Существует множество различных типов металлов с разными классификациями на выбор. Металлические элементы составляют 75% элементов таблицы Менделеева. Такие металлы, как железо, сталь, медь, бронза, латунь, алюминий, титан и свинец, используются в повседневной жизни тысячами различных способов.
Важность свойств металла
Хотя металлы имеют схожие свойства, пригодность каждого из них различается в зависимости от предполагаемого использования. Существует ряд важных свойств: температура плавления, легкость механической обработки и сварки, прочность, долговечность, эстетичность, температуростойкость, тепло- и электропроводность и, конечно же, стоимость.
Эти свойства и характеристики определяются тем, является ли металл черным или цветным (что указывает на наличие железа) и/или добавлением других чистых металлов (для создания сплавов). Поэтому классификация металлов является ценным инструментом для выбора подходящего металла для конкретной цели.
Классификация металлов
Существует два основных способа классификации металлов: по содержанию железа или по атомному строению:
Классификация по содержанию железа
Содержит ли металл железо, определяет наиболее часто используемый метод классификации. Это определяет, что металл трехвалентный, например, сталь, чугун, кованое железо. Железо придает металлу магнитные свойства и делает его склонным к коррозии. Металлы без железа не обладают магнитными свойствами и называются цветными металлами. Примеры включают алюминий, свинец, латунь, медь и цинк.
Классификация по атомному строению
Металлы также классифицируются в соответствии с их атомной структурой, определенной таблицей Менделеева. Эти металлы далее классифицируются как щелочные, переходные или щелочноземельные металлы. Металлы, принадлежащие к одной группе, обычно ведут себя одинаково, например, имеют низкую температуру плавления и темнеют на воздухе.
Какие существуют категории металлов?
В зависимости от содержания железа металлы делятся на три категории: черные металлы, цветные металлы и металлические сплавы.
Черные металлы
Почти 90% всех металлов, используемых в производстве, — это черные металлы, например сталь. Слово «железо» происходит от латинского слова «ferrum», что означает «железо». К черным металлам относятся сталь, чугун и сплавы железа с другими металлами (например, нержавеющая сталь). Их характеристики:
- Долговечность
- Предел прочности
- Электропроводность
- Низкая коррозионная стойкость
- переработанный
- В основном магнитный
- Серебряный цвет
Прочность и долговечность черных металлов, таких как чугун и сталь, широко используются в строительной сфере при строительстве мостов и небоскребов. Черные металлы также встречаются в кораблях, трубах, автомобилях, железных дорогах и различных коммерческих и бытовых приборах.
Большинство черных металлов имеют высокое содержание углерода, поэтому они склонны к ржавчине. Однако кованое железо является исключением из-за своей чистоты, которая придает ему устойчивость к коррозии. Сплавляя элементы, сталь становится более устойчивой к ржавчине во влажных условиях, например, при добавлении хрома в нержавеющую сталь.
Цветные металлы
Цветные металлы — это сплавы или металлы, которые не содержат (или очень мало) железа. Они, как правило, дороже черных металлов из-за своей легкости. Другие атрибуты:
- Немагнитные свойства
- Простота обработки (включая механическую обработку, литье и сварку)
- Высокая устойчивость к коррозии
- Хорошая тепло- и электропроводность
- Низкая плотность
- Немагнитный
- Разнообразие цветов
Цветные металлы обычно получают из таких минералов, как карбонаты, силикаты и сульфиды, и очищают электролизом. К ним относятся алюминий, медь, свинец, никель, олово, титан и цинк, а также медные сплавы, такие как латунь и бронза. Другие редкие или драгоценные цветные металлы включают золото, серебро, платину, кобальт, ртуть, вольфрам, литий и цирконий.
Цветные металлы используются в различных коммерческих, промышленных и бытовых целях. Некоторые из них, например алюминиевые или титановые сплавы, могут заменить сталь, но они, как правило, дороже и лучше подходят для использования из-за своих специфических свойств. Будучи более мягкими и податливыми, цветные металлы, такие как золото и серебро, могут использоваться в более эстетичных условиях.
Металлические сплавы
Металлические сплавы представляют собой комбинации более чем одного элемента, включая другой металл. Например, латунь – это сплав двух металлов: меди и цинка. Сталь представляет собой сплав металлического элемента (железа) и около 2% неметаллического элемента (углерода).
Плавя металл, мы можем усилить определенное его свойство. Каждый компонент сплава привносит в смесь что-то свое, создавая уникальный продукт, который является более твердым, долговечным, более устойчивым к коррозии или имеет более высокую грузоподъемность. По этим причинам они пользуются большим спросом в различных областях и отраслях, таких как производство, электроника, товары для дома, архитектура, сантехника, автомобилестроение и аэрокосмическая промышленность.
Железо и его сплавы и их свойства.
Железо является самым важным из всех металлов в современном обществе. Поскольку около 5% земной коры состоит из железа, его относительно легко найти.
Основным сырьем является латунное железо, которое далее перерабатывается в чистое железо. Хотя чистое железо прочнее других металлов, оно не устойчиво к коррозии и чрезвычайно тяжелое из-за своей высокой плотности. Путем добавления к железу углерода (для создания углеродистой стали) эти недостатки несколько уменьшаются. Именно способность создавать множество различных типов стали делает железо таким важным в нашей жизни: от скрепок до небоскребов.
Различные виды металлов
Вот некоторые часто используемые металлы:
Железо
Железо – самый распространенный и дешевый металл. Существует три типа: латунное железо, чугун и кованое железо.
- Латунное железо: необработанная форма железа, используемая в качестве сырья для производства различных других черных металлов, таких как чугун и сталь.
- Чугун: изготавливается путем плавки латуни с коксом и известью. Чугун хрупок и его трудно сваривать. Тем не менее, это отличный конструкционный материал с широким спектром применения, особенно в автомобильной промышленности, благодаря его относительно низкой температуре плавления, литейным качествам, отличной обрабатываемости и устойчивости к деформации и износу.
- Кованое железо: прочное, пластичное и устойчивое к коррозии кованое железо представляет собой очень чистую форму металла с небольшим количеством силикатного шлака, впрессованного в волокна. Это означает, что он идеально подходит для изготовления таких изделий, как перила, ворота и садовая мебель. Однако мягкая сталь (см. ниже) в значительной степени заменила кованое железо.
Сталь
Сталь — это сплав, состоящий из нескольких химических элементов, а также железа и углерода, который создает прочный и устойчивый к разрушению металл. Его высокая прочность на разрыв и низкая стоимость делают его наиболее широко используемым материалом для самых разных изделий: от зданий, оружия и машин до электрооборудования и различных приборов.
- Углеродистая сталь: определяется как базовая сталь, состоящая из углерода и железа, иногда с добавлением очень небольшого количества других элементов. Эти легирующие элементы включают марганец, ванадий, хром, никель и вольфрам. Они различаются по прочности, устойчивости к истиранию и износу, а также влияют на электрические и магнитные свойства. Этот металл, используемый для изготовления труб, особенно в энергетике, является очень распространенным металлом, поскольку его производство остается относительно дешевым.
- Нержавеющая сталь. Нержавеющая сталь имеет высокое содержание хрома, что делает ее в 200 раз более устойчивой к коррозии, чем мягкая сталь. Это очень ценный металл там, где важны требования к гигиене и высокой чистоте, например, в операционных, стоматологических кабинетах и на кухнях.
