苏教版九年级下册劳动技术第三课：金属材料的特性【课件】

第三课：金属材料的特性目录金属材料概述金属材料的物理特性金属材料的化学特性金属材料的机械特性金属材料加工技术与应用实验操作与实践活动课程总结与展望金属材料概述01金属材料是指具有光泽、延展性、容易导电和传热等性质的材料，通常由金属元素或以金属元素为主构成。定义根据颜色和性质，金属材料可分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属主要包括铁、铬、锰等，其中钢铁是黑色金属的代表，被称为“工业的骨骼”。有色金属则指除黑色金属外的其他金属，如铜、铝、锌、铅等，具有多种颜色和独特的物理性质。分类金属材料的定义与分类金属材料的应用领域钢铁等黑色金属被用于桥梁、高层建筑等结构的建造，有色金属如铜则常用于管道、导线等。建筑领域各种金属材料因其强度、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、汽车制造、船舶等，金属材料同样具有广泛应用。机械制造领域金属材料在电子、化工、医疗等领域也发挥着不可或缺的作用，如导电材料、电极材料、生物医学材料等。电子、化工、医疗等领域01020403其他领域金属材料的重要性基础建设金属材料是现代社会基础建设的重要组成部分，如桥梁、道路、建筑等，都离不开金属材料的支撑。经济发展金属材料在工业生产中具有重要地位，对经济发展起着重要的推动作用。科技进步随着科学技术的进步，金属材料的研究和应用不断深入，为科技进步提供了重要的物质基础。环保节能金属材料的可再生性和可回收利用性，使得其在环保节能方面具有显著优势。金属材料的物理特性02密度与硬度硬度表现金属材料的硬度是衡量其耐磨性和抵抗局部变形能力的重要指标。硬度高的金属材料通常具有较长的使用寿命和更好的抗划伤能力。常见的硬度测量方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。硬度与密度的关系金属材料的硬度和密度之间没有必然的直接关系。硬度主要取决于材料的微观结构和物质组成，而密度则反映了材料单位体积的质量。密度特性金属材料的密度普遍较大，这反映了其内部原子排列的紧密程度。密度不仅影响材料的重量，还对其在特定应用中的稳定性和承载能力有重要作用。030201熔点定义熔点是指金属从固态转变为液态的温度点。不同金属的熔点差异显著，这与其原子间的结合力强弱有关。高熔点的金属如钨，具有出色的耐高温性能。熔点与沸点沸点特征沸点是指金属在特定压力下从液态转变为气态的温度。金属的沸点通常远高于其熔点，这使得金属在常温下能够保持稳定的固态结构。熔点与用途关联金属材料的熔点对其应用领域有重要影响。例如，高熔点的金属适用于高温环境下的工作部件，而低熔点的金属则可能更适合某些特定的低温加工过程。导电性与导热性导电与导热的关系金属材料的导电性和导热性在微观层面上都与其内部自由电子的行为密切相关。然而，这两种性质在具体应用中的表现和重要性可能有所不同。例如，在电子领域，导电性更为关键；而在热交换领域，导热性则更为重要。导热性机制金属材料的导热性能主要源于其内部自由电子的流动。在金属晶体中，自由电子可以迅速传递热量，使得金属材料具有优异的导热性。这一特性使得金属在散热器、热交换器等需要高效传热的场合得到广泛应用。导电性概述金属是电的良导体，其导电性能基于内部自由电子的存在。自由电子在金属晶体中自由移动，形成电流，赋予金属材料良好的导电性。银的导电性最佳，其次是铜和金。金属材料的化学特性03抗氧化性与耐腐蚀性抗氧化性金属材料在高温环境下与氧发生反应形成氧化膜的能力。如铝、锌等金属表面能自然形成致密的氧化膜，有效阻止内部金属进一步氧化，表现出良好的抗氧化性。耐腐蚀性金属材料抵抗周围介质（如水、酸、碱、盐等）侵蚀破坏的能力。不锈钢因含有铬和镍元素，能在表面形成一层钝化膜，显著提高耐腐蚀性能，广泛应用于化工、海洋等领域。腐蚀类型分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是金属与周围介质直接起化学作用的结果；电化学腐蚀则是在电解质溶液中，由于金属内部电位差引起的腐蚀过程，其危害性较大。氧化还原反应通过氧化还原反应，可以从金属化合物中还原出金属单质，是金属冶炼的重要方法。金属的活泼性根据金属在金属活动性序列中的位置判断，如钾、钙、钠等金属非常活泼，易于与其他元素发生反应。与氧的反应多数金属在一定条件下都能与氧发生反应，生成相应的氧化物。反应速率和程度取决于金属的性质和条件。化学反应活性合金化及改性处理合金化向金属中添加其他元素（合金元素），可以显著改变其化学性能。如不锈钢通过添加铬和镍元素，提高了耐腐蚀性和机械性能。01改性处理通过热处理、表面处理等技术手段，改变金属材料的组织结构和表面性能，以满足特定使用要求。如镀锌、镀铬、喷涂涂料、阳极氧化等表面处理技术，可以提高金属的耐腐蚀性、硬度、耐磨性等。02合金元素的作用合金元素能与基体金属形成固溶体或化合物，从而改善金属材料的整体性能。通过调整合金元素的种类和含量，可以设计和优化金属材料的化学性能，满足不同的应用需求。03金属材料的机械特性04强度与韧性金属在受到拉伸外力时，抵抗断裂的最大应力值，是评价金属材料强度的重要指标。抗拉强度金属在受到持续增大的外力作用时，开始产生明显塑性变形的最小应力值，是材料开始发生永久变形的标志。衡量金属材料在冲击载荷作用下抵抗断裂的能力，是评价金属材料韧性的重要指标之一。屈服强度金属在受到冲击载荷时，吸收能量并抵抗破坏的能力。韧性好的金属能有效防止突然断裂，提高结构的安全性。韧性01020403冲击韧性塑性与延展性塑性01金属在受到外力作用时，发生永久变形而不被破坏的能力。良好的塑性使得金属易于加工成各种形状和尺寸的产品。延展性02金属在受到拉伸时，长度和横截面积都能显著增大的能力。延展性好的金属可以加工成很薄的箔或细丝。弹性变形与塑性变形03金属在受到外力作用时，首先发生弹性变形，即外力去除后变形完全消失；当外力超过弹性极限时，发生塑性变形，即外力去除后变形部分或全部保留。加工硬化04金属在冷塑性变形过程中，硬度和强度逐渐提高，塑性逐渐降低的现象。加工硬化有利于改善金属材料的某些使用性能。疲劳极限应力松弛蠕变现象低温脆性金属在交变应力作用下，经过一定循环次数后产生裂纹或突然断裂的最大应力值。疲劳破坏是金属材料在长期使用过程中的主要失效形式之一。金属在高温和长时间载荷作用下，应力随时间逐渐减小的现象。应力松弛会降低金属构件的承载能力。金属在高温和长时间载荷作用下，缓慢发生塑性变形的现象。蠕变会导致金属构件尺寸和形状发生变化，甚至导致断裂。金属在低温条件下，塑性和韧性显著降低，容易发生脆性断裂的现象。低温脆性是影响金属材料在低温环境下使用性能的重要因素。疲劳极限与蠕变现象金属材料加工技术与应用05铸造、锻造及焊接技术锻造技术利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其发生塑性变形，从而获得所需形状和性能的金属件。锻造件组织致密，机械性能好，适用于制造高强度、高韧性的重要零部件。焊接技术通过加热或加压，使两块或多块金属在连接界面处发生原子结合，形成牢固的连接。焊接技术具有连接强度高、密封性好、工艺灵活等优点，是现代工业中不可或缺的金属连接方法。铸造技术通过高温将金属熔化后倒入模具中，冷却凝固成型的工艺。具有成型复杂、成本低廉、适应性强等特点。广泛应用于汽车、机械、建筑等领域。030201利用切削工具从金属材料表面切除多余部分，以获得所需形状、尺寸和表面质量的加工方法。包括车削、铣削、磨削等多种工艺，适用于各种金属材料的精加工和半精加工。切削加工通过物理、化学或机械方法改变金属表面性质，提高金属材料的耐腐蚀性、耐磨性、装饰性等。常见的表面处理技术有电镀、喷涂、阳极氧化等。表面处理技术切削加工及表面处理技术桥梁建造中的金属材料加工：桥梁结构复杂，对金属材料的强度、韧性和耐腐蚀性要求较高。在桥梁建造中，常采用铸造技术制造大型构件，锻造技术加工高强度连接件，焊接技术实现构件之间的牢固连接。汽车制造中的金属材料加工：汽车制造涉及多种金属材料，如钢铁、铝合金等。在汽车制造过程中，采用铸造技术制造发动机缸体、变速器壳体等复杂构件，锻造技术加工曲轴、连杆等关键零部件，切削加工和表面处理技术则用于提高零部件的精度和性能。航空航天领域中的金属材料加工：航空航天领域对金属材料的性能要求极高，需要采用先进的金属材料加工技术。例如，钛合金等难加工材料常采用精密锻造技术加工成复杂形状的零部件；高温合金等耐高温材料则采用先进的焊接技术实现连接。同时，表面处理技术也广泛应用于航空航天领域，以提高金属材料的耐腐蚀性和耐磨性。典型应用案例分析实验操作与实践活动06耐腐蚀性测试模拟不同腐蚀环境（如酸、碱、盐溶液等），对金属材料进行浸泡或电化学腐蚀试验，观察并记录腐蚀速率和表面形态变化。抗拉强度测试使用万能材料试验机，对金属材料试样进行拉伸试验，测量其最大抗拉强度，评估材料的承载能力。硬度测试采用布氏、洛氏或维氏硬度计，对金属材料的表面硬度进行测试，了解材料的耐磨性和抗变形能力。导热性实验设计实验，通过对比不同金属材料在相同热源作用下的温度变化，评估其导热性能，如使用红外线热像仪观测金属板在加热后的热量分布。金属材料性能测试实验表面处理了解金属表面镀锌、镀铬、喷涂涂料、阳极氧化等处理方法的原理及操作过程，提高金属材料的耐腐蚀性、美观度和功能性。切割与焊接学习并实践金属材料的氧气切割、激光切割、电弧焊、氩弧焊等加工技术，掌握不同切割与焊接方法的特点及应用范围。折弯与冲压通过手动或机械方式对金属材料进行折弯、冲压成形训练，理解材料的塑性和变形规律。金属材料加工操作训练功能性金属部件设计结合生活实际需求，设计并制作具有特定功能的金属部件，如简易散热器、小型机械结构件等，加深对金属材料应用的理解。环保型金属材料应用研究调研环保型金属材料的发展现状及应用前景，设计并实施相关实验，探讨其在绿色建筑、新能源汽车等领域的应用潜力。金属材料性能改进实验选取特定金属材料，通过添加合金元素、热处理等方式，探索改善其力学性能、耐腐蚀性等特性的方法，并进行实验验证。金属艺术品制作鼓励学生利用所学金属加工技术，设计并制作具有创意的金属艺术品，如金属雕塑、装饰品等，培养创新思维和动手能力。创新实践活动设计与实施课程总结与展望07回顾本次课程重点内容金属材料的定义与分类01详细阐述了金属材料的定义，包括其光泽、延展性、导电和传热等特性，并介绍了金属材料按颜色和性质分为黑色金属和有色金属两大类别。金属材料的物理特性02深入探讨了金属材料的导电性、导热性、磁性等物理特性，以及这些特性在日常生活和工业领域中的广泛应用。金属材料的力学特性03分析了强度、硬度、塑性、韧性等力学特性，以及这些特性如何影响金属材料的承载能力和使用寿命。金属材料的化学特性04讲解了金属材料的氧化、还原反应、耐腐蚀性及其影响因素，并介绍了通过合金化提高金属性能的方法。展望金属材料未来发展趋势多功能复合材料发展未来金属材料将不再局限于单一功能，而是通过复合材料技术实现多种功能的集成，如导电、导热、吸音、抗震等多功能复合材料。高性能金属材料研发随着科技的进步，未来将有更多高性能金属材料被研发出来，如高强度、高韧性、耐高温、耐腐蚀等特性兼具的金属材料。绿色环保金属材料随着环保意识的提高，绿色环保金属材料将成为未来的发展趋势，包括可回收、可降解、低能耗等特性的金属材料。智能化金属材料应用结合物联网、大数据等智能技术，金属材料将在更多领域实现智能化应用，如智能穿戴设备、智能家居等。加强专业