用途广泛的金属材料.docx
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1、 第三节 用途广泛的金属材料 自学引领 自然界中存在有天然桐,曾经获得的最大的天然铜重大420t,现在保存在美国华盛顿一家博物馆中。 铜在地壳中的总含量并不大,不超过0.01%(质量分数),但是含铜的矿石还是比较多的,而且它们大多具有各种引人注目的颜色,招致人们的注意。例如,金黄色的黄铜矿(CuFeS2)、鲜绿色的孔雀石CuCO3Cu(OH)2、深蓝色的石青(蓝铜矿)2CuCO3Cu(OH)2等。把这些矿石在空气中焙烧,或先变成硫化铜(CuS)而后转变成氧化铜(CuO);或直接形成氧化铜,再用碳还原,就可得到铜。 纯铜带红色,又称红铜,制成的物件很软,容易弯曲,并且很快就钝了。直到人们发现把锡
2、掺到铜里熔炼,制成铜锡合青铜,所制成的劳动工具和武器才有了很大改进。青铜比纯铜坚硬,而且熔炼所需的温度比纯铜低。这使古代人们在短期使用纯铜之后就使用了青铜。历史上称这个时期为青铜时代。 锡比铜还软,而且又不结实,是不适宜制作物件的,但把锡掺进铜里,它们的合金青铜却变得坚硬起来。假如我们把锡的硬度定为5,那么铜的硬度就是30,而青铜的硬度就是100150。 混有锡和铜的矿石有黄锡矿(SnS2Cu2SFeS)、铜锡石4SnO2Cu2Sn(OH)6等,产在南美洲和澳大利亚等地。用这些矿石冶炼,可以直接得到青铜。 青铜由于坚硬、易熔,能够很好地铸成型,还能被磨光擦亮,在空气中稳定,因而即使在其后出现的
3、铁器时代里,也没有丧失它的使用价值。人们用它制造艺术品、货币、钟、大炮等。例如,公元前约280年在欧洲爱琴海中希腊罗得(Rhodes)岛的上罗得港口矗立的青铜太阳神像高达46m;日本奈良东大寺公元794年铸造的青铜佛像重400多吨。这些都是规模很大的青铜铸件。 我国劳动人民不仅很早就创造发明了青铜器,还首先发明创造了白铜和黄铜器。白铜是铜和镍的合金。我国最古老的、春秋时代的诗集诗经的诗句中有“鋈”(wu)这个字。按三国时代魏人张揖编撰的广雅解释:“白铜谓之鋈”。这可以说,在我国春秋或更早的时代已出现白铜了。后来东晋人常璩(公元300多年时代人)著有华阳国志,在记述滇、蜀地理的部分中写道:“螳螂
4、悬因山得名,出银、铜、白铜、杂药。”螳螂县又名堂琅,是现在的云南省东川县,正是出产铜的地方。结合再后一些文献中记述,如明朝万历年间成书的事物绀珠中说:“白铜出滇南,如银。”又如清朝嘉庆年间成书的滇海虞衡志中说:“白铜面盆,惟滇制最天下。”这些都明确地说明,我国早在公元4世纪或更早时期已生产白铜。其膈,我国白铜通过丝绸之路传到阿拉伯地区及欧洲。 黄铜是铜和锌的合金,在我国使用的历史悠久。我国化学家王进(18881966)曾分析宋代绍圣年间(10941098)的古钱,含锌量达13%(质量分数)。著名的明朝宣德(14261435)黄铜香炉,色泽优美。明、清时代钱币中含锌量增至20%25%(质量分数)
5、,代替了过去年代里的锡、铅,成为倾向的原料。 思考:1.什么是合金,合金有哪些特点? 2.合金元素的种类以及含量对合金的性质有什么影响? 3.某种金属能否广泛应用用取决于哪些因素。 4.目前世界上用量最大、用途最广的金属材料是什么? 知能导向 1. 合金 (1)定义:把两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质叫做合金。 (2)特点:合金的熔点比其成分金属都要低,而不是介于两种成分金属的熔点之间;有比成分金属更好的硬度、强度和机械加工性能。 2.常见的合金及其重要应用 (1)铜合金 铜合金 成分金属 性能及用途 青铜 Cu、Sn、Pb 硬而脆,强度大,古人用来制刀具、祭
6、器、酒具等。 黄铜 Cu、Zn(少量Sn、Pb、Al等) 硬度较青铜差,耐磨、耐腐蚀,可塑性强,主要用做饰品、制耐压设备等 白铜 Cu、Ni、Zn、少量的Mn 常用作酒具、饰品等 (2)铁合金 铁合金 主要成分元素 主要特性 主要 生铁 Fe、C(2%4.3%)及Si、Mn、S、P 硬而脆,强度大,可铸不可煅 炼钢,制各种铸件 钢 碳素钢 低碳钢 Fe、C(低于0.3%) 韧性、焊接性好,强度低 制钢板、钢丝、钢管 中碳钢 Fe、C(0.3%0.6%) 强度高、韧性及加工性好 制钢轨、车轮和建材 高碳钢 Fe、C(高于0.6%) 硬而脆,弹性好 制器械、弹簧、刀具等 合金风 锰钢 Fe、Mn
7、韧性好,强度大 钢轨、轴承、钢磨、坦克装甲 硅钢 Fe、Si 导磁性好 变压器、发电机和电动机中的铁芯 不锈钢 Fe、Cr、Ni 抗腐蚀性好 医疗器械、炊具、反应釜、容器 (3)铝合金 成分元素 主要特性 主要用途 Al、Mg、Cu、Si等 密度小,强度大 用于汽车、飞机、火箭、船舶制造 (4)钛合金 钛的合金具有密度小、强度高、耐腐蚀、耐高温等优点,主要用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船等尖端领域。 3.正确选用金属材料 在进行金属材料选择时,主要考虑如下几个方面: (1)主要用途; (2)外观; (3)物理性质(密度、硬度、强度、导电性); (4)化学性质(对水的作用、耐腐蚀性等);
8、 (5)价格; (6)加工难度; (7)日常维护; (8)对环境的影响 4.用途广泛的稀土金属 1.种类:镧系元素(原子序数5771)以及钇和钪,共17种元素。 2. 用途:稀土元素在光、电、磁等方面具有独特的性质,被誉为“新材料的宝库”、“冶金工业的维生素”。可以单独使用,也可以用以生产合金。 名题解析 例1 合金有许多特点:如NaK合金为液体,而Na和K的单质均为固体。据此试推测生铁、纯铁、碳三种物质中,熔点最低的是( ) A.纯铁 B.生铁 C.碳 D.无法确定 解析:合金的硬度一般比各种组分的大,熔点一般比组分中各物质的熔点都要低;生铁是铁碳合金,其熔点应比碳和铁的熔点低。 答案:B
9、反思:合金具有金属的性质,又具有优于组成合金各成分的性能。如密度小于各成分质轻;熔点低于各成分易于加工;硬度大于各成分抗撞击,固体结构改变抗腐蚀。 例2 铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币。试从物理性质和化学性质的角度分析为什么铜常用于制造货币。(铜的熔点是1183.4,铁的熔点是1534.8) 解析:铜的化学性质比较稳定,不易被腐蚀,铜的熔点比较低,容易冶炼铸造成型。 答案:见解析 反思:1.用途要掌握如何根据用途去选择合适的金属材料。 例3 将下列左栏金属的用途与右栏的有关性质用线连起来。 生活用铁锅 导电性 金可以制成很薄的金箔 导热性 用铜制作印刷电路 延展性 用铁回收废定影液中的银
10、 还原性 铝用于火箭推进剂 燃烧放出大量热 解析:生活用铁锅 导电性 金可以制成很薄的金箔 导热性 用铜制作印刷电路 延展性 铝制电缆 还原性 钛制的人造关节 燃烧放出大量热 用铁回收废定影液中的银 铝用于火箭推进剂 亲生物金属 答案:见解析 金属材料对推动社会文明的发展做出了具大贡献。青铜时代与铁器时代曾在人类历史上留下光辉篇章,钢铁的大规模应用则成为工业化时代的基础。金属材料的应用取决于金属的性质:常温下大多数金属是银白色有金属光泽的固体、具有延展性、是电和热的良导体、具有较强的还原性。 自我发展 基础闯关 一、选择题 1.多数合金与组成成份相比较,合金的( ) A.熔点高,硬度小 B.密
11、度大 C.机械强度差 D.熔点低,硬度大 2.下列说法中不正确的是( ) A.目前世界上使用量最大的合金是铝合金 B.司母成鼎是我国目前已发现的最的古青铜器 C.人类历史上使用最早的合金是青铜 D.目前世界上用途最广的合金是钢 3.适宜于制作不锈钢用具的钢是( ) A.合金钢 B.高碳钢 C.中碳钢 D.低碳钢 4.铝硅合金(含Si 13.5%)它在凝固时收缩率很小,因而这种合金适合铸造。在下列三种晶体铝、硅、铝硅合金中,它们的熔点从低到高的顺序是( ) A. B. C. D. 5.现代建筑的门窗框架,常用电解加工成古铜色的硬铝,制造硬铝是( ) A.AlSi合金 B.AlCuMnSi合金 C
12、.AlMg合金 D.表面有氧化铝膜的纯铝 6.生铁和足量稀H2SO4反应,所残留的固体残渣主要是( ) A.铁 B.硫酸铁 C.碳 D.硫酸亚铁 7.下列关于铁的叙述,错误的是( ) A.纯净的铁是光亮的银白色金属 B.铁能被磁体吸引,在磁场作用下,铁自身也能产生磁性 C.铁是地壳中含量最多的金属元素,所以分布在地壳中的铁有游离态也有化合态 D.纯铁的抗腐蚀能力相当强,铁在干燥的空气里不易被氧化 8.一种新兴的金属由于其密度小,耐腐蚀性强,它的合金广泛应用于航空和航海工业中。科学家预言,到21世纪其用途仅次于铁和铝,该金属是( ) A.锌 B.铜 C.钛 D.镁 9.下列物质中不属于铁合金提(
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