天忆合金制作。发射人造卫星之前，将抛物面天线折

20、叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造卫线折叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因具有线因具有“记忆记忆”功能而自然展开，恢复抛物功能而自然展开，恢复抛物面形状。面形状。记忆合金在临床医疗领域内有着广泛的应记忆合金在临床医疗领域内有着广泛的应用，例如人造骨骼、伤骨固定加压器、牙科正用，例如人造骨骼、伤骨固定加压器、牙科正畸器、心脏修补器、血栓过滤器、介入导丝和畸器、心脏修补器、血栓过滤器、介入导丝和手术缝合线等等，记忆合金在现代医疗中正扮手术缝合线等等，记忆合金在现代医疗中正扮演着不可替代的角色。演着不可替代的角色。

21、记忆合金在我们的日常生活中也被广泛应记忆合金在我们的日常生活中也被广泛应用。把用记忆合金制成的弹簧放在热水中，弹用。把用记忆合金制成的弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。利用形状记忆合金弹簧可以控制浴恢复原状。利用形状记忆合金弹簧可以控制浴室水管的水温，在热水温度过高时通过室水管的水温，在热水温度过高时通过“记忆记忆”功能，调节或关闭供水管道，避免烫伤。也可功能，调节或关闭供水管道，避免烫伤。也可以制作成消防报警装置及电器设备的保安装以制作成消防报警装置及电器设备的保安装置。当发生火灾时置。当发生火灾时, ,记忆合金制成的

22、弹簧发生记忆合金制成的弹簧发生形变，启动消防报警装置，达到报警的目的。形变，启动消防报警装置，达到报警的目的。还可以把用记忆合金制成的弹簧放在暖气的阀还可以把用记忆合金制成的弹簧放在暖气的阀门内，用以保持暖房的温度，当温度过低或过门内，用以保持暖房的温度，当温度过低或过高时，自动开启或关闭暖气的阀门。高时，自动开启或关闭暖气的阀门。作为一类新兴的功能材料，记忆合金的很作为一类新兴的功能材料，记忆合金的很多新用途正不断被开发，例如用记忆合金制作多新用途正不断被开发，例如用记忆合金制作的眼镜架，如果不小心被碰弯曲了，只要将其的眼镜架，如果不小心被碰弯曲了，只要将其放在热水中加热，就可以恢复原状。不

23、久的将放在热水中加热，就可以恢复原状。不久的将来，汽车的外壳也可以用记忆合金制作。如果来，汽车的外壳也可以用记忆合金制作。如果不小心碰瘪了，只要用电吹风加加温就可恢复不小心碰瘪了，只要用电吹风加加温就可恢复原状，既省钱又省力，很是方便。原状，既省钱又省力，很是方便。热处理：热处理：是利用加热和冷却以改变金属物理是利用加热和冷却以改变金属物理性质的方法。热处理能改善钢的显微结构，使其性质的方法。热处理能改善钢的显微结构，使其达到所需的物理要求。韧性，硬度和耐磨性是通达到所需的物理要求。韧性，硬度和耐磨性是通过热处理而获得的特性中的几种。要获得这些特过热处理而获得的特性中的几种。要获得这些特性，需

24、使用热处理中的淬火、回火、退火和表面性，需使用热处理中的淬火、回火、退火和表面淬硬等操作。淬硬等操作。 淬火：淬火：将金属均匀地加热至适当温度，然后将金属均匀地加热至适当温度，然后迅速浸入水或油中急冷，或在空气中或冷冻区中迅速浸入水或油中急冷，或在空气中或冷冻区中冷却冷却, , 使金属获得所需要的硬度。使金属获得所需要的硬度。 回火：回火：将钢件重新加热至适当的温度或颜色，将钢件重新加热至适当的温度或颜色，然后予以急冷。回火虽然使钢的硬度略为减少然后予以急冷。回火虽然使钢的硬度略为减少, , 但可增加钢的韧性而降低其脆性。但可增加钢的韧性而降低其脆性。钢的热处理钢的热处理1 1金属的物理性质金

25、属的物理性质常温下金属大都是固体（汞除外）；常温下金属大都是固体（汞除外）；有金属光泽；有金属光泽；大多数金属都是电和热的良导体；大多数金属都是电和热的良导体；有延展性；有延展性；有韧性。有韧性。物质的性质决定物质的用途。物质的性质决定物质的用途。 物质的用途决定于其价格、资源、物质的用途决定于其价格、资源、美观性、便利性等。美观性、便利性等。 物质的用途决定于其废料是否易物质的用途决定于其废料是否易于回收和对环境的影响等。于回收和对环境的影响等。2 2金属的用途金属的用途 定义定义 两种或两种以上的金属（或金属与非金两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成具有金属特性的物质。属）熔合而成具有金属特性的物质。 性质（与组成成分对比）性质（与组成成分对比） 颜色鲜艳，熔点低，密度小，强度和硬颜色鲜艳，熔点低，密度小，强度和硬度大，更具抗腐蚀性能。度大，更具抗腐蚀性能。 应用应用2 2合金合金1钛和钛合金是钛和钛合金是21世纪的重要金属材料，世纪的重要金属材料，它们具有优良的性能，如熔点高，密度小，可塑它们具有优良的性能，如熔点高，密度小，可塑性好，机械性能好，抗腐蚀能力强，钛合金与人性好，机械性能好，抗腐蚀能力强，钛合金与人体很好的体很好的“相容性相容性”。根据它们的主要性能，不。根据它们的主要性能，不合实际的用途是（合实际