课题1 金属材料
第二课时
【教学目标】
1.了解什么是合金；
2.知道调整合金组成比例可以改善金属材料的性能；
3.知道生铁和钢等重要合金。
【教学重点】合金的用途
【教学难点】合金的定义
【教学准备】黄铜片、铜片、硬铝片、铝片、焊锡、锡、铅
【教学过程】
[展示]展示一些种类的合金图片
[设疑]那么，什么是合金？合金的性质与其组分金属有何不同?合金的应用范围怎样?我们常用的合金有哪些?哪些合金最有前途?
这就是我们本节课所要探讨的内容。
[板书]二、合金
[设问]我们应该怎样定义合金?谈谈你的看法。
[学生发言]1．合金是不纯的金属。
2．合金是掺有其他金属的金属。
3. 两种或两种以上的金属融合在一起形成的金属材料。
……
[教师评价]大家善于思考，善于发言，体现了大家强烈的求知欲，希望大家继续发扬这种精神!
[过渡]那么，合金究竟指的什么呢？
[展示]展示一些食材和调料的图片
[讲解并板书] 这就像厨师炒菜时那样，若他们在菜里加入各种调料，便可改善菜的色、香、味，并会使菜的营养价值更高。
1. 合金的定义：一种金属与其他金属(或非金属)熔合形成的有金属特性的物质。
[介绍]如我们熟知的钢铁就是一种合金。它实际上是含有少量碳及其他金属的铁，与纯铁相比，钢有许多优良的性能、用处非常大。
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分别介绍生铁、钢、不锈钢的成分和特性，来加深对合金概念的认识。
[展示] 图片展示钢铁的用途，介绍合金在生产、生活中的重要用途。
[设问] 合金具有哪些特殊的性质，使其在生产、生活中有这么重要的用途。
[过渡] 下面，我们就通过实验来探究合金与组成它们的纯金属性质的差异。
[板书]2．合金与组成它们的金属性质的差异。
[实验探究]
1．比较黄铜片(铜和锌的合金)和铜片、硬铝和铝的光泽与颜色。
2．将黄铜片和铜片、硬铝和铝互相刻画，比较它们的硬度。
[学生实验后得出结论]
[教师总结并板书](1)合金比其组分金属的颜色鲜艳
(2)合金的硬度大于组成它们的金属
分别介绍黄铜和硬铝两种合金，来加深对合金特性的认识。
[过渡]合金的熔点与其组分金属相比，又有何特点呢?下面，我们以焊锡、武德合金为例，进行讲解。
[讲解] 介绍焊锡、武德合金的用途，分析书上图表中提供的数据。
[设问]由上述的讲解，可得出什么结论?
[学生回答，教师板书](3)合金的熔点低于组成它们的金属
[讲解]合金与它的组分金属相比，还往往具有较好的抗腐蚀性能。
[板书](4)合金的抗腐蚀能力一般强于各组分金属
[设问]能否举例说明?
[回答]如不锈钢就比普通的铁耐腐蚀；铝合金比铝耐腐蚀；黄铜比纯铜具有更好的抗海水腐蚀能力。
[总结]通过以上探究，我们知道合金往往比组成它们的金属具有更好的性能。所以，我们在日常生活、工农业生产和科学研究中使用的金属，大多数属于合金。目前，合金的品种已不下万种，远远超过金属自身的种类(90余种)。合金大大拓宽了金属材料的使用范围和使用价值。
[板书]3．合金比纯金属具有更广泛的用途。
[过渡]下面就是几种常见合金的主要成分、性能和用途。
[展示]
常见合金的主要成分、性能和用途
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合金
主要成分
主要性能
主要用途
球墨铸铁
铁、碳、硅、锰
机器强度好
在某些场合可代替钢
锰钢
铁、锰、碳
韧性好、硬度大
钢轨、挖掘机铲斗、坦克装甲、自行车车架
不锈钢
铁、铬、镍
抗腐蚀性好
医疗器械、炊具、容器、反应釜
黄铜
铜、锌
强度高、可塑性好、易加工、耐腐蚀
机器零件、仪表、日用品
青铜
铜、镍
强度高、可塑性好、耐磨、耐腐蚀
机器零件如轴承、齿轮等
白铜
铜、镍
光泽好、耐磨、耐腐烂蚀、易加工
钱币、代替银体积饰品
焊锡
锡、铅
熔点低
焊接金属
硬铝
铝、铜、镁、硅
强度和硬度好
火箭、飞机、船等制造业
18K黄金
金、银、铜
光泽好、耐磨、易加工
金饰品、钱币、电子元件
18K白金
金、铜、镍、锌
光泽好、耐磨、易加工
金饰品
讨论：根据上表，你将选用什么合金来制造下列物品?说明理由。
(1)飞机 (2)防盗门 (3)衣架 (4)钱币 (5)刀具
[学生分组讨论，并交流讨论结果]
(注：以上讨论题为开放性试题，只要理由充分即可)
[教师就学生的回答进行总结、评价。可从性能、成本、资源、是否使用便利等方面予以评价]
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[过渡]合金在人类生活和生产中具有极为广泛的应用，尤其是在科学技术日益发展的今天，新的金属和合金一直在被不断的发现和应用。例如，钛和钛合金就是近30年来引起人们普遍重视和关注的一种新型金属材料。
[板书]4．钛和钛合金 新型金属材料
资料
为什么把钛称作未来的金属?
在人类历史上，由于铜容易冶炼，有良好的延展性，有一定强度，又容易制性能好的合金。第一种得到普遍使用的金属是铜。在发明了炼铁之后，由于铁储量比铜多，钢铁的强度、硬度比铜更好，广泛用于机器、工具、桥梁、建筑、武器。铁很快又代替了铜，成为使用最广泛的金属。二十世纪初，炼铝工业又迅速发展。由于铝密度小，耐锈蚀，可制强度大的坚铝。现在世界铝产量已超过了铜，仅次于钢铁。然而，最近三十多年来，钛又引起了。人们的普遍重视。
几十年前，钛被称为“稀有金属”。然而，经过地球化学家们的仔细勘探，发现钛在地壳中的储藏量比常见的铜、锡、锰、锌等金属还多，在地球上仅次于铝、铁、钙、钠、钾和镁，居于第七位。我国钛储量居世界首位。
纯净的钛，是银白色的金属，它具有比重小、强度高、耐高温、抗蚀性强的优点。钛的硬度和钢铁差不多，重量却只有同体积的钢铁的一半。据试验，如果采用钛和钛合金作为火车头的蒸汽机零件，可以比钢制的蒸汽机轻30％，而且更为坚固耐用。钛耐高热。在1668℃的高温下才熔化，比号称“不怕火”的黄金熔点还高约600℃左右。钛在常温下很稳定，就是在强酸、强碱的溶液里，甚至在“凶猛”的王水(三体积盐酸和一体积硝酸的混合物)中，也不会被腐蚀。有人曾把一块钛片沉到海底，经过五年后取出来，还是亮闪闪的，没生一点锈。
正因为这样，钛在现代科学技术上有着广泛的用途。轻盈而结实的钛已被用来制造飞机的发动机。钛制的轮船。银光闪闪，用不着涂漆，在海中航行几年也不锈。钛制的坦克、潜水艇、军舰已出现，它们没有磁性，不会被磁性水雷发现，这在军事上十分重要。在化学工业上，钛可以代替不锈钢；不锈钢虽号称“不锈”，在遇上具有强烈腐蚀性的酸碱，例如热硝酸，还会生锈、腐烂，因此在化工厂中常要更换用不锈钢制的反应罐、输液管等。如果改用钛制造，就可以使用好几年。
钛在医学上有着独特的用途。在骨头损坏了的地方，用钛片和钛螺丝钉钉好，过几个月，骨头就会重新生长在钛片的小孔和钛螺丝钉的螺纹里，新的肌肉纤维就包在钛的薄片上，这钛的“骨头”犹如真的骨头一样，因此，钛被称为“亲生物金属”。
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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一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2000％。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。钛合全已广泛用于国民经济各部门。它是火箭、导弹和航足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。
[教师]除了以上介绍的一些合金外，你还知道哪些合金?教师跟同学们交流。
学生们相互介绍自己感兴趣的合金(查阅资料而得，这也是上一课时的作业)。
另外，教师也可用印发资料的方式向学生介绍一些常见的合金及新型合金，以下资料可供参考。
资料
几种合金
1．形状记忆合金：形状记忆合金是指具有特殊的形状记忆功能的合金。
从组成上看，有的是镍钛合金，有的是以铜为主或以其他金属为主的合金。用形状记忆合金做成的金属丝，即使被揉成一团，但只要达到某一定温度，就能在瞬间恢复原来的形状。这类合金被广泛地用于卫星、航空、生物工程、医疗、能源和自动化等方面。
2.贮氢合金：贮氢合金是指能在室温下吸收氢气，稍稍加热即能很快放出氢气的合金。它是以镁或稀土金属为主形成的合金。氢气是21世纪要开发的新能源之一。贮氢合金不但能解决氢气的贮存和输送问题，而且可用于氢气的回收、分离、净化等方面。
[展开想象的翅膀]学完本节课，想到了什么?请你谈谈。
[学生谈自己的感受并畅想未来，教师要对他们丰富的想象力予以肯定]
[回答可能有]
1．感到科学的发展不可思议。
2．想到我将来能发明或实践出什么样的新型合金呢。
3. 我想发明一种贮氧合金，可以帮助登山队员或潜水员减轻负担。
4．如果摩托车或汽车能用形状汜忆台金制造就好了，这样，不用时可把它们折叠起来，用时再让它们恢复原状，要是能把它们装在口袋里那就更好了。
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[小结]本节课我们重点学习了合金与纯金属性质的差异，并认识了几种新型合金，知道在金属中加热熔合某些金属或非金属，其性能会发生改变。合金的强度和硬度一般比组成它们的组分金属更高，抗腐蚀性能等也更好，因此，合金具有更广泛的用途。
同时，我们还应认识到：人类智慧是无穷的，只要我们勇于探索、敢于攀登，就一定会有更多更好的新型合金不断问世，我们对合金性质的各种期望也便不再是一个遥远的梦!
[布置作业]
亲自做一做课外实验——淬火与回火
【板书设计】
二、合金
1．合金是由一种金属跟其他金属(或非金属)熔合形成的有金属特性的物质。
2．合金与组成它们的金属的性质差异。
(1)合金比其组分金属的颜色更鲜艳
(2)合金的硬度大于组成它们的金属
(3)合金的熔点低于组成它们的金属
(4)合金的抗腐蚀能力一般强于组成它们的金属
3．合金比纯金属具有更广泛的用途。
4. 钛和钛合金 新型金属材料
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