Металлы – это химические элементы, обладающие рядом характерных свойств. Например, у них высокая электро– и теплопроводность, блеск, непрозрачность, ковкость и пластичность. Что до механических свойств, это прочность, твердость, упругость и вязкость.
Основные виды металлов имеют восстановительные свойства, способность создавать основные оксиды и гидроксиды. Также материал может создавать плотноупакованную кристаллическую решетку (ОЦК, ГЦК, ГПУ)
Эти свойства могут варьироваться в зависимости от конкретного металла, его чистоты, способа обработки и внешних условий. Их понимание критически важно для использования металлов в разных отраслях промышленности.
Черные металлы и сплавы
Один из самых популярных видов металлов – это черные и их сплавы. При этом основу материала составляет железо (более 50% по массе). Черные металлы активно используют в:
У этого вида металла высокая плотность и ферромагнетизм, относительно высокая температура плавления. Материал способен хорошо обрабатываться давлением, у него высокая прочность, твердость и износостойкость. При этом у черных металлов высокая склонность к коррозии (ржавлению) в присутствии влаги/кислорода.
Что до экономических аспектов, то у материала относительно низкая стоимость по сравнению с цветными из-за распространенности в природе и многократной переработке (рециклинга).
Материал хорошо сваривается, можно термически обработать его для изменения свойств. В состав легко добавить легирующие элементы для улучшения характеристик. Одно из ключевых особенностей – возможность практически полной переработки отходов. При этом относительно низкая токсичность для окружающей среды.
В разных отраслях промышленности черные металлы используют благодаря высокой прочности при относительной низкой цене. Хорошая обрабатываемость при универсальности применения. Однако основа и сплавы подвержены коррозии, высокий удельный вес.
Стали
Сталь – это сплав железа с углеродом (до 2,14%) и другими элементами (марганец, кремний, хром, никель, молибден). Углеродистые виды металлов делятся на подгруппы по процентному содержанию углерода в составе. Например, марки Ст3, 20, 45, У8, У12. В легированные сплавы добавляют легирующие элементы (>2,5% суммарно). Например, 40Х, 12Х18Н10Т, 30ХГСА. Свойства специальных сплавов зависят от химсостава и требуемых свойств. Например, нержавеющие, жаропрочные, инструментальные. На рынке можно найти Р6М5, 08Х18Н10, 10Х11Н23Т3МР.
Сталь применяют в строительстве (арматура, балки, конструкции), машиностроении (детали машин, инструменты), транспорте (кузова автомобилей, рельсы). Также без сплавов не обойтись в энергетике (трубопроводы, котлы), бытовой технике и инструментах.
Начальный этап выплавки стали – это добыча железной руды, ее обогащение и подготовка топлива (кокса). Создавать сплав можно кислородно-конвертерным способом. Процесс заключается в заливке чугуна в конвертер, продувке кислородом, добавлении легирующих элементов. Существует электродуговая методика. Она основана на загрузке печи металлоломом с последующей плавкой дугой, добавлением примесей.
Когда сплав остыл, его можно прокатать, обработать термически, либо проковать для добавления нужных свойств.
Специальные – 12Х18Н10Т (нержавеющая), Р6М5 (быстрорежущая), ШХ15 (подшипниковая).
Сталь остается основным материалом в промышленности и повседневной жизни благодаря прочности, доступности и универсальности.
Чугун
Чугун – это сплав железа с углеродом с содержанием углерода более 2,14%. В составе могут быть кремний, марганец, фосфор, сера.
В белом сплаве весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита (Fe3C). У материала высокая твердость, хрупкость, плохая обрабатываемость. Отбеленный чугун в сердцевине серый. У этого состава твердая износостойкая поверхность при вязкой сердцевине. Материал применим в прокатных валках, колесах, тормозных колодках.
Чугун используется в машиностроении (станины, корпуса, детали двигателей), строительстве (радиаторы отопления, канализационные трубы), транспорте (тормозные диски, блоки цилиндров).
Производство этого вида сплава начинается с подготовки сырья. То есть добычи руды, ее обогащения, создание кокса. Затем идет доменный процесс, то есть загрузка шихты и плавка до 1000-1200°C. Горячее дутье подается в домну, кокс горит и происходит восстановление железа из руды, образовывается шлак.
Чугун можно обрабатывать несколькими способами. Например, рафинирование (удаление примесей), легирование (добавление легирующих элементов), модифицирование.
Чугун остается важным конструкционным материалом благодаря низкой стоимости, хорошим литейным свойствам и способности гасить вибрации.
Цветные металлы
Цветные сильно отличаются от железа и его сплавов. У них ряд уникальных свойств. Например, высокая электропроводность (медь, алюминий), стойкость к коррозии, легкость и пластичность, жаропрочность.
Цветные металлы крайне актуальны в электротехнике, авиастроении, электронике, ювелирном деле.
В открытом доступе есть несколько видов металлов по характеристикам и назначению:
Легкие (алюминий, магний, титан) – низкая плотность, высокая удельная прочность.
Тяжелые (медь, цинк, свинец, никель) – высокая плотность, часто обладают высокой электропроводностью.
Благородные (золото, серебро, платина) – химическая инертность, высокая стоимость, актуальность в ювелирном деле, электронике.
Редкие (вольфрам, молибден, тантал) – низкая распространенность в природе.
Эта классификация дает общее представление о разнообразии цветных металлов и их основных характеристиках. У каждой группы уникальные свойства, применение.
Алюминиевые сплавы
Алюминиевые сплавы – это материалы с основой в виде алюминия с добавлением других элементов для улучшения определенных свойств. Он популярен в промышленности и повседневной жизни благодаря легкости, прочности, стойкости к коррозии.
На рынке есть несколько видов сплавов. Деформируемые подвергаются прокатке, ковке, штамповке. Например, дюралюминий, авиаль, которые применяются в авиастроении, автомобилестроении, строительстве.
Литейные сплавы используются для создание деталей методом литья. У них хорошая жидкотекучесть, малой усадкой. Например, силумины (сплавы Al-Si), которые используют в автомобильных деталях и корпусах приборов.
Из порошковых сплавов создают материалы с уникальными свойствами. Они популярны в аэрокосмической отрасли, спортивном инвентаре. В состав любого материала добавляют медь, магний, марганец, кремний, цинк, литий и другие легирующие материалы. Каждый элемент при этом придает материалу определенные свойства.
Производство металлических сплавов начинается с подготовкой сырья (добыча бокситов, глинозема). Затем протекает процесс электролиза, легирование и непосредственное литье. Как только материал остынет в отливках, его можно прокатывать, ковать, закалять или состаривать. Создание порошковых составов включает дополнительные этапы измельчения, смешивания, спекания.
Медные сплавы
Медные сплавы – это материалы, где медь является основным компонентом, а другие улучшают определенные свойства. В промышленности сплав особо ценится за их электропроводность, теплопроводность, стойкость к коррозии.
Популярный вид металла – это латунь. Это медь + цинк. Материал бывает простым или специальным (с добавлением Al, Ni, Fe, Sn, Pb). Латунь используется в водопроводной арматуре, теплообменнике, музыкальных инструментах.
В составе бронзы медь + другие элементы (кроме цинка в качестве основного легирующего элемента). В зависимости от примесей различают оловянные, алюминиевые, бериллиевые, кремнистые, а также свинцовые. Из бронзы делают подшипники, втулки, пружины, монеты, морское оборудование.
Создание медных сплавов начинается с добычи и обогащения руд. Для начала получают черновую медь, а затем плавка и легирование. Основной этап – это литье в слитки или формы с дальнейшей прокаткой, ковкой, экструзией. Для получения дополнительных свойств сплав поддают закалке, отжигу и старению.
Способы классификации металлов
По температуре выделяют тугоплавкие металлы. Например, вольфрам (3422°C), молибден (2623°C), тантал (3017°C). У материала высокая жаропрочность. Есть легкоплавкие составы – олово (232°C), свинец (327°C), цинк (420°C).
По электронным группам есть s-элементы – литий, натрий, калий. У них высокая химическая активность, мягкость. Р-элементы в виде алюминия, галлия, индия. У материала разнообразные свойства. D-элементы – это переходные металлы, часто обладающие магнитными свойствами (железо, медь, никель). F-элементы – это редкоземельные элементы со специфическими оптическими и магнитными свойствами.
По плотности различают легкие металлы (плотность менее 5 г/см³) – литий, магний, алюминий. Есть тяжелые (плотность более 5 г/см³) – медь, свинец, золото.
По подгруппам различают следующие виды металлов:
Щелочные – литий, натрий, калий. Они активные, мягкие, легко окисляются на воздухе.
Щелочноземельные – бериллий, магний, кальций. Они менее активны, чем щелочные, но легко вступают в реакции.
Лантаноиды – 15 элементов от лантана до лютеция. У них схожие химические свойства, что актуально в высокотехнологичных отраслях.
Актиноиды – 15 элементов от актиния до лоуренсия. Многие из них радиоактивны, и применяются в ядерной энергетике.
Такая классификация помогает систематизировать металлы по их физическим и химическим свойствам. Это облегчает их изучение, применение в разных областях науки/техники.
Заказать звонок
Написать на почту
Telegram
0 комментариев