选修1·第三章 第一节 合金

【教学目标】

1. 认识金属与合金在性能上的主要差异及其原因；

2. 了解合金元素的种类、含量对合金性能的影响；

3. 知道生活中常见合金（如：铁合金、铝合金和铜合金）的组成、性能和用途；

4. 感受新型合金的特殊性能及其在现代社会的应用；

【教学重点】

1. 金属和合金在性能上的主要差异及其原因；

2. 铁合金、铝合金和铜合金的组成、性能和用途；

【教学难点】 合金的结构与性能之间的关系

新课导入：用日常生活中的事实回答下列问题：

1、你在日常生活中用到哪些合金产品？（展示各式各样的合金图片）

           

2、合金用品与纯金属相比有什么优点？

       

    铁生锈                        不锈钢

  

             导线                     超合金导体

       

        记忆合金

知识讲解：一、认识合金

（板书）

合金：由两种或两种以上金属（或与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。

（1）一般情况下，合金比纯金属硬度大、更坚硬；

（2）多数合金的熔点一般比各成分金属的低；

（3）一般来说，合金的性质并不是各成分的性质的总和，合金具有良好的物理、化学和机械的性能；

（4）合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节。如：生铁的熔点比纯铁的低、硬铝（Cu、Mn、Si）的强度和硬度都比纯铝大；

设问：为什么在纯金属加入其他元素形成合金以后，它的性能与纯金属有很大的差异呢？（主要分析硬度与熔点两方面）

（学生阅读教材P48～49，归纳总结）

小结：合金内加入了其他元素或大或小的原子，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难。因此，在一般情况下，合金比纯金属硬度大。

同理在纯金属内，所有的原子大小相同，排列十分规整。而合金内原子的大小不一，排列没有纯金属那样整齐，使得原子之间的相互作用力减小。所以，多数合金的熔点一般比各成分金属的低。

知识简介：二、常用的合金

1. 铁和铁合金

	生  铁	钢
含碳量	2％～4.3%	0.03%~2%
性能	生铁硬度大、抗压、性脆，可铸不可锻	有良好的延展性，机械性能好，可铸可锻

碳素钢和合金钢的比较

相同点	成分不同	性   能
碳素钢	合金	铁与碳的合金	含碳量高，硬度大； 含碳量低，韧性强；
合金钢 （不锈钢）		在碳素钢中加入铬和镍	不锈钢在空气中比较稳定，不容易生锈，具有很强的抗腐蚀能力

学生活动：分小组讨论教材P50学与问

2. 铝和铝合金

	成  分	性  能
铝	Al	硬度、强度较小
铝合金	向Al中加入少量的合金元素如：Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素	1、抗腐蚀能力强，强度高，密度较小，如：高压锅是由铝合金制造的 2、硬铝的性能

3. 铜合金

A、铜合金分类：铜合金分为黄铜、青铜和白铜。

       

（1）白铜：是铜镍合金，主要用来制造精密机械、精密仪表中的耐蚀零件及电阻器、热电偶等。

（2）黄铜：铜和锌著称的合金统称为黄铜。其中铜锌二元合金称普通黄铜。除锌外再加入其它元素所组成的多元黄铜称为特殊黄铜。

铸造黄铜具有较高的力学性能，铸造性能较好，且价格比青铜低。常用于一般用途的轴承、衬套、齿轮等耐磨件和阀门等耐蚀件。

（3）青铜：可分为普通青铜（锡青铜）和特殊青铜（铝青铜、铅青铜、硅青铜、铍青铜等）两大类。

B、铜合金铸造工艺

各种成分的铜合金的结晶特征不同，铸造性能不同，铸造工艺特点也不同。

（1）锡青铜：结晶特征是结晶温度范围大，凝固区域宽。铸造性能方面流动性差，易产生缩松，不易氧化。工艺特点是壁厚件采取定向凝固（顺序凝固），复杂薄壁件、一般壁厚件采取同时凝固。

（2）铝青铜和铝黄铜：结晶特征是结晶温度范围小，为逐层凝固特征。铸造性能方面流动性较好，易形成集中缩孔，极易氧化。工艺特点是铝青铜浇注系统为底注式，铝黄铜浇注系统为敞开式。

（3）硅黄铜：结晶特征是介于锡青铜和铝青铜之间。铸造性能最好（在特殊黄铜中）。工艺特点是顺序凝固工艺，中注式浇注系统，暗冒口尺寸较小。

学生活动：阅读教材P51思考与交流，分组讨论总结

4. 新型合金

     

（1）储氢合金：未来能源的开发中，氢是一种发热高、无污染、无公害、取之不尽、用之不竭的能源，是能源研究的一个发展方向，关键问题是如何贮存氢?氢气是一种易燃易爆的气体，要在-253℃才液化。1968年美国首先发现Mg-Ni合金具有贮氢功能，但要在250℃时才放出氢。后相继发现Ti-Fe，Ti-Mn，La-Ni等合金也有贮氢功能。 La—N1贮氢台金在常温、0.152 MPa下就可放出氢，可用于汽车、燃料电池等，新型贮氢合金材料的发现和实际应用有待于21世纪继续努力。

（2）钛合金：以钛为基加入其他合金元素组成的合金称作钛合金。钛合金具有密度低、比强度高、抗腐蚀性能好、工艺性能好等优点,是较为理想的航天工程结构材料。

（3）耐热合金：镍钴合金能耐1200℃，用于喷气发动机和燃气轮机的构件。镍铬铁非磁性耐热合金在1200℃时仍具有高强度、韧性好的特点，可用于航天飞机的部件和原子反应堆的控制捧等。寻找耐高温（1000℃以上）、可长时间运行（10000 h以上）、耐腐蚀、高强度等要求的合金材料，仍是今后研究的方向。

（4）形状记忆合金：它们具有高弹性、金属橡胶性能、高强度等特点，如Ni-Ti，Ag-Cd，Cu-Cd，Cu-A1-Ni，Cu-A1-Zn等合金，可用作调节装置的弹性元件（如离合器，节流阀，温控元素等）、热引擎材料、医疗材料（牙齿矫正材料）等。

（5）泡沫合金

课堂练习：教材P53习题1、2、3、4、5