GIÁO ÁN ĐIỆN TỬ- KHOA HỌC TỰ NHIÊN 9- CHÂN TRỜI SÁNG TẠO. BÀI 18-GIỚI THIỆU VỀ HỢP KIM

Nhận giáo án đầy đủ liên hệ qua: Zalo: 0932.99.00.90 Facebook: https://www.facebook.com/thayhoangoppa Nhận giáo án đầy đủ liên hệ qua: Zalo: 0932.99.00.90 Facebook: https://www.facebook.com/thayhoangoppa Nhận giáo án đầy đủ liên hệ qua: Zalo: 0932.99.00.90 Facebook: https://www.facebook.com/thayhoangoppa Nhận giáo án đầy đủ liên hệ qua: Zalo: 0932.99.00.90 Facebook: https://www.facebook.com/thayhoangoppa

CHÀO MỪNG CÁC EM HỌC SINH

Bài 18:

GIỚI THIỆU VỀ

HỢP KIM

MỤC TIÊU

- Nêu được khái niệm hợp kim.

- Giải thích vì sao trong một số trường hợp thực tiễn, kim loại được sử dụng dưới dạng hợp kim.

- Nêu được thành phần, tính chất đặc trưng của một số hợp kim phổ biến, qnan trọng, hiện đại.

- Trình bày được các giai đoạn cơ bản của quá trình sản xuất gang; quá trình sản xuất thép.

VIDEO

Để khoan được đất, đá, người ta phải chế tạo mũi khoan có độ cứng cao được làm từ hợp kim Hợp kim là gì? Vì sao lại chế tạo

ra hợp kim? Chúng có thành phần và tính chất nào đặc trưng?

NỘI DUNG BÀI HỌC

01 HỢP KIM

Vì sao người ta thường sử dụng hợp kim mà không dùng kim loại tinh khiết để chế tạo các vật dựng trong đời sống?

LỜI GIẢI:

Do hợp kim không dễ phản ứng

với không khí, nước

1 HỢP KIM

Hợp kim có những đặc điểm của những đơn chất nhưng tính chất tăng hoặc giảm phụ thuộc vào

những đơn chất kết hợp tạo thành.

❑ Có tính dẫn nhiệt, dẫn điện nhưng so với

kim loại nguyên chất thì có phần giảm hơn

vì khi hai hay nhiều nguyên tố kết hợp với

nhau sẽ làm giảm mật độ electron tự do.

❑ Có độ cứng cao hơn so với đơn chất vì cấu

tạo mạng tinh thể chắc chắn hơn

❑ Mang nhiều ưu điểm của kim loại đơn

chất như chống gỉ, chịu ma sát, tính dẻo…

❑ Một số hợp kim có tính trơ với acid hoặc

base hoặc các xác tác khác.

1 HỢP KIM

Ưu điểm:

• Độ bền cao: Hợp kim thường có độ bền và chịu lực

tốt hơn so với các kim loại cơ bản Sự kết hợp của

các kim loại khác nhau giúp tăng cường tính chất cơ

học của hợp kim, làm cho nó được sử dụng rộng rãi

trong các ngành công nghiệp yêu cầu độ bền cao như

hàng không, ô tô, xây dựng, và nhiều ngành khác.

• Độ cứng và chống mài mòn: Bằng cách pha trộn

các kim loại khác nhau, hợp kim có thể có độ cứng

cao hơn so với các kim loại tinh khiết Điều này làm

cho hợp kim ít bị mài mòn hơn và duy trì hình dạng

ban đầu trong môi trường cứng như nước biển hoặc

trong các ứng dụng máy móc.

• Khả năng chịu nhiệt tốt: Một số hợp kim được

thiết kế để chịu được nhiệt độ cao, cho phép sử dụng

trong các ứng dụng nhiệt như động cơ máy bay, động

cơ phản lực, và các hệ thống chịu nhiệt.

Nhược điểm:

• Chi phí: Sản xuất hợp kim có thể đòi hỏi các

quy trình phức tạp hơn so với kim loại tinh khiết, dẫn đến chi phí sản xuất cao hơn Điều này làm cho sản phẩm hợp kim thường có giá thành cao hơn so với các loại kim loại khác.

• Khó tái chế: So với kim loại tinh khiết, tái

chế và làm mới hợp kim có thể khó khăn hơn

do quá trình kết hợp của các kim loại khác nhau Việc tái chế hợp kim yêu cầu quy trình phức tạp và tốn kém hơn, gây ra ảnh hưởng tiêu cực vào môi trường.

• Dễ bị ăn mòn: Một số hợp kim có thể dễ bị

ăn mòn hơn so với kim loại tinh khiết, đặc biệt khi nằm trong môi trường ẩm ướt hoặc phụ thuộc vào loại ăn mòn.

1 HỢP KIM

Ví dụ

✓ Chế tạo các chi tiết của phương tiện giao thông như ô tô,

tàu hỏa, tàu biển, máy bay.

✓ Vỏ vệ tinh nhân tạo, chi tiết khinh khí cầu

✓ Cửa sổ, cửa chính, bàn ghế, thau, chậu, dụng cụ bếp.

✓ Các chi tiết của điện thoại, laptop, CPU

Hợp kim nhôm

1 HỢP KIM

Ví dụ

✓ Vật liệu trong công trình xây dựng, cầu đường, đường ray xe lửa…

✓ Đồ dùng gia đình: bàn ghế, cửa, cổng, cầu thang, lan can, tủ kệ…

✓ Chế tạo máy móc, chi tiết, phụ kiện, bulong, con tán

✓ Dùng làm khuôn bọng, dao cụ

Hợp kim sắt

1 HỢP KIM

Ví dụ

✓ Đường ống khí đốt, bộ tản nhiệt, dây cáp

✓ Ống dẫn, các chi tiết trong ô tô, tàu biển, máy bay

✓ Các chi tiết khớp nối, ren, ống sử dụng trong môi trường nước hoặc nước biển

✓ Dây truyền tải ngành viễn thông

Hợp kim đồng

1 HỢP KIM

✓ dây cáp

Những đặc tính của vượt trội

- Hợp kim có đặc tính gần giống với kim loại, tuy nhiên chúng luôn luôn có đặc tính vượt trội hơn so với kim loại nguyên liệu để hợp thành.

- Xét về tính chất vật lý thì cũng không khác nhiều so với kim loại được hợp kim hoá như: tính điện và hệ số dẫn nhiệt Nhưng về độ bền kéo, độ bền cắt, độ cứng, khả năng chống ăn mòn… thì khác hoàn toàn so với kim loại gốc.

- Ngoài ra, một số hợp kim không giống như kim loại nguyên chất đó là không có một điểm nóng chảy nhất định.

1 HỢP KIM

Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa một

kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc

phi kim khác.

1 HỢP KIM

Quan sát trong nhà, em thấy

có những vật dụng nào được chế tạo từ hợp kim?

Kể tên hợp kim làm nên vật

MỞ RỘNG

Hình trên mô phỏng các

nguyên tử trong một đơn

chất kim loại Các nguyên lử

được sắp xếp một cách đều

đặn

Vì sao các hợp kim lại cứng hơn so với kim loại ban đầu?

Khi tác dụng lực đủ lớn, chẳng hạn bằng cách dùng búa đập vào kim loại, các lớp nguyên tử này có thể trượt lên nhau một cách dễ dàng Đó là lí do vì sao kim loại dễ uốn và dát mỏng

Nhưng khi kim loại được chế tạo thành hợp kim, các nguyên tử kim loại mới xuất hiện trong mạng tinh thể Các lớp không thể trượt dễdàng Vì vậy, hợp kim cứng hơn

kim loại ban dầu

1 HỢP KIM

MỘT SỐ

HỢP KIM

- Rất cứng và giòn

- Luyện thép - Đúc bệ máy, ống nước,…

- Chứa nhiều Si và cacbon (chủ yếu ở dạng than chì)

- Kém cứng và kém giòn

Ứng

dụng

2 MỘT SỐ HỢP KIM CHỦ YẾU

- Là hợp kim của sắt chứa từ

0,001 – 2% khối lượng cacbon

cùng với một số nguyên tố

khác (Si, Mn, Cr, Ni )

Vỏ đồng hồ bằng thép

2 MỘT SỐ HỢP KIM CHỦ YẾU

Theo em có những loại thép nào trong

cuộc sống?

2 MỘT SỐ HỢP KIM CHỦ YẾU

Thép thường (hay thép cacbon):

Ống tròn bằng thép mềm Công cụ làm bằng thép mềm

– Thép mềm: chứa không quá 1%C Dễ gia công, kéo sợi, cán

thành thép lá Dùng chế tạo vật dụng trong đời sống và xây

dựng nhà cửa

2 MỘT SỐ HỢP KIM CHỦ YẾU

– Thép cứng: chứa trên 0,9%C; được dùng để chế tạo các

công cụ, các chi tiết máy như các vòng bi, vỏ xe bọc thép

Xe bọc thép Dao làm từ thép cứng

2 MỘT SỐ HỢP KIM CHỦ YẾU

– Thép đặc biệt chứa 13% Mn, rất cứng.

Máy nghiền đá

2 MỘT SỐ HỢP KIM CHỦ YẾU

– Thép đặc biệt chứa khoảng 20%Cr và 10% Ni,

rất cứng, không gỉ.

Vỏ điện thoại bằng thép

2 MỘT SỐ HỢP KIM CHỦ YẾU

– Thép đặc biệt chứa khoảng 18%W và

5%Cr, rất cứng.

Máy phay đứng

2 MỘT SỐ HỢP KIM CHỦ YẾU

Bảng 18.1.Thành phần, tính chất và ứng dụng của một số hợp kim phổ biến

Sản xuất bếp, lò nướng hoặc lò hơi, chi tiết máy móc, bánh răng,

chế tạo các vật dụng trong đời sống,

Quan sát Bảng 18.1, em hãy cho biết thép thường và inox

có gì khác về thành phần, tính

chất.

2 MỘT SỐ HỢP KIM CHỦ YẾU

Lời giải:

Thép thường thành phần chủ yếu là sắt, dưới 2% carbon và một lượng nhỏ nguyên tố khác Tính chất: dẻo và cứngThép đặc biệt (inox): chủ yếu là sắt và một số nguyên tố khác như Cr, Ni Tính

chất: khó bị gỉ

Gang, thép và hợp kim nhôm là các hợp

kim phổ biến có thành phần, tính chất đặc

trưng với nhiều ứng dụng quan trọng

trong đời sống và sản xuất.

2 MỘT SỐ HỢP KIM CHỦ YẾU

SẢN XUẤT GANG VÀ THÉP

03

Sản xuất gang như thế nào?

3 SẢN XUẤT GANG VÀ THÉP

❖Nguyên liệu :

- Quặng sắt trong tự nhiên

- Than cốc (cung cấp nhiệt cháy, tạo ra CO, tạo thành gang)

❖Nguyên tắc:

- Dùng cacbon oxit khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong

lò luyện kim (lò cao)

Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe

a Quá trình sản xuất gang

3 SẢN XUẤT GANG VÀ THÉP

Nguyên liệu

Thổi không khí đã làm giàu oxygen và sấy nóng tại ~900 o C

(1) C +O 2 → CO 2 H<0

(2) CO 2 + C → 2CO H>0

COCO CO

(3a) CaCO 3 → CaO + CO 2

(5a) CaO + SiO 2 →CaSiO 3

3 SẢN XUẤT GANG VÀ THÉP

Không khí

Không khí

Việc thêm đá vôi vào lò cao

có mục đích gì trong quá trình sản xuất gang?

3 SẢN XUẤT GANG VÀ THÉP

Lời giải:

Việc thêm đá vôi để tạo xỉ trong quá trình

Theo em thép được sản xuất như thế nào?

3 SẢN XUẤT GANG VÀ THÉP

3 SẢN XUẤT GANG VÀ THÉP

❖ Các phương pháp luyện thép

Phương pháp Betxơme:

Luyện thép trong lò thổi hình quả lê, vỏ ngoài bằng thép, bên trong lót gạch chịu lửa nát Luồng không khí mạnh thổi vào gang lỏng, đốt cháy tạp chất trong gang tạo thànhthép trong thời gian ngắn

đi-* Nhược điểm: không luyện được thép từ gang chứa nhiều P, không luyện được thép cóthành phần theo ý muốn

Ba giai đoạn chuyển gang thành thép

3 SẢN XUẤT GANG VÀ THÉP

Sơ đồ lò thổi oxygen (betxơme)

3 SẢN XUẤT GANG VÀ THÉP

Vì sao khí oxygen được thổi liên tục qua gang nóng chảy?

Ngoài ra còn có các phương pháp sau ?

3 SẢN XUẤT GANG VÀ THÉP

Phương pháp Mac-tanh:

Quá trình luyện thép kéo dài 6 – 8 giờ nên có thể phân tích được sản phẩm và cho thêm những chất cần thiết để chế được các loại thép có thành phần mong muốn

Sơ đồ lò Mac-tanh

Nhiên liệu khí

Không khí nóng

Cửa nạp nguyên liệu

Xỉ nóng chảy

Thép nóng chảy

3 SẢN XUẤT GANG VÀ THÉP

Điện cực bằng than chì

Máng rót thép

Thép nóng chảy

3 SẢN XUẤT GANG VÀ THÉP

❑ Khí thải trong quá trình luyện gang thép: CO, SO2,

H2S,…bụi làm ô nhiễm môi trường.

❑ Chất thải rắn làm suy thoái môi trường đất, nước

❑ Chất thải lỏng làm tăng nồng độ kim loại nặng ảnh hưởng

đến sinh thái.

Ảnh hưởng của quá trình luyện gang thép đến môi trường

3 SẢN XUẤT GANG VÀ THÉP

Nhức nhối ô nhiễm môi trường từ sản xuất công nghiệp

3 SẢN XUẤT GANG VÀ THÉP

✓ Gang được sản xuất qua các giai đoạn:

- Quá trình tạo thành carbon monoxide;

- Quá trình tạo thành gang;

- Quá trình tạo xỉ.

gang (hoặc thép phế liệu) và khí oxygen

3 SẢN XUẤT GANG VÀ THÉP

CỦNG CỐ

iron (Fe) với carbon (C)

aluminium (Al) với copper

(Cu)

carbon (C) với silicon (Si)

iron (Fe) với aluminium (Al)

Gang và thép là hợp kim của 02

Dùng carbon monooxide (CO) khử iron oxide ở nhiệt

độ cao trong lò luyện kim

Làm giảm hàm lượng các

nguyên tố C, Si, Mn…

Làm giảm hàm lượng Làm giảm hàm lượng của Fe

Nguyên tắc sản xuất gang là 03

Làm giảm hàm lượng các nguyên tố C, Si, Mn… có

SiO2 + CaO → CaSiO3

S + O2 → SO2

Phản ứng có thể xảy ra ở cả hai quá trình luyện gang và luyện thép là

05

Chất dùng làm chất khử iron oxide

trong lò cao là 07

khí nitrogen (N2) và khí

hiếm

gang, iron (Fe), thép phế liệu

dầu ma-dút hoặc khí đốt..

chất chảy là calcium oxide

(CaO)

Thành phần không phải nguyên liệu

cho quá trình luyện thép là

08

Thanks you!