《合金》教案

第三章探索生活材料第一节合金教学目的：1、介绍合金定义及特点；2、合金与纯金属的性能的差异；3、知道生活中常见合金的组成。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，合金元素的种类、含量对合金性能的影响。教学过程：［思考与交流］P48汽车配件电线芯汽车外壳灯丝发动机排气管金属或合金铜软钢（低碳钢）使用原因导电性好，价格便宜一、认识合金（一）合金的概念：由两种或两种以上的金属（或金属与非金属）融合而成的具有金属特性的物质。（二）合金的性能：1、硬度较大2、熔点一般比各成分金属低3、合金的性能可以通过所添加的元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以控制。［思考］：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？［学与问］P49固体的熔点与原子排列是否规整有关。你能否根据图3－1（P48）简单解释为什么多数合金的熔点一般比各成分金属的底吗？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，多数金属的熔点一般比各成分金属的底。二、作用合金1、铁合金［学与问］P50不锈钢［资料卡片］P50不锈钢中各成分与性能以上说明合金的性能可以通过所添加的元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以控制。生铁钢含碳量2％～4.3%0.03%~2%性能生铁硬度大、抗压、性脆，有良好的延展性，机械性能好，可可铸不可锻铸可锻2、铜合金A、铜合金分类铜合金分为黄铜、青铜和白铜。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。机械制作中，主要使用的是黄铜和青铜。I、铸造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。II、铸造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。、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。、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。、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。3、铝合金A、铝合金铸件分类铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金等。I、铝合金的铸造工艺铝合金的铸造性能和化学成分密切相关，其中Al-Si合金处于共晶成分附近，铸造性能最好，和灰铸铁相似。Al-Cu合金远离共晶成分，凝固温度范围大，铸造性能最差。在实际生产中，铝铸件都有冒口补缩，Al-Si类合金的凝固温度范围小，冒口补缩效率高，易获得组织致密的铸件。其它类铸铝合金的凝固温度范围大，冒口补缩效率低，铸件致密性差。铝合金极易吸气和氧化，因此浇注系统必须保证铝液较快而平稳地流入，避免搅动。各种铸造方法都适用于铝合金铸件。当生产量较少时，可用砂型铸造，应选用细砂来造型；大量生产的重要铸件，则采用特种铸造。金属型铸造效率高，铸件质量好。低压铸造适用于要求致密性高的耐水压铸件。压力铸造可用于薄壁复杂小件。II铸造铝合金的熔炼特点铝合金在液态下极易氧化，其产物为Al2O3，熔点高达2050℃，密度稍大于铝，呈固态夹杂物悬浮在铝液中，很难去除，既恶化铸造性能，又降低力学性能，使铸件致密性降低。铝液还极易吸收氢气，凝固时析出，形成气孔或针孔等缺陷。、精炼方法为了减缓铝液的氧化和吸气，铝合金应在熔剂层覆盖下熔炼。可向坩锅内加入KCl、NaCl等作为熔剂，以便将铝液与炉气隔离。为驱除铝液中已吸入地氢气，防止针孔的产生，在铝液出炉之前应进行驱氢精炼。方法有多种，较为简便的是用钟罩向铝液中压入氯化锌（ZnCl2）或六氯乙烷（C2Cl6）等氯盐或氯化物，于是发生如下反应：3ZnCl+2Al=3Zn+2AlCl233CCl+2Al=3CCl+2AlCl26243反应生成的AlCl3沸点为183℃，C2Cl4的沸点为121℃，故形成气泡，在上浮过程中将铝液中的气体H2及Al2O3夹杂一起带出液面。2、熔炼设备铝合金熔炉种类很多，一般多用焦碳坩锅炉。也可用电阻坩锅炉。此外感应电炉（工频、中频）也有使用。合金的结构要比纯金属复杂得多。因为合金由两种或多种元素组成，各元素间的相互作用，会形成各种不同的相。我们把在金属和合金中，凡化学成分相同、结构相同并与其他部分由界面分开的均匀组成部分，称之为相。［资料卡片］P5124K和18K金［思考与交流］P51人民币硬币的问题三、新型合金材料金属与金属复合的新型材料将会产生新的功能合金材料，而且种类很多，工业用途广泛。(1)轻质台金铝—锂合金具有高比强度、高比刚度且相对密度小(2．5)的特点，如用作现代飞机蒙皮材料，一架大型客机可减轻重量50kg。以波音747为例，每减重lkg，一年获利2000美元。肽合金相对密度为4．55，比钢轻，耐腐蚀，无磁性，强度高，用于舰艇材料。贮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、0．152MPa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。超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(10000h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—A1一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。在研制合金材料方面，如同复合材料一样，以功能和用途为原动力，设计和合成各种类型的新合金材料，如高性能结晶控制合金、非晶合金、超微粒子合金等等。这些是金属材料中最活跃的发展领域。小结：四、训练题1、用于飞机制造业的重要材料是（）A、镁铝合金B、铜锡合金C、铝硅合金D、不锈钢2、有关合金的性质叙述不正确的是A、合金的熔点比它的各成分的熔点低B、合金一定是金属熔合而成C、合金的硬度和强度一般比纯金属高D、硬铝、黄铜、钢均为合金作业：P53T1、2、4