第一节　合金教学设计和教学实录

第一课时

应用广泛的金属材料

常见合金的组成及应用

教学目标：

1.使学生初步了解合金。

2．认识金属与合金在性能上的主要差异。

3．知道生活中常见合金的组成，了解新型合金的用途。了解易拉罐的主要成分。

教学重点：认识金属与合金在性能上的主要差异。

教学过程：

视频展示：“神剑干将莫邪的故事”

【思考与交流】

1、什么是合金？你日常生活中的金属制品那些是合金？

2、为什么我们使用的金属材料主要是合金？而不是纯金属？

3、阅读下表，了解生活中常见的合金种类的主要组成元素和具体应用。

合金种类

碳钢

黄铜

青铜

白铜

坚铝

镁铝合金

武德合金

焊锡

主要组成元素

铁、碳

铜、锌

铜、锡

铜、镍

铝、铜、镁、锰

镁、铝

铅、锡、铋、镉

铅、锡

刀具

门锁及家庭装修材料等

青铜器

餐具

门窗框架

计算机和照相机外壳

保险丝

焊接时使用的材料

常用生活器件

【过渡】我们日常生活中所用金属基本上都是合金，原因是合金与纯金属相比具有优越的性能，下面我们认识合金。

【板书】§3.1.2

常见合金的组成及应用

一、认识合金

【板书】1、合金的定义：合金是由两种或两种以上的金属（或金属跟非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。

【资料】目前制得的纯金属只有80多种，但合金已达数千种。青铜是人类历史

上使用最早的合金，钢（铁合金）是目前生产、使用量最大的合金。

2、合金的物理性质：

（1）一般情况下，合金比纯金属硬度更大、更坚固。

（2）多数合金的熔点一般比它的各成分金属的熔点都低。（合金是混合物，但与其它的混合物不同，合金有固定的熔、沸点）

（3）一般来说，合金的性质并不是各成分的性质的总和，合金比它的成分金属具有许多良好的物理的、化学的和机械的性能。

（4）合金的性能可以通过所填加的合金元素的种类、合金和生成合金的条件来加以调节。（如生铁的熔点比纯铁的低）

【板书】二、使用合金

1、铁合金

【投影】

【讲解】根据含碳量的不同，铁的合金分为生铁和钢。生铁的含碳量在2％～4％，还含有硅、锰及少量硫、磷等杂质，机械性能硬而脆，易断裂，可铸不可锻；钢中的含碳量一般在0.03％～2％之间，其它杂质含量也比生铁少，基本上不含硫和磷。机械性能比生铁优良，硬而韧，有弹性，延展性好，可铸可锻，易加工。

【练习】1.生铁的含碳量在__之间，还含有等杂质，主要的机械性能__。钢的含碳量在__之间，与生铁比较其它杂质含量__，主要的机械性能__。

【讲述】钢可以分为碳素钢和合金钢两大类，根据含碳量的不同。工业上一般把含碳量低于0.3％（质量分数）的叫做低碳钢；含碳量在0.3％～0.6％（质量分数）之间的叫做中碳钢；含碳量在0.6％（质量分数）以上的叫做高碳钢。合金钢是在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种不同特殊性能，如强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀，以及其它许多优良性能。

【投影】不锈钢制品：

【讲述】随着科学技术的进步和人民生活水平的提高，不锈钢的装饰品、餐具、炊具已经进入许多家庭。不锈钢制品外观光洁、美观，不易污染、不生锈，因此受到人们的青睐。

不锈钢中除铁以外，还含有抗腐蚀性很强的铬和镍。铬的含量一般在13％以上，镍的含量也在10%左右。例如，有一种不锈钢的成分除铁以外，其他元素含量如下：

Cr（铬）17.0%～19.0%；Ni（镍）8.0%～11.0%；

C（碳）≤0.14%；Si（硅）≤0.80%；Mn（锰）≤2.00%；

P（磷）≤0.035%；S（硫）≤0.03%。

【投影】几种铝合金用途：

【板书】2、铝合金

【讲述】铝是地壳中含量最多的金属元素。纯铝的强度和硬度较小，不适合制造机械零件等。制成铝合金可改善性能。例如，铝硅合金（含Si质量分数为13.5％）的熔点为564℃，比纯铝或硅的熔点低，而且它在凝固时收缩率又很小。因而，这种合金适合铸造。又如，硬铝（含Cu 4％、Mg 0.5％、Mn 0.5％、Si

0.7％）（均为质量分数）的强度和硬度都比纯铝大，几乎相当于钢材，且密度较小。铝合金的种类很多，它们在汽车、船舶、飞机等制造业上以及在日常生活里的用途很广。

【实践活动】通过调查或设计实验，确定易拉罐的成分。

【投影】3、铜合金：

【讲述】

Cu与Zu的合金称黄铜，其中Cu占60%～90%、Zn占40%～10%，有优良的导热性和耐腐蚀性，可用作各种仪器零件。青铜是人类使用历史最久的金属材料，它是Cu～Sn合金。白铜是Cu-Ni合金，有优异的耐蚀性和高的电阻，故可用作苛刻腐蚀条件下工作的零部件和电阻器的材料。

【投影】

[小资料]：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%。

[小资料]

（答案：1、具有一定的硬度，能耐磨损和抗腐蚀。2、通过硬币的价值体现出金属材料价值；三种金属的价值：镍＞铜＞铝。3、铸造硬币所用合金的实际价值应低于面值。）

【过渡】人类已经进入了21世纪，被誉为“21世纪金属”的是什么金属，由此金属形成的合金具有什么特性呢？

【板书】4、新型合金

（1）钛合金

被誉为“21世纪金属”的钛所形成的合金，具有质量轻、硬度大、耐腐蚀、良好的抗氧化性，可作为人造骨的材料，又被称为“亲生物金属”。

【资料】钛和钛合金有优异的耐蚀性，只能被氢氟酸和中等浓度的强碱溶液所侵

蚀。特别是钛对海水很稳定，将钛或钛合金放入海水中数年，取出后，仍光亮如初，远优于不锈钢。

液态的钛几乎能溶解所有的金属，形成固溶体或金属化合物等各种合金。合金元素如Al、V、Zr、Sn、Si、Mo和Mn等的加入，可改善钛的性能，以适应不同部门的需要。例如，Ti-Al-Sn合金有很高的热稳定性，可在相当高的温度下长时间工作；以Ti-Al-V合金为代表的超塑性合金，可以50%～150%地伸长加工成型，其最大伸长可达到2 000%。而一般合金的塑性加工的伸长率最大不超过30%。由于上述优异性能，钛享有“未来的金属”的美称。钛合金已广泛用于国民经济各部门，它是火箭、导弹和航天飞机不可缺少的材料。船舶、化工、电子器件和通讯设备以及若干轻工业部门中要大量应用钛合金，只是目前钛的价格较昂贵，限制了它的广泛使用。

【投影】用钛合金制成的人造关节图

【投影】记忆合金制成的眼镜框架

【板书】（2）形状记忆合金

【阅读】拓展视野—神奇的形状记忆合金

形状记忆合金是在20世纪60年代初期发现的，它是一种特殊的合金，有一种不可思议的性质，即使把它揉成一团，一旦达到一定温度，它便能在瞬间恢复到原来的形状。由镍和钛组成的合金具有记忆能力，称为NT合金。

具有这种形状记忆效应的合金，除镍钛合金外，还先后发现铜、锌、金、镉、镍、铝等约20种合金，其中“记忆力”最好的是NT合金。

形状记忆合金的应用范围广泛，除了可用于温度控制装置、集成电路引线、汽车零件与机械零件外，由于其与生物体的相容性好、耐蚀性强，还可用于骨折部位的固定、人造心脏零件、牙齿矫正等医用材料。

由于NT合金成本昂贵，目前正在研制廉价的铜系形状记忆合金。

【本课小结】

【作业】见课外补充材料