(3)生活中的金属材料

3、生铁和钢的特点与冶炼方法



一般铁金属在空气中容易起 化合作用，所以大多数的铁 都是以化合物的状态存在。 自然界挖掘出来的铁矿石， 放进鼓风炉中做高温炼制， 所得到的产品叫做「生铁」。 生铁里面含有许多杂质，在 经过高温冶炼制成「熟铁」。
4、常见铁碳合金的类型与碳钢的用途




所谓（碳）钢是铁和碳的合金，工业用 碳钢的含量在0.025％-2.0％左右的范 围，依含碳量可分为低碳钢、中碳钢和 高碳钢。含碳量不同各种机械性质也不 同，因此也有各种不同的用途。 低碳钢含碳量为0.08％-0.2％，抗拉强 度为32（公斤/每平方公厘），通常用 于建筑材料、锅炉、钢板 中碳钢含碳量为0.2％-0.4％，抗拉强 度为46（公斤/每平方公厘），通常用 于造船、机械、桥梁 高碳钢含碳量为0.4％-1.5％，抗拉强 度为65（公斤/每平方公厘），通常用 于车轮、锉刀等工具

四、金属材料的种类
第二次世界大战后金属材料虽然部分 Al 轻金属：Be Mg 地被合成高分子材料、无机非金属材料与各 Y La 镧系（58～71号） 种复合材料替代，但是，金属材料在一个国 家的国民经济中仍然占有举足轻重的地位。 为了发展航空、航天、舰艇、军事、医疗、 能源等，需要发展具有特殊性能的新型金属 材料。
第二节 生活中常见金属材料简介
一铁碳合金 1、铁碳合金的概念：铁及 其合金是现在运用得最多 的金属材料。铁的合金根 据含碳量的多少分为生铁 和钢。钢主要分为碳素钢 （铁碳合金）和合金钢 （碳素钢中加入其他元 素），以碳素钢为主。
2、铁碳合金在工业上的重 要性：工业上常用的金 属只有二十多种，其中 又以铁的产量最多，不 但价格便宜，机械性质 也非常优良，大概占金 属使用率的90％左右。 而铁一般又以「钢」的 形式出现在生活中。
5、不同含碳量钢的用途
碳 钢 含 碳 量 （ ％ ） 用途
0.04 - 0.1 0.1 - 0.2 0.2 - 0.3 0.3 - 0.4 0.4 - 0.5 0.5 - 0.6 0.6 - 0.7 0.7 - 0.8 0.8 - 0.9 0.9 - 1.0 1.0 - 1.1 1.1 - 1.2 1.2 - 1.3 1.3 - 1.4 1.4 - 1.5 锁、熔接棒、管、白铁皮 螺栓、螺帽、建筑用钢筋 桥梁、柱子、锅炉、起重机 轴、齿轮、螺栓 轴、铲、船壳 铁轨、轴、外轮胎 木工锯、锻造用模、外轮胎 锤、冲头、锯条 针、冲床用模、圆锯、岩石用钻头 弹簧、刀具 刀具 刀具、螺丝、钻头 安全剃刀、锉刀 雕刻用刀具 冷压铸铁用刀具
5、铅
【1】铅的性能与用途： (1)铅的比重大，约为11.34，质软，富 延展性，常温下容易做成板或箔。 (2)耐蚀性高耐硫酸、盐酸的腐蚀，在 化学工业上的使用率高。 (3)铅可以做屏蔽放射性核辐射的材料， 在动力机械方面铅可以做蓄电池、电 极板等。 【2】铅的缺点：是有毒，对人体有害。 常见的铅中毒是慢性肾炎，患者肾脏 衰萎，有时还伴随着痛风；严重者， 肾脏机能全失。脑神经中毒也是常见 的铅中毒。
三、金属材料的性质




具金属光泽，是电的良 导体 密度高 熔点高（除水银为液体 之外均为固体） 膨胀系数低 抗酸、抗碱、抗腐蚀之 化学性质较差
强度：抵抗拉伸、压缩、剪 断、弯曲的性质。强度大的 金属，较不容易变形。 硬度：抵抗压痕、被穿刺的 性质。硬度大的金属，可以 当作刀具来使用。 韧性：抵抗因震动、冲击而 破裂的能力。韧性越低的金 属较为硬脆，容易断裂。 延展性：材料经过拉伸、弯 曲、延展成形而不易断裂的 性质。（金属材料中「金」 的延展性为最佳，一公克的 金可以延展成70平方公分的 金箔或3公里的金线）
铝的用途

原本普普通通的金 属铝，在古代由于 冶炼工艺的极其复 杂而使其身价颇高， 当时被世人视为比 黄金还稀罕之物， 甚至经常出现于皇 冠之上，此谓之 “物以稀为贵”！
铝合金用途
铝合金用途
铝合金制成的车载桌
铝合金制成的箱子
3、镁
【1】镁的来源与生产方法：大体存在于菱镁石 等矿石中，海水中也有少量镁元素的存在， 将这些原料提取氯化镁或是氧化镁，在将其 电解而得到「镁」。 【2】镁的性能：镁的特点是重量很轻，比重 1.74，比铝小，容易氧化，常温加工困难 （需提高温度350度-450度才容易加工） 【3】镁合金的应用：镁合金是在镁中加入Al、 Zn、Mn、Zr、Ce等元素来改良其机械性质或 耐蚀性，在工业上常用来作为锻造或是铸造 的材料。
五、常见有色金属的性能
1、铜 （1）铜的性能 铜的导电性和导热性高、质地软， 不适合用于构造用材料，但若在 铜中添加Zn、Sn等其它元素（黄 铜、青铜），便可改良同本身的 耐蚀性及机械性质 （2）铜的分类 铜＆锌→黄铜 铜＆锡→青铜 铜＆铝→铝青铜 铜＆镍→镍青铜
铜合金
青铜
黄铜
白铜
2、铝 （1）铝的性能：铝的特点是质量比其它金属轻， 比重为2.7。强度低，不能以纯铝来制作需要 强度的构造物，轻合金是在铝中加入其它元 素而改良这种缺点的合金。 （2）铝的用途：轻合金 主要运用在化学工业用机 器、建筑材料（铝门窗） 、汽车零件、飞机零件等。
铝：增加流动性 磷：增加耐蚀性，但超过0.1％时会有热脆性 硫：增加钢的切削性及热脆性，但一般含量要少
3、实用合金钢的分类和用途
分 工具钢 类 用 切削用钢 耐冲击用钢 耐磨用钢 热加工用钢 不锈钢 耐酸钢 耐热钢 电器用钢 非磁性钢 磁时钢 途 实 用 合 金 钢 的 类 型 W钢、Cr-W钢、Cr-Mn钢、高速钢 Cr-W钢、Cr-W-V钢 高C钢、高Cr钢、Cr-W钢、Cr-Mo-V钢 Mn钢、Cr-W-V钢、Ni-Cr-Mo钢、Mn-Cr钢 高C钢、高Cr钢、高C-Cr-Mn钢 Cr钢、Cr-Ni钢 Ni钢、高Cr-高Ni钢、高Si合金 高Cr钢、高Cr-高Ni钢、Si-Cr钢、Ni-Cr合 金、Cr-Al合金 Ni钢、Cr-Ni钢、Cr-Mn钢 Cr钢、W钢、Cr-W-Co钢、Ni-Al-Co钢
氢气与汽油两用车上的储氢装置
氢燃料电池汽车上的储氢罐
第三节 新型金属材料
第二次世界大战后金属材料虽然部分 地被合成高分子材料、无机非金属材料与各 种复合材料替代，但是，金属材料在一个国 家的国民经济中仍然占有举足轻重的地位。 为了发展航空、航天、舰艇、军事、医疗、 能源等，需要发展具有特殊性能的新型金属 材料。
1、金属材料发展的阶段 人类最早使用工具的是什时代：时光如水，岁月如歌， 随着人们的不断进步，人们发现了金属， 制得了青铜，人类迈进了青铜器时代。
铜——人类应用最早的金属
夏商时代
司母戊鼎
四羊方尊
铜合金的类型： 铜及其合金青铜是人类利用得最早的金属 材料。铜合金的种类很多，除青铜外，常 见的还有黄铜和白铜。 铜合金：青铜：Cu、Sn、Pb 黄铜：Cu、Zn 白铜：Cu、Ni、Zn、Mn
黄金制成的饰品
黄金制成的饰品
8、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—Ni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。
【3】铁器时代
（1）铁的发现与铁器时代 陨铁是陨石的一种，含铁 在80%以上，以金属状态 出现，数量稀少。据史料 记载，人类最早发现和使 用的铁就是从天空落下来 的陨铁。 公元前1000年左右，铁器 才基本上从日常用具中排 挤了铜器而占统治地位
（2）铁器的发展

随着人类的不断进步，人们在不断的探索中冶炼 出了铁，人类迈进了铁器时代。将铁不断的煅烧、锤 打得到了钢，使得现代的工业有了骨骼。铁器时代， 人们的冶炼技术发展得到了性质比铜及其合金青铜 优越的铁和铁的合金， 由于铁元素在地壳中的 含量比较大，开采相对 容易，冶炼方法比较早 被人们所掌握，所以铁 以及铁的合金是人类利 用得最多金属材料。
6、锌
锌的性能与用途： 【1】锌的材质很脆，但温度在 100度-150度时延展性会增加， 可以做成薄板或拉成线 【2】加热至200度时结晶粒会变 粗，而质地又再度变脆 【3】锌中加入少量的Cu、Sn、 Al可用于铸造，用来铸造不需 要强度之零件
7、金的合金：K金
9999金 K金是指黄金和其它金属混合在一起 的合金，K金的量度单位，是将纯金分为24份 。根据在首饰中的黄金含量就分成不同的K金 ，所以24K是指纯金，18K含黄金量就是 18/24=75.0%。
特殊 目的 的合 金钢 轴承钢 耐热钢
不锈钢制成的餐具
锰钢制成的钢轨
四、常见的有色金属（非铁金属）材料
1、有色金属材料的概念：铁叫黑色金属，铁之外的金 属通常叫做有色金属「也叫非铁金属」。 2、最常用的有色金属：其中Cu、Al、Zn、Pb、Sn、Ni、 Mg、W、Cr、Sb、Bi、Cd等的使用量最多。 3、常用于合金的有色金属：Mn、Co、V、Mo、Ti、Be 等多用于合金材料。 4、轻金属：Mg、Al在金属当中质量比较轻，因此又称 为轻金属。 5、贵金属： Ag、Au、Pt等虽然产量稀少，但是色泽 优美，亦不容易受化学作用，称为贵金属。
一、 形状记忆材料
1、形状记忆合金的发现
1963年，美国海军一个研究所奉命研制一种新式装备。 在一次试验中他们需要一些镍- 钛合金丝，然而当他们将合 金丝领回来时，却发现这些镍钛合金丝是弯弯曲曲的，使用 起来不方便。于是他们就将这些细丝一根根地拉直，并用在 试验中。在试验过程中，奇怪的现象出现了：当温度升到一 定值的时候，这些已经被拉得直直的镍钛合金丝，突然又全 部恢复到原来弯弯曲曲的形状，而且丝毫不差，和原来一模 一样。 军械实验室的研究人员紧紧地抓住了上述的意外的事情， 开展反复的实验研究，终于发现含50%镍和50%钛的合金在温 度升高40℃以上时，能“记住”自己原来的形状。