金属材料化学分析模块一
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黑色金属及其合金分析
致物体内部之间相互作用的力称为内力，而单位面积上的内力则为 应力ζ（N/mm2）。应变ε是指由外力所引起的物体原始尺寸或形状
的相对变化（%）。
金属力学性能的高低表征金属抵抗各种损害作用的能力大小，它 是评定金属材料质量的主要判据，也是金属构件设计时选材和进行 强度计算的主要依据。金属力学性能主要有：强度、刚度、塑性、 硬度、韧性和疲劳强度等。
第六单元 黑色金属及其合金分析
模块一 金属材料的性能 模块二 钢铁分析 模块三 锰及锰合金分析 模块四 铬及铬合金分析
《金属材料化学分析》主编 课件制作 李江华
司卫华
第六单元 黑色金属及其合金
模块一 金属材料的性能
一、金属材料的分类 二、金属的力学性能 三、金属单质物理性能与化学性能 四、金属工艺性能
《金属材料化学分析》主编 课件制作 李江华
司卫华
第六单元 黑色金属及其合金
一、金属材料的分类
金属是指具有良好的导电性和导热性，有一定的强度和塑性，并具有光 泽的物质，如铁、铝和铜等。金属材料是由金属元素或以金属元素为主要 材料构成，并具有金属特性的工程材料。它包括纯金属和合金两类。 纯金属由于强度、硬度一般都较低，而且冶炼技术复杂，价格较高， 因此，在使用上受到很大的限制。 合金是指两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的金属材 料。 金属材料，尤其是钢铁材料，在国发经济及其他方面都有重要作用。它 具有良好的物理性能、化学性能、力学性能及工艺性能等，能够适应生产 和科学技术发展的需要。 金属（或金属材料）通常还可分为黑色金属材料和有色金属材料两大类 如图6-1所示。
《金属材料化学分析》主编 课件制作 李江华司卫华第六单元 黑色金属及其合金
二、金属的力学性能
的相对变化（%）。
金属力学性能的高低表征金属抵抗各种损害作用的能力大小，它 是评定金属材料质量的主要判据，也是金属构件设计时选材和进行 强度计算的主要依据。金属力学性能主要有：强度、刚度、塑性、 硬度、韧性和疲劳强度等。
第六单元 黑色金属及其合金分析
模块一 金属材料的性能 模块二 钢铁分析 模块三 锰及锰合金分析 模块四 铬及铬合金分析
《金属材料化学分析》主编 课件制作 李江华
司卫华
第六单元 黑色金属及其合金
模块一 金属材料的性能
一、金属材料的分类 二、金属的力学性能 三、金属单质物理性能与化学性能 四、金属工艺性能
《金属材料化学分析》主编 课件制作 李江华
司卫华
第六单元 黑色金属及其合金
一、金属材料的分类
金属是指具有良好的导电性和导热性，有一定的强度和塑性，并具有光 泽的物质，如铁、铝和铜等。金属材料是由金属元素或以金属元素为主要 材料构成，并具有金属特性的工程材料。它包括纯金属和合金两类。 纯金属由于强度、硬度一般都较低，而且冶炼技术复杂，价格较高， 因此，在使用上受到很大的限制。 合金是指两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的金属材 料。 金属材料，尤其是钢铁材料，在国发经济及其他方面都有重要作用。它 具有良好的物理性能、化学性能、力学性能及工艺性能等，能够适应生产 和科学技术发展的需要。 金属（或金属材料）通常还可分为黑色金属材料和有色金属材料两大类 如图6-1所示。
《金属材料化学分析》主编 课件制作 李江华司卫华第六单元 黑色金属及其合金
二、金属的力学性能
金属材料化学分析
按品质分类
– （1）普通钢 – （2）优质钢 – （3）高优质钢 A – （4）特殊优质钢 E
量具
大港油田检测监督评价中心
Da gang Oilfield Inspection Intendance and Evaluation Center
按形状分
– 板材
• 板材：0.2～4.0 mm薄钢板 • 4～20mm 中厚钢板 • 大于20mm厚钢板
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Da gang Oilfield Inspection Intendance and Evaluation Center
黑色金属 • 分类 （钢铁）
– 按冶炼方法分类 – 按脱氧程度 – 按用途
– 按金相组织 – 按化学成分 – 按品质分类 – 按形状分
大港油田检测监督评价中心
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Da gang Oilfield Inspection Intendance and Evaluation Center
3、材料牌号表示方法
金属材料牌号的表示方法往往是根据其含碳量、合金元素含量 、强度级别、汉 语拼音来表示。 汉语拼音一般表示材料的名称、用途、特性和工艺方法。
a、结构钢（Q235A.F）
• Q——屈服强度
• A——质量等级（分ABCD 4个等级）
• F——代表沸腾钢
• 235——代表屈服强度235MPa
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Da gang Oilfield Inspection Intendance and Evaluation Center
非铁合金大体可分为：轻合金（铝合金、钛合金、镁合金、铍合金等）、重 有色合金（铜合金、锌合金、锰合金、镍合金等）、低熔点合金（铅、锡、镉 、铋、铟、镓、汞及其合金）、难熔合金（钨合金、钼合金、铌合金、钽合金 等）、贵金属（金、银、铂、钯等）和稀土金属等。其中应用最广的是铝合金 。据统计，协和式超音速飞机全部结构的71%是用特殊的铝合金制造的；高速 火车、汽车等交通工具对铝型材的用量需求不断加大；建筑装饰用的铝材越来 越多，既漂亮、又耐腐蚀；电力系统和家用电器中铝导线的用量超过铜导线； 铝箔可用于包装食品和香烟；铝合金还可用作电容器等。
– （1）普通钢 – （2）优质钢 – （3）高优质钢 A – （4）特殊优质钢 E
量具
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按形状分
– 板材
• 板材：0.2～4.0 mm薄钢板 • 4～20mm 中厚钢板 • 大于20mm厚钢板
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黑色金属 • 分类 （钢铁）
– 按冶炼方法分类 – 按脱氧程度 – 按用途
– 按金相组织 – 按化学成分 – 按品质分类 – 按形状分
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3、材料牌号表示方法
金属材料牌号的表示方法往往是根据其含碳量、合金元素含量 、强度级别、汉 语拼音来表示。 汉语拼音一般表示材料的名称、用途、特性和工艺方法。
a、结构钢（Q235A.F）
• Q——屈服强度
• A——质量等级（分ABCD 4个等级）
• F——代表沸腾钢
• 235——代表屈服强度235MPa
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非铁合金大体可分为：轻合金（铝合金、钛合金、镁合金、铍合金等）、重 有色合金（铜合金、锌合金、锰合金、镍合金等）、低熔点合金（铅、锡、镉 、铋、铟、镓、汞及其合金）、难熔合金（钨合金、钼合金、铌合金、钽合金 等）、贵金属（金、银、铂、钯等）和稀土金属等。其中应用最广的是铝合金 。据统计，协和式超音速飞机全部结构的71%是用特殊的铝合金制造的；高速 火车、汽车等交通工具对铝型材的用量需求不断加大；建筑装饰用的铝材越来 越多，既漂亮、又耐腐蚀；电力系统和家用电器中铝导线的用量超过铜导线； 铝箔可用于包装食品和香烟；铝合金还可用作电容器等。
金属材料化学分析第一、二模块
《金属材料化学分析》主编 司卫华 第四单元 固体试样的分解及分析方法的选择 课件制作 李江华
模块一 固体试样的分解方法
湿法分解法和干法分解法优缺点: 湿法分解:特别是酸分解法的优点主要是：酸较易提纯，分解时不致 引入除氢以外的阳离子；除磷酸外，过量的酸较易用加热方法除去；一 般的酸分解法温度低，对容器腐蚀小；操作简便，便于在批生产。其缺 点是湿法分解法的分解能力有限，对有些试样分解不完全；有些易挥发 组分在加热分解试样时可能会挥发损失。 干法分解:特别是全熔分解法的最大优点就是只要熔剂及处理方法选 择适当，许多难分解的试样均完全分解。但是，由于熔融温度高，操作 不如湿法方便。同时，正是因为其分解能力强，器皿腐蚀及其对分析结 果可能带的影响，有时不能忽略。
《金属材料化学分析》主编 司卫华 第四单元 固体试样的分解及分析方法的选择 课件制作 李江华
模块一 固体试样的分解方法
工业分析的试样种类繁多，组成复杂，待测组分在不同样品中的含量变 化极大。一个样品的分析或者一个项目的测定都可能有数种方法。在实践中， 试样分解方法的选择要考虑多种因素，其一般原则如下。
硝酸水溶液加热时，最高沸点120.5ºC，这时含HNO3 为68%。 硝酸既是强酸，又是强氧化剂，它可以分解碳酸盐、磷酸盐、硫化物及 许多氧化物，以及铁、铜、镍、钼等等许多金属及其合金。 用硝酸分解样品时，由于硝酸的氧化性的强弱与硝酸的浓度有关，对于 某些还原性样品的分解，随着硝酸浓度不同，分解产物也不同。如：
《金属材料化学分析》主编 司卫华 第四单元 固体试样的分解及分析方法的选择 课件制作 李江华
一.盐酸分解法
盐酸可分解铁、铝、铅、镁、锰、锡、稀土、钛、钍、 铬、锌等许多金属及它们生成的合金，能分解碳酸盐、氧化 物、磷酸盐和一些硫化物，以及正硅酸盐矿物。盐酸加氧化 剂（H2O2、KClO3）具有强氧化性，可将铀矿、磁铁矿、 磁黄铁矿、辉钼矿、方铅矿、辉砷镍矿物、黄铜矿、辰砂等 许多难溶矿物以及金、铂、钯等难溶金属溶解。
模块一 固体试样的分解方法
湿法分解法和干法分解法优缺点: 湿法分解:特别是酸分解法的优点主要是：酸较易提纯，分解时不致 引入除氢以外的阳离子；除磷酸外，过量的酸较易用加热方法除去；一 般的酸分解法温度低，对容器腐蚀小；操作简便，便于在批生产。其缺 点是湿法分解法的分解能力有限，对有些试样分解不完全；有些易挥发 组分在加热分解试样时可能会挥发损失。 干法分解:特别是全熔分解法的最大优点就是只要熔剂及处理方法选 择适当，许多难分解的试样均完全分解。但是，由于熔融温度高，操作 不如湿法方便。同时，正是因为其分解能力强，器皿腐蚀及其对分析结 果可能带的影响，有时不能忽略。
《金属材料化学分析》主编 司卫华 第四单元 固体试样的分解及分析方法的选择 课件制作 李江华
模块一 固体试样的分解方法
工业分析的试样种类繁多，组成复杂，待测组分在不同样品中的含量变 化极大。一个样品的分析或者一个项目的测定都可能有数种方法。在实践中， 试样分解方法的选择要考虑多种因素，其一般原则如下。
硝酸水溶液加热时，最高沸点120.5ºC，这时含HNO3 为68%。 硝酸既是强酸，又是强氧化剂，它可以分解碳酸盐、磷酸盐、硫化物及 许多氧化物，以及铁、铜、镍、钼等等许多金属及其合金。 用硝酸分解样品时，由于硝酸的氧化性的强弱与硝酸的浓度有关，对于 某些还原性样品的分解，随着硝酸浓度不同，分解产物也不同。如：
《金属材料化学分析》主编 司卫华 第四单元 固体试样的分解及分析方法的选择 课件制作 李江华
一.盐酸分解法
盐酸可分解铁、铝、铅、镁、锰、锡、稀土、钛、钍、 铬、锌等许多金属及它们生成的合金，能分解碳酸盐、氧化 物、磷酸盐和一些硫化物，以及正硅酸盐矿物。盐酸加氧化 剂（H2O2、KClO3）具有强氧化性，可将铀矿、磁铁矿、 磁黄铁矿、辉钼矿、方铅矿、辉砷镍矿物、黄铜矿、辰砂等 许多难溶矿物以及金、铂、钯等难溶金属溶解。
金属材料化学分析模块一 (3)
Q Kd 2 （3-5）
式中 Q——最小样品质量（或称为样品最低可靠质量），以㎏计；
D——最大颗粒直径，以mm计；
K——与试样密度等有关的矿石特性系数。
捷蒙德和哈尔费尔达里在进行一系列研究之后，提出了较理查-切乔特公
式较为完善的计算公式：
Q Kd a
（3-6）
式中 Q、K、d——含义与理查-切乔待公式相同；
A——随矿石类型和粒度而变化的一个系数，并且a<3。
但是，他们认为用数学方法难以解决试样质量问题，而必须用实验方法
来确定。而且，为了简化计算，长期以来，国内外工业分析工作者仍广泛采
用理查-切乔待公式。
课件制作 李江华
《金属材料化学分析》主编 司卫华 第三单元 试样的采集与制备
三、取样量
理查-切乔待公式的应用，K值的确定一般都是用实验的方法。常用求取K值的方法有 两种：一是连续缩分法，另一是预定不同K值法。
(1)连续缩分法：设有需要确定K值的铀矿石480㎏，破碎至d≤10mm，混匀。然后将 此样品连续缩分8次，得到质量不同的8组，即每组质量分别为240㎏、120㎏、60㎏、30 ㎏、15㎏、7.5㎏、3.75㎏、1.875㎏。将每组样品等分成5～8份，分别粉碎至分析方法
所需的粒度，用相同的或等精度的分析方法，测定每组各份样ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ中某一元素或几个元素
显然，样品的采集与制备是工业分析工作的一部分，是分析结果准确可靠
的前提与基础。经前人研究得知，分析结果总的标准偏差S0是与取样（含制
样）的标准偏差Ss和分析操作（含分析方法本身）的标准偏差Sa有关，并且
符合下述关系式：
S02 ＝ Ss2 + Sa2
（3-1）
课件制作 李江华
式中 Q——最小样品质量（或称为样品最低可靠质量），以㎏计；
D——最大颗粒直径，以mm计；
K——与试样密度等有关的矿石特性系数。
捷蒙德和哈尔费尔达里在进行一系列研究之后，提出了较理查-切乔特公
式较为完善的计算公式：
Q Kd a
（3-6）
式中 Q、K、d——含义与理查-切乔待公式相同；
A——随矿石类型和粒度而变化的一个系数，并且a<3。
但是，他们认为用数学方法难以解决试样质量问题，而必须用实验方法
来确定。而且，为了简化计算，长期以来，国内外工业分析工作者仍广泛采
用理查-切乔待公式。
课件制作 李江华
《金属材料化学分析》主编 司卫华 第三单元 试样的采集与制备
三、取样量
理查-切乔待公式的应用，K值的确定一般都是用实验的方法。常用求取K值的方法有 两种：一是连续缩分法，另一是预定不同K值法。
(1)连续缩分法：设有需要确定K值的铀矿石480㎏，破碎至d≤10mm，混匀。然后将 此样品连续缩分8次，得到质量不同的8组，即每组质量分别为240㎏、120㎏、60㎏、30 ㎏、15㎏、7.5㎏、3.75㎏、1.875㎏。将每组样品等分成5～8份，分别粉碎至分析方法
所需的粒度，用相同的或等精度的分析方法，测定每组各份样ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ中某一元素或几个元素
显然，样品的采集与制备是工业分析工作的一部分，是分析结果准确可靠
的前提与基础。经前人研究得知，分析结果总的标准偏差S0是与取样（含制
样）的标准偏差Ss和分析操作（含分析方法本身）的标准偏差Sa有关，并且
符合下述关系式：
S02 ＝ Ss2 + Sa2
（3-1）
课件制作 李江华
人教版化学九年级下册第八单元课题一金属材料教学设计
第八单元金属和金属材料课题1 金属材料一、教学目标：知识与技能:1、知道金属材料与人类生活和社会发展的密切关系。
2、了解金属的发展史。
3、了解金属的物理性质，知道物质的性质在很大程度决定了物质的用途，但同时还需考虑其他因素。
4、知道常见金属与氧气的反应。
5、初步认识金属与酸的反应。
6、初步认识金属活动性顺序表，初步会应用金属活动性顺序表解决问题。
过程与方法：1、通过学生自身对生活的观察，认识到金属材料与人类生活和社会发展的密切关系。
2、通过学生自身收集信息，认识金属的发展史。
3、学习科学探究的方法，初步尝试用控制变量法探究金属的活动性。
4、通过比较学习，帮助学生形成获得信息和处理信息的能力，通过资源共享，培养学生的合作参与意识，实现课堂上学生为主题的教学目标。
情感态度与价值观：1、通过对日常生活广泛使用金属材料的了解，对金属物理性质的了解，是学生体会到学习化学的价值。
2、让学生体会到科学探究对知识构建的意义。
3、在实验探究中，培养学生与别人交流、合作的能力，增强学生的协作精神，培养学生严谨、认真、实事求是的科学态度。
二、教学重点与难点重点：1、了解金属的物理性质。
2、通过实验探究掌握金属与酸的反应，继而熟悉金属活动性顺序表。
3、通过所学知识解决生活问题。
难点：1、实验操作中安全问题，并通过实验总结知识。
2、金属活动性顺序的应用。
3、化学方程式的书写。
三、教学对象分析学生已经对日常生活中使用金属材料的制品有了一些了解，也初步具备了一定的实验操作能力、实验观察能力，分析与解决问题的能力。
但是，学生对金属的了解还不够系统，尤其对金属的化学性质还不够了解，对模仿书写化学方程式的能力还有点弱，对用化学知识解决生活中问题的能力也不足。
四、教学方法：讲授法、讨论法、提问法、实验法、游戏法等五、课前准备：提前一周布置学生的活动：1、充分利用网络、书籍等途径，收集整理材料，制作ppt“大力神杯”、“金属的发展史”。
金属材料的物理化学性能分析
机电信息工程金属材料的物理化学性能分析王栋1王瑞2(1.新乡职业技术学院，河南新乡453006*.豫新汽车热管理科技有限公司，河南新乡453006)摘要:金属材料在加工和使用的过程中需要考虑其性能要求，来满足工艺性能的需要。
本文主要分析金属材料的物理和化学性能包含的内容和特点，要求。
关键词：材料；物理性能；化学性能；要求1物理性能1.1密度金属的密度就是单位体积金属的质量，其单位为Pg/n?,金属按照密度的大小分为轻金属和重金属，我们把密度小于4.5X103kg/m3的金属称为是轻金属，常见的有铝、镁、钛及其合金；把密度大于4,5X103 kg/m?的金属称为是重金属，这样的金属有金、银、铜、铅等。
在航空、汽车和较大体积的机器时，都应当考虑其密度要求，因为密度的大小很大程度上决定了零件的自身重量。
而机床外壳，底座、箱体等要求自重的,我们就采用密度较大的材料来保证其自身的强度和硬度。
1.2熔点熔点对于金属材料来说有着十分重要的作用，因为金属材料一般在作为成品使用之前都需要进行热处理工艺，如果不能准确地掌握材料的熔点的话，那作能够直接完成所有的工作，个别重要岗位仍然需要钳工进行手工操作，包括设备的维护、维修等等。
3.2钳工工艺在先进制造技术中的实际应用基于现代制造技术社会及企业对制造技术都提出了更高的要求和标准，与此同时，基于钳工工艺也开始要求精密度和准确度，其能够切实满足多元化的维修需要。
在进行一些较大的零件切割时，技术人员可以不再单纯地使用传统技术技能，可以利用现代信息技术及制造技术实现机床切割或自动化切割。
而对于一些微型零件的切割时，也可以采用微细车削、铳削，同时也可以利用渗透融合先进技术的微细钻削。
例如，在当前社会极其常见的桌面微细锂削机，其体积小、占地面积小，在使用时能够快速移动，像行李箱一样拖走。
据调查显示,钳工工艺中极其重要的工艺主要包括装配钳工、机修钳工及工具钳工。
首先，所谓装配钳工,本质上来讲是通过工件加工、机械设备装配实么在进行热处理时就不能准确地得到我们需要的合金组织。
(金属材料与热处理)模块一金属的力学性能
此阶段中应力-延伸率成直线关系， 加力时产生变形，卸力后变形能完 全恢复拉伸曲线oa阶段的斜率(R/e) 为试验材料的弹性模量（E）。弹 性模量表示金属材料对弹性变形的 抵抗能力，也叫材料的刚度。 ✓ 第2阶段：滞弹性变形阶段（ab） 这阶段中应力-延伸率出现了非直 线关系，当力加到b点时卸除力， 变形仍可回到原点
硬度
布氏硬度试验过程
布氏硬度试验一般在10～35℃的室温下进行。将被测试样放置在样品台 中央，顺时针平稳旋转手轮，使样品台缓慢上升，试样与压头紧密接触， 直至手轮与螺母产生相对滑动，停止转动手轮。此时按下“开始”键， 试验开始自动进行，自此 自动完成以下过程:试验力加载，试验力完全 加上后开始按设定的保持时间保持该试验力，时间到后即开始卸载，完 成卸载后恢复初始状态。逆时针旋转手轮，样品台下降，取下试样，用 读数显微镜测量试样表面的压痕直径，并取下试样，从专门的硬度表中 查出相应的硬度值。
工艺性和焊接质量有较大影响。 1.密度 ✓ 密度是单位体积物质的质量，密度是金属材料的特性之一。不同金属的密度不同。
按密度的大小，将金属分为轻金属与重金属两类。 ✓ 在生产中，常利用金属的密度来计算毛坯或零件的质量。此外密度有
时是选择材料的依据。 2.熔点 ✓ 金属的熔点是指金属由固态熔化为液态时的温度。 ✓ 纯金属的熔点是固定不变的，合金的熔点取决于它的成分 ✓ 熔点是金属和合金进行冶炼、铸造、焊接时重要工艺参数
洛氏硬度试验原理示意图
硬度
洛氏硬度值以残余压痕深度h确定，残余压痕深度h越大， 硬度越低;反之则硬度越高。为了照顾习惯上数值越大，硬 度越高的概念，一般用一个常数k减去残余压痕深度h作为 硬度值，并以0.002 mm的压痕深度为一个硬度单位。由此 获得的硬度值称为洛氏硬度值，用符号HR表示。
硬度
布氏硬度试验过程
布氏硬度试验一般在10～35℃的室温下进行。将被测试样放置在样品台 中央，顺时针平稳旋转手轮，使样品台缓慢上升，试样与压头紧密接触， 直至手轮与螺母产生相对滑动，停止转动手轮。此时按下“开始”键， 试验开始自动进行，自此 自动完成以下过程:试验力加载，试验力完全 加上后开始按设定的保持时间保持该试验力，时间到后即开始卸载，完 成卸载后恢复初始状态。逆时针旋转手轮，样品台下降，取下试样，用 读数显微镜测量试样表面的压痕直径，并取下试样，从专门的硬度表中 查出相应的硬度值。
工艺性和焊接质量有较大影响。 1.密度 ✓ 密度是单位体积物质的质量，密度是金属材料的特性之一。不同金属的密度不同。
按密度的大小，将金属分为轻金属与重金属两类。 ✓ 在生产中，常利用金属的密度来计算毛坯或零件的质量。此外密度有
时是选择材料的依据。 2.熔点 ✓ 金属的熔点是指金属由固态熔化为液态时的温度。 ✓ 纯金属的熔点是固定不变的，合金的熔点取决于它的成分 ✓ 熔点是金属和合金进行冶炼、铸造、焊接时重要工艺参数
洛氏硬度试验原理示意图
硬度
洛氏硬度值以残余压痕深度h确定，残余压痕深度h越大， 硬度越低;反之则硬度越高。为了照顾习惯上数值越大，硬 度越高的概念，一般用一个常数k减去残余压痕深度h作为 硬度值，并以0.002 mm的压痕深度为一个硬度单位。由此 获得的硬度值称为洛氏硬度值，用符号HR表示。
中考化学人教版 精讲本 模块一 身边的化学物质 主题五 金属与金属矿物
(1)如图所示的各部件中，由金属材料制成的是铁铁螺螺丝丝钉、钉铜、质铜插头质、插铝
箔铝反箔光反光片片。
头、
(2)灯管后面的反光片为铝箔，铝块能形成铝箔是利用铝的延延展性。
(3)铜质插头是利用了金属铜的导导电电性性。
展
知识点 2：金属的化学性质(☆☆☆☆)
（ 1） 与 氧 气 反 应
（ 1） 与 氧 气 反 应
A 和 D D 中铁钉生锈更严重
食盐能加速铁的锈蚀
5．实验结论
铁生锈的主要条件是铁与空空气气(或(氧或气氧) 和水水 同时接触。 气)
实验反思
(1)实验所用铁钉要洁净无锈。 (2)实验中用煮沸过的蒸馏水的目的：排排除除水水中中溶解溶的解氧的气对氧实气验对的干实扰。 (3)植物油的作用：隔隔绝绝空空气(气或(氧或气验氧)。的气干) 扰
3．实验现象 (1)A 中铁钉表面出现红色物质且氧气和蒸馏水交界处较为明显。 (2)B 和 C 中铁钉不生锈。 (3)D 中铁钉表面出现红色物质，比 A 中铁钉生锈更加严重。
4．现象对比及实验分析
对比
现象
分析
A 和 B A 中铁钉生锈，B 中铁钉不生锈 铁钉锈蚀需与空空气气(或(氧或气氧)接触 A 和 C A 中铁钉生锈，C 中铁钉不生锈 铁钉锈蚀需与水气水)接触
生发爆生爆炸炸。
止加热时
(2)实验结束后，先熄灭酒精喷灯，继续通入一氧化碳直至硬质玻璃管冷
却。目的是防防止止生生成的成铁的在铁高温在下高被温空气下中被的空氧气气氧中化的，氧同时气防氧止化试管， 中澄澄清清石石灰灰水同水倒时倒吸入防吸灼止入热试灼的玻管热璃的管玻，使璃玻管璃，管炸使裂玻。璃管 炸裂
(3)尾气处理：一氧化碳有毒，应将排出的尾气点燃或集中收集再处理。 【归纳】一氧化碳“早出晚归”，酒精喷灯“迟到早退”。
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模块一 金属材料的性能
一、金属材料的分类 二、金属的力学性能 三、金属单质物理性能与化学性能 四、金属工艺性能
《金属材料化学分析》主编 司卫华 第六单元 黑色金属及其合金 课件制作 李江华
一、金属材料的分类
金属是指具有良好的导电性和导热性，有一定的强度和塑性，并具有光 泽的物质，如铁、铝和铜等。金属材料是由金属元素或以金属元素为主要 材料构成，并具有金属特性的工程材料。它包括纯金属和合金两类。
E 或 G
式中 和 ----分别为正应力和切应力;
ε和 ----分别为正应变和切应变。
因E= /ε或G= / ，相应为弹性模量和切变模量。从图6-4可以看出，
弹性模量E是拉伸曲线上的斜率，即拉伸曲线斜率越大，弹性模量E也越大， 说明弹性变形越不容易进行。因此，E和G是表示材料抵抗弹性变表能力和衡 量材料“刚度”的指标。弹性模量越大，材料的刚度越大，即具有特定外形 尺寸的零件或构件保持其原有形状与尺寸的能力越大。
金属（或金属材料）通常还可分为黑色金属材料和有色金属材料两大类 如图6-1所示。
《金属材料化学分析》主编 司卫华 第六单元 黑色金属及其合金 课件制作 李江华
一、金属材料的分类
1.黑色金属材料 由铁、铬、锰及合金形成的物质，称为黑色金属材料，如钢和生铁 等。 2.有色金属材料 除黑色金属以外的其他金属，都称为有色金属，如铜、铝、镁、锌 等。 除此之外，在国发经济建设中，还出现了许多新型的高性能金属材 料，如粉末冶金材料、非晶态金属材料、纳米金属材料、单晶合金以 及新型的金属功能材料（永磁合金、形状记忆合金、超细金属隐身材 料）等。
《金属材料化学分析》主编 司卫华 第六单元 黑色金属及其合金 课件制作 李江华
二、金属的力学性能
金属的力学性能是指金属在力的作用下所显示的与弹性和非弹性 反应相关或涉及应力-应变关系的性能，如弹性、强度、硬度、塑性、 韧性等。弹性是指物体在外力作用下改变其形状和尺寸，当外力卸 除后物体又回复到其原始形状和尺寸的特性。物体受外力作用后导 致物体内部之间相互作用的力称为内力，而单位面积上的内力则为 应力σ（N/mm2）。应变ε是指由外力所引起的物体原始尺寸或形状 的相对变化（%）。
纯金属由于强度、硬度一般都较低，而且冶炼技术复杂，价格较高， 因此，在使用上受到很大的限制。
合金是指两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的金属材 料。
金属材料，尤其是钢铁材料，在国发经济及其他方面都有重要作用。它 具有良好的物理性能、化学性能、力学性能及工艺性能等，能够适应生产 和科学技术发展的需要。
b Fb S0 (N mm 2 )
式中 Fb ----试样承受的最大载荷（N）； S0----试样原始横截面积（mm2）。
是表征金属材料由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也 是表征材料在静拉伸条件下的最大承载能力。对于塑性金属材料来说，拉伸 试样在承受最大拉应力σb 之前，变形是均匀一致的。但超过 后，金属材料 开始出现缩颈现象，即产生集中变形。
金属力学性能的高低表征金属抵抗各种损害作用的能力大小，它 是评定金属材料质量的主要判据，也是金属构件设计时选材和进行 强度计算的主要依据。金属力学性能主要有：强度、刚度、塑性、 硬度、韧性和疲劳强度等。
《金属材料化学分析》主编 司卫华 第六单元 黑色金属及其合金 课件制作 李江华
二、金属的力学性能
s Fs S0
式中 Fs ----试样屈服时的拉伸力（N）； S0 ----试样原始横截面积（mm2）。
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二、金属的力学性能
2）抗拉强度 抗拉强度是指试样拉断前承受的最大标称拉应力。用符号 表示，单位为MPa。的计算式为
1.强度与塑性 强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。塑性是指金属在断裂前发生不 可逆永久变形的能力。永久变形是指物体在力的作用下产生的形状、尺寸的改 变，外力去除后，变形不能恢复到原来的形状和尺寸。这种不能恢复到原始的 形状和尺寸的变形称永久变形或塑性变形。金属材料的强度和塑性指标可以通 过拉伸试验测得。 （1）拉伸试验 拉伸试验是指用静拉伸力对试样进行轴向拉伸，测量拉伸力 和相应的伸长。拉伸时一般将拉伸试样拉至断裂，如图6-2所示。 1）拉伸试样 通常采用圆柱形拉伸试样，试样尺寸按国家标准有关规定进 行制作。拉伸试样分为短试样和长试样两种，一般工程上采用短试样。 2）试验方法 拉伸试验在拉伸试验机上进行。拉伸试验机如图6-3所示。将 试样装在试验机上下夹头上，开动机器，在压力油的作用下，试样受到拉伸。 同时，记录装置记录下拉伸过程中的力-伸长曲线。
（3）强度指标 金属材料抵抗拉伸力的强度指标有屈服点、规定残余伸长应 力、抗拉强度等。
1）屈服点和规定残余伸长应力 屈服点是掼试样在拉伸试验过程中，力不 增加（保持恒定），但试样仍然能继续伸长（变形）时的应力。屈服点用符号 σs 表示。屈服点是工程技术上重要的力学性能指标之一，也是大多数机械零件 选材和设计的依据。屈服点σs 的计算式为
另外，比值 / 称为屈强比，是但为了使用安全，也不宜过大，一般合理的 比值在0.65～0.75之间。
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二、金属的力学性能
3）刚度 材料在受力时，抵抗弹性变形的能力称为刚度，它表示材料弹性 变形的难易程度。材料刚度的大小一般用弹性模量E和切变模量G来评价。 材料在弹性范围内，内应力与应变ε的关系服从胡克定律
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二、金属的力学性能
（2）力-伸长曲线 在进行拉伸试验时，拉伸力F和试样伸长量△L之间的关 系曲线，称为力-伸长曲线。通常把拉伸力F作为纵坐标，伸长量△L作为横坐 标，退火低碳钢的力-伸长曲线如图6-4所示。 从完整的拉伸试验和力-伸长曲线可以看出，试样从开始拉伸到断裂要经过弹性 变形、屈服阶段、变形强化阶段、缩颈与断裂四个阶段。
一、金属材料的分类 二、金属的力学性能 三、金属单质物理性能与化学性能 四、金属工艺性能
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一、金属材料的分类
金属是指具有良好的导电性和导热性，有一定的强度和塑性，并具有光 泽的物质，如铁、铝和铜等。金属材料是由金属元素或以金属元素为主要 材料构成，并具有金属特性的工程材料。它包括纯金属和合金两类。
E 或 G
式中 和 ----分别为正应力和切应力;
ε和 ----分别为正应变和切应变。
因E= /ε或G= / ，相应为弹性模量和切变模量。从图6-4可以看出，
弹性模量E是拉伸曲线上的斜率，即拉伸曲线斜率越大，弹性模量E也越大， 说明弹性变形越不容易进行。因此，E和G是表示材料抵抗弹性变表能力和衡 量材料“刚度”的指标。弹性模量越大，材料的刚度越大，即具有特定外形 尺寸的零件或构件保持其原有形状与尺寸的能力越大。
金属（或金属材料）通常还可分为黑色金属材料和有色金属材料两大类 如图6-1所示。
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一、金属材料的分类
1.黑色金属材料 由铁、铬、锰及合金形成的物质，称为黑色金属材料，如钢和生铁 等。 2.有色金属材料 除黑色金属以外的其他金属，都称为有色金属，如铜、铝、镁、锌 等。 除此之外，在国发经济建设中，还出现了许多新型的高性能金属材 料，如粉末冶金材料、非晶态金属材料、纳米金属材料、单晶合金以 及新型的金属功能材料（永磁合金、形状记忆合金、超细金属隐身材 料）等。
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二、金属的力学性能
金属的力学性能是指金属在力的作用下所显示的与弹性和非弹性 反应相关或涉及应力-应变关系的性能，如弹性、强度、硬度、塑性、 韧性等。弹性是指物体在外力作用下改变其形状和尺寸，当外力卸 除后物体又回复到其原始形状和尺寸的特性。物体受外力作用后导 致物体内部之间相互作用的力称为内力，而单位面积上的内力则为 应力σ（N/mm2）。应变ε是指由外力所引起的物体原始尺寸或形状 的相对变化（%）。
纯金属由于强度、硬度一般都较低，而且冶炼技术复杂，价格较高， 因此，在使用上受到很大的限制。
合金是指两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的金属材 料。
金属材料，尤其是钢铁材料，在国发经济及其他方面都有重要作用。它 具有良好的物理性能、化学性能、力学性能及工艺性能等，能够适应生产 和科学技术发展的需要。
b Fb S0 (N mm 2 )
式中 Fb ----试样承受的最大载荷（N）； S0----试样原始横截面积（mm2）。
是表征金属材料由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也 是表征材料在静拉伸条件下的最大承载能力。对于塑性金属材料来说，拉伸 试样在承受最大拉应力σb 之前，变形是均匀一致的。但超过 后，金属材料 开始出现缩颈现象，即产生集中变形。
金属力学性能的高低表征金属抵抗各种损害作用的能力大小，它 是评定金属材料质量的主要判据，也是金属构件设计时选材和进行 强度计算的主要依据。金属力学性能主要有：强度、刚度、塑性、 硬度、韧性和疲劳强度等。
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二、金属的力学性能
s Fs S0
式中 Fs ----试样屈服时的拉伸力（N）； S0 ----试样原始横截面积（mm2）。
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二、金属的力学性能
2）抗拉强度 抗拉强度是指试样拉断前承受的最大标称拉应力。用符号 表示，单位为MPa。的计算式为
1.强度与塑性 强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。塑性是指金属在断裂前发生不 可逆永久变形的能力。永久变形是指物体在力的作用下产生的形状、尺寸的改 变，外力去除后，变形不能恢复到原来的形状和尺寸。这种不能恢复到原始的 形状和尺寸的变形称永久变形或塑性变形。金属材料的强度和塑性指标可以通 过拉伸试验测得。 （1）拉伸试验 拉伸试验是指用静拉伸力对试样进行轴向拉伸，测量拉伸力 和相应的伸长。拉伸时一般将拉伸试样拉至断裂，如图6-2所示。 1）拉伸试样 通常采用圆柱形拉伸试样，试样尺寸按国家标准有关规定进 行制作。拉伸试样分为短试样和长试样两种，一般工程上采用短试样。 2）试验方法 拉伸试验在拉伸试验机上进行。拉伸试验机如图6-3所示。将 试样装在试验机上下夹头上，开动机器，在压力油的作用下，试样受到拉伸。 同时，记录装置记录下拉伸过程中的力-伸长曲线。
（3）强度指标 金属材料抵抗拉伸力的强度指标有屈服点、规定残余伸长应 力、抗拉强度等。
1）屈服点和规定残余伸长应力 屈服点是掼试样在拉伸试验过程中，力不 增加（保持恒定），但试样仍然能继续伸长（变形）时的应力。屈服点用符号 σs 表示。屈服点是工程技术上重要的力学性能指标之一，也是大多数机械零件 选材和设计的依据。屈服点σs 的计算式为
另外，比值 / 称为屈强比，是但为了使用安全，也不宜过大，一般合理的 比值在0.65～0.75之间。
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二、金属的力学性能
3）刚度 材料在受力时，抵抗弹性变形的能力称为刚度，它表示材料弹性 变形的难易程度。材料刚度的大小一般用弹性模量E和切变模量G来评价。 材料在弹性范围内，内应力与应变ε的关系服从胡克定律
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二、金属的力学性能
（2）力-伸长曲线 在进行拉伸试验时，拉伸力F和试样伸长量△L之间的关 系曲线，称为力-伸长曲线。通常把拉伸力F作为纵坐标，伸长量△L作为横坐 标，退火低碳钢的力-伸长曲线如图6-4所示。 从完整的拉伸试验和力-伸长曲线可以看出，试样从开始拉伸到断裂要经过弹性 变形、屈服阶段、变形强化阶段、缩颈与断裂四个阶段。