《金属和金属材料》讲义
图81 东汉晚期的青铜奔马图82 河北沧州的铁狮子 金金 银银 铜铜 铁铁 锡锡 黄色黄色 铝铝 锌锌 汞（水银）汞（水银） 镁镁 钨钨 液液 体体 根据生活经验，你所知道的金属有哪些？根据生活经验，你所知道的金属有哪些？ 紫红色紫红色 根据生活经验，你见过哪些金属制品？根据生活经验，你见过哪些金属制品？ 校 园 所 见 根据生活经验，你见过哪些金属制品？根据生活经验，你见过哪些金属制品？ 交 通 工 具 根据生活经验，你见过哪些金属制品？根据生活经验，你见过哪些金属制品？ 现 代 厨 房 问：请根据你的经验, 说出你所知道最常见的金属 有哪些? 铁Fe 铜Cu 铝Al 金Au 银Ag 它们都是金属材料由纯金属或者合金制成 1、了解人类社会使用材料的历史？ 2、目前，产量居前三位的金属依次是 。 石器时代青铜器时代铁器时代铝的利用钛的利用 铁 铝 铜 请根据这些物质的用途说出它们的性质？ 戒指 灯泡和电线高压锅 铜片铜丝铁夹 金属共同的物理性质 常温下它们都是固体（汞除外 ）有金属光泽 大多数为电和热的优良导体 有延展性 密度较大 熔点较高 一、几种重要的金属 问：请说出你是如何分辨出电线中的铜丝和铝丝? 铜呈紫红色，铝呈银白色 不同金属的导电性、导热性、密度、熔点、硬度等物理性 质 差别也较大。例如大多数金属都是银白色的， 但铜却呈 ，金呈 。 在常温下，大多数金属是固态，但汞是 。 紫红色黄色 液体 （P4资料）地壳中含量最高的金属元素 铝Al 人体中含量最高的金属元素 钙Ca 目前世界年产量最高的金属 铁Fe 导电、导热性最好的金属 银Ag 硬度最高的金属 铬Cr 熔点最高的金属 钨W 熔点最低的金属 汞Hg 密度最大的金属 锇Os 密度最小的金属 锂Li 讨论：根据你的生活经验和下表所提供的信息，并查阅有 关资料分析下列问题。物理性质质物理性质质比较较 导电导电 性(以银银的导电导电 性为为 100作标标准) 银银 铜铜 金 铝铝 锌锌 铁铁 铅铅 (优优) 100 99 74 61 27 17 7.9 (良) 密度/(gcm-3) 金 铅铅 银银 铜铜 铁铁 锌锌 铝铝 (大) 19.3 11.3 10.5 8.92 7.86 7.14 2.7 (小) 熔点/ 钨钨 铁铁 铜铜 金 银银 铝铝 锡锡 (高) 3410 1535 1083 1064 962 660 232 (低) 硬度(以金刚刚石的硬度为为 10作标标准) 铬铬 铁铁 银银 铜铜 金 铝铝 铅铅 (大) 9 4-5 2.5-4 2.5-3 2.5-3 2-2.9 1.5 (小) 1 . 为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铅制？ 答：因为铁的硬度比较大，而铅的硬度较小，并且铅有毒 会对人体造成危害，不适于用来制造菜刀、镰刀等物品。 讨论：根据你的生活经验和下表所提供的信息，并查阅有 关资料分析下列问题。物理性质质物理性质质比较较 导电导电 性(以银银的导电导电 性为为 100作标标准) 银银 铜铜 金 铝铝 锌锌 铁铁 铅铅 (优优) 100 99 74 61 27 17 7.9 (良) 密度/(gcm-3) 金 铅铅 银银 铜铜 铁铁 锌锌 铝铝 (大) 19.3 11.3 10.5 8.92 7.86 7.14 2.7 (小) 熔点/ 钨钨 铁铁 铜铜 金 银银 铝铝 锡锡 (高) 3410 1535 1083 1064 962 660 232 (低) 硬度(以金刚刚石的硬度为为 10作标标准) 铬铬 铁铁 银银 铜铜 金 铝铝 铅铅 (大) 9 4-5 2.5-4 2.5-3 2.5-3 2-2.9 1.5 (小) 2 . 银的导电性比铜好，为什么电线一般用铜制而不用银 制？ 银的价格昂贵，而且银的密度大，不易架设。 讨论：根据你的生活经验和下表所提供的信息，并查阅有 关资料分析下列问题。物理性质质物理性质质比较较 导电导电 性(以银银的导电导电 性为为 100作标标准) 银银 铜铜 金 铝铝 锌锌 铁铁 铅铅 (优优) 100 99 74 61 27 17 7.9 (良) 密度/(gcm-3) 金 铅铅 银银 铜铜 铁铁 锌锌 铝铝 (大) 19.3 11.3 10.5 8.92 7.86 7.14 2.7 (小) 熔点/ 钨钨 铁铁 铜铜 金 银银 铝铝 锡锡 (高) 3410 1535 1083 1064 962 660 232 (低) 硬度(以金刚刚石的硬度为为 10作标标准) 铬铬 铁铁 银银 铜铜 金 铝铝 铅铅 (大) 9 4-5 2.5-4 2.5-3 2.5-3 2-2.9 1.5 (小) 3 . 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？ 钨的熔点高而锡的熔点低；若用锡灯丝则很容易熔断 。 讨论：根据你的生活经验和下表所提供的信息，并查阅有 关资料分析下列问题。物理性质质物理性质质比较较 导电导电 性(以银银的导电导电 性为为 100作标标准) 银银 铜铜 金 铝铝 锌锌 铁铁 铅铅 (优优) 100 99 74 61 27 17 7.9 (良) 密度/(gcm-3) 金 铅铅 银银 铜铜 铁铁 锌锌 铝铝 (大) 19.3 11.3 10.5 8.92 7.86 7.14 2.7 (小) 熔点/ 钨钨 铁铁 铜铜 金 银银 铝铝 锡锡 (高) 3410 1535 1083 1064 962 660 232 (低) 硬度(以金刚刚石的硬度为为 10作标标准) 铬铬 铁铁 银银 铜铜 金 铝铝 铅铅 (大) 9 4-5 2.5-4 2.5-3 2.5-3 2-2.9 1.5 (小) 4 .为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬？如果镀金会怎样 ？镀铬：铬的硬度大，耐磨，保存时间长；铬耐腐蚀，可防铁制 品生锈；镀铬也使水龙头美观大方。 镀金：更美观，更耐腐蚀，但金价格昂贵，硬度小，易磨损。 通过以上讨论，请说出你得到的结论 ： 考虑物质的用途时，首先要考虑物质的 ， 还需要考虑那些因素？ 性质 1、价格，2、资源，3、是否美观，4、是否便利， 5、废料是否易于回收，6、对环境的影响 请问：用来铸造硬币的金属材料需要具有什么性质？ 资源丰富 无毒轻便 耐磨耐腐蚀 美观易加工 熔点最高的金属 人体含量最高的金属元素 导电导热性最好的金属 密度最大的金属 熔点最低的金属 地壳中含量最高的金属元素 目前世界年产量最高的金属 密度最小的金属 硬度最高的金属 资料库资料库 铝 铬 银 钨 锇 汞 钙 锂 铁 就是在金属中就是在金属中加热熔合加热熔合 某些金属或非金属形成的具某些金属或非金属形成的具 有有金属特征金属特征的物质。的物质。 合金合金 制造飞机的材料中为什么大制造飞机的材料中为什么大 量使用量使用铝合金铝合金而不用而不用纯铝纯铝？ 生铁和钢就是含碳量不同的铁的两种合金 生铁的含碳量为2 24.34.3，钢的含碳量为 0.030.032 2除含碳外，生铁中还含有硅、 锰等，钢如不锈钢中还含有铬、镍等由于在纯 金属铁中熔合了一定量的碳、锰或碳、铬、镍等 ，这种组成的改变，使得合金性能也随之发生改 变例如，纯铁较软，而生铁比纯铁硬；不锈钢 不仅比纯铁硬，而且其抗锈蚀性能也比纯铁好得 多 【实验8-1】比较黄铜片（铜锌合金）和铜片、焊锡（锡 铅合金）和锡的光泽和颜色；将它们互相刻划，比较它们 的硬度。 性质 比较 现 象 黄铜铜铜焊焊 锡锡锡锡 光泽 和 颜色 硬度 结论 有光泽 黄色 有光泽 紫红色 有光泽 灰白色 有光泽 银白色 黄铜比铜硬焊锡比锡软 合金与组分金属的物理性质有差 异 注意：合金的硬度一般大于其组分金属 【实验【实验8-28-2】将绿豆大的焊锡】将绿豆大的焊锡 、锡和铅放置在铁片上，加热、锡和铅放置在铁片上，加热 铁片的中心部分，观察，比较铁片的中心部分，观察，比较 焊锡和组成它的纯金属锡、铅焊锡和组成它的纯金属锡、铅 的熔化温度的熔化温度 焊锡 锡 铅 合合金与组成它们的金属的性质比较金与组成它们的金属的性质比较 焊锡（锡铅合金）和武德合金（铅、铋、锡、镉组成 的合金）的用途。根据下表提供的数据，你能得到什么启 示？ 纯纯金属合金 铅铅镉镉铋铋锡锡焊锡焊锡武德合金 熔点/32732127123218370 启示 合金的性能与组成它们的纯金属不同，通过改变 组成和含量，可以使合金具有许多良好的物理、 化学和机械加工性能，适合于不同的用途；等等 。 焊锡主要用于焊接金属等；武德合金（组成金属的质量分 别为50%铋、25%铅、13%锡和12%镉）可用于制电路保 除丝等。 结论：合金与纯金属相比 1、 更大的硬度 2、 较低的熔点 3、 更高的强度(韧性好、耐拉伸、耐弯曲) 4、更好的抗腐蚀性能 所以，尽管目前人类已制得的纯金属只有90余种，但人们 为适用各种用途而将这些纯金属按一定组成和质量比制得的合金 已达几千种。 常见合金的主要成分、性能和用途常见合金的主要成分、性能和用途 锰钢铁、锰、碳韧性好、硬度大 钢轨、挖掘机铲斗、坦克 装甲、自行车架 不锈钢铁、铬、镍抗腐蚀性好 医疗器械、炊具、容器、 反应釜 黄铜铜、锌强度高、可塑性好、 易加工、耐腐蚀 机器零件、仪表、日用品 青铜铜、锡强度高、可塑性好、 耐磨、耐腐蚀 机器零件如轴承、齿轮等 白铜 铜、镍 光泽好、耐磨、耐 腐蚀、易加工 钱币、代替银做饰品 焊锡锡、铅熔点低焊接金属 硬铝铝、铜、镁、硅强度和硬度好火箭、飞机、轮船等制造业 18K 黄金金、银、铜光泽好、耐磨、易加工 金饰品、钱币、电子元件 18K 白金金、铜、镍、锌光泽好、耐磨、易 加工 金饰品 K是表示金的纯度的指标。24K表示含金量达100%，18k表示含金量达75%，14K 表示含金量达58.5%。 主要性能主要用途 主要成分 合金 K金是金(Au)混合其他金属而成的合金。加入了其他金 属后，金便改变了本来的结构，以至不容易扭曲。 金十分柔软。而一些价钱比金便宜 的K金，为什么比金还要“坚硬”呢？ 金的纯度可以用百分比来表示；譬如九九金表 示金的纯度达99.9%。另一种表示纯度的方法：纯 金24K。这些比金还要“坚硬”的18K金里，只有75% 是金，而其余25%则是银和铜。 你知道18K金是什么意思吗？ 黄铜 白铜 青铜 铝镁合金铝镁合金 钛铝钒合金钛铝钒合金 铁铬镍合金铁铬镍合金 铁锰碳合金铁锰碳合金 钛合金与人体有很好的钛合金与人体有很好的“相容性相容性”，因此可用来，因此可用来 制造人造骨制造人造骨 钛和钛合金钛和钛合金 被认为是被认为是2121世纪的世纪的 重要材料，它具有很多优良的性重要材料，它具有很多优良的性 能，如熔点高、密度小、可塑性能，如熔点高、密度小、可塑性 好、易于加工、机械性能好等。好、易于加工、机械性能好等。 尤其是抗腐蚀性能非常好，因此尤其是抗腐蚀性能非常好，因此 被广泛被广泛用于火箭、导弹、航天飞用于火箭、导弹、航天飞 机船舶、化工和通讯设备等机船舶、化工和通讯设备等 钛金属腕表钛金属腕表 用钛-镍形状记忆合金制成的人造卫星天线 形状记忆合金是具有形状
