Виды металлов
Металлы- это значительная группа из более 90 элементов в периодической таблице Менделеева, в природе очень редко можно найти эти вещества в чистом виде, поэтому, добываются они, как правило, из руды. Для получения чистого металла руда обычно подвергается выплавлению. При необходимости проводят легирование и другую обработку металлов.
Содержание статьи
Характеристика металлов
Немного химии
Классификация
Черные металлы
Цветные металлы
Сплавы
Чугуны
Стали
Сферы применения
Характеристика металлов
Металлы- это значительная группа из более 90 элементов в периодической таблице Менделеева, в природе очень редко можно найти эти вещества в чистом виде, поэтому, добываются они, как правило, из руды. Для получения чистого металла руда обычно подвергается выплавлению. При необходимости проводят легирование и другую обработку металлов.
Основную часть всех металлов добывают из земной коры, металлы там расположены в виде соединений. Металлы часто извлекают из земли с использованием современной горной промышленности, добытые руды в самородном карьере служат относительно богатым источником необходимых элементов.
Изучением металлов занимается металлургия. Металлы имеют разные характерные свойства и в зависимости от них их разделяют на на разные группы. Все металлы хорошо проводят электрический ток; это обусловлено наличием в их кристаллических решетках подвижных электронов, перемещающихся под действием электрического поля.
Список характеристик, по которым разделяют металлы:
- Твердость. Сопротивление к проникновению в материал другого, более твердого тела. Из-за легкой отдачи электронов есть риск окисления металлов, что в свою очередь приводит к коррозии и дальнейшему разрушению.
- Прочность. Стойкость к разрушительному воздействию.
- Упругость. Изменение формы материала под воздействием внешних сил и восстановление его.
- Пластичность. Возможность изменения формы.
- Вязкость. Возможность вытягиваться.
- Износостойкость. Хороший внешний вид и свойств после сильного трения.
- Жароустойчивость. Способность сопротивляться окислению при нагревании до высоких температур.
- Усталость. Способность металла выдерживать нагрузки.
Также всем металлам присущи магнитные свойства, поскольку они являются магнетиками веществами
Отличить металл от каменной породы становится возможным в результате наличия у него блеска (так как гладкая поверхность металлов отражает большой процент света).
Такие свойства, как пластичность, электропроводность и теплопроводность, а также сопротивление коррозии у чистых металлов имеют более высокие значения. Структура и свойства их изменяются в зависимости от содержания легирующих элементов (примесей). Цвет у большинства металлов примерно одинаковый светло-серый с голубоватым оттенком. Золото, медь и цезий соответственно желтого, красного и светло-желтого цвета.
Самые часто встречаемые в природе: олово, свинец, железо и ртуть. Распространение металлов в коре Земли можно представить примерно таким соотношением (масс. процентов): алюминий 8,45; железо 4,4; кальций 3,3; натрий 2,6; калий 2,5; магний 2,1; титан 0,61.
Все металлы (кроме ртути и, условно, франция) при нормальных условиях находятся в твердом состоянии, однако обладают различной твердостью.
Немного химии
Во всех реакциях с другими веществами простые металлы проявляют только восстановительные свойства.
Металлы обычно отличаются и по физическим и химическим свойства. Металлы взаимодействуют также и с неметаллами, образуя бинарные реакции. Взаимодействуя с кислотами, они образуют окислительно- восстановительное соединение
При взаимодействии металлов с кислородом образуются оксиды, из-за чего вес металла увеличивается.
Можно сказать, что металлы являются отличными проводниками электрического тока. Их свойства полностью диктует их кристаллическое строение и атомарный состав.
Существует несколько разных классификаций металлов, о которых расскажем ниже.
Классификация
Есть несколько методов разделения металлов:
- По природному происхождению: черные и цветные.
- По стандарту качества: стали, чугуны и сплавы.
Черные металлы
Классификация по природному происхождению
ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ
Основные особенности:
- высокая температура плавления без деформации
- темная окраска
- большая плотность
Они обладают отличными рабочими свойствами, поэтому на рынке черные металлы всегда востребованы. Добывают материалы напрямую из железной руды при помощи доменной печи, где при температуре близко к 2000 градусов протекает процесс плавления руд, из которых сразу и получают железо. Черные металлы делятся на пять основных видов:
1. Урановые металлы
Данные металлы используются исключительно в отрасли атомной энергетики. В эту группу входят такие материалы как уран, калифорний и другие радиоактивные металлы.
2. Щелочноземельные металлы.
В чистом виде они нигде не применяются, кроме как в атомных реакторах. Интересно, что все они природой окрашены в серо-асфальтовый цвет. В данный вид входят кальций, магний, бериллий, радий и другие.
3. Редкоземельные металлы.
Как правило, используются в атомной энергетике и машиностроении (напр., стекла, которые не пропускают УФ лучи). Все металлы этой группы имеют одинаковые химические свойства, в том числе цвет - серебристый оттенок. В этой классификации можно найти неодим, лантан и празеодим.
4. Железные металлы.
Они, как правило, используются, в качестве примесей (легирующих компонентов)- добавок к железу для получения более прочной стали. Из них изготавливаются предметы быта, например, ножи. К этому виду относится марганец, никель и кобальт.
5. Тугоплавкие металлы.
Из этого вида металлов изготавливают нити для накаливания и технику для лампочек. К последней группе черных металлов относятся вольфрам, ниобий, молибден, хром и рений.
Цветные металлы
Эта группа отличилась от всех остальных своим цветом, за счет этого свойства и получила название. В мире они ценятся больше, так как из них изготавливают автомобили и технику, строят дома. Эту большую группу также делят на три подвида:
Благородные (драгоценные) металлы.
Их стоимость самая нестабильная, постоянно меняется. Широко применяются в ювелирном деле: кольца, цепочки, сережки… . Самыми дорогими они считаются также за счет сложности добычи и внешней привлекательности. К ним относятся: платина, золото, серебро, осмий, родий, рутений, палладий. Интересно, что в первое время образование сплавов из образцов меди и цинка, получался золотой цвет и ученые считали это уже золотом.
Легкие металлы.
Эти металлы широко применяются, в том числе в строении самолетов и автомобилей, изготовлении фотоаппаратов и двигателей, космических ракет.. К этой группе можно отнести: алюминий, титан, магний, бериллий, стронций, кальций, литий, барий, калий, натрий, цезий и рубидий.
Тяжелые металлы.
Данные металлы также широко распространяются: изготавливают проволоки, подшипники, активно используется в электронике. Данные металлы не боятся погодных условий и повреждений. К этой классификации относятся бронза (дала название целой эпохе развития человечества – бронзовому веку), медь, цинк, свинец, медь, олово, никель, ртуть. и латунь. Медь хорошо прокатывается в тонкие листы и ленту, и таким способом из нее получают тонкую проволоку.
Также их разделяют на тугоплавкие, рассеянные и радиоактивные:
- Тугоплавкие цветные металлы: вольфрам и ванадий, молибден и тантал, хром и ниобий, цирконий и марганец.
- Легкоплавкие металлы: олово, свинец, цинк, кадмий, висмут.
- Рассеянные цветные металлы: индий, таллий, германий, рений, селен, гафний и теллур.
- Радиоактивные цветные металлы: уран, торий, радий, нептуний, актиний, америций, протактиний, плутоний, эйнштейний, калифорний, фермий, нобелий, менделевий и лоуренсий.
Итак, металлы классифицируют по природным специфическим признакам и в соответствии ГОСТ.
Сплавы
Классификация по ГОСТ
Сплавы- это материалы, состоящие более чем из двух видов металла. В основном, сплавы состоят из основы (из нескольких металлов) и примесей, которые добавляются для придания металлу эластичности, мягкости и других свойств. Изменяя компоненты и их пропорции, получают множество всевозможных сплавов с разнообразными физическими, механическими или химическими свойствами.
Всего существует более 5000 вариаций сплавов, однако, довольно большой популярностью и распространенностью в промышленности пользуется смесь из железа и алюминия. В отдельных случаях металлы не растворяются друг в друге и не могут образовывать сплавы, например железо и свинец.
Сплавы также делятся на 2 вида:
- Литые сплавы. Такие получают путем смешивания расплавленных компонентов.
- Порошковые сплавы. Чтобы получить их, прессуют порошки нескольких металлов и соединяют под воздействием высоких температур. Менее распространенный вид сплава.
Также их делят на:
- Конструкционные сплавы (предназначены для изготовления деталей автомобилей, техники и оборудования).
- Инструментальные (из них изготавливаются ножи, молотки). В качестве инструментальных материалов применяются также алмаз, нитрид бора, керамика.
- Специальные сплавы (используются для изготовления деталей специального назначения например, для предотвращения трения).
На данный момент в сплавах используют практически все металлы, кроме искусственных. В промышленности и технической работе применяются в основном медные, титановые, бронзовые и алюминиевые типы сплавов.
Изредка сложные полиметаллические типы руд для выделения сложных сплавов подвергают восстановлению без предварительного разделения.
Чугуны
Чугун - особо прочный металлический материал, который активно используют в любой области, например, для изготовления профильной трубы. Железо составляет основу чугуна. Чугуном называется сплав железа с 24 % углерода.
Чугуны также делятся на несколько групп:
- Белый.
- Отбеленный.
- Графитизированный.
У каждой группы также есть свои типы и подтипы, однако наибольший интерес представляет именно графитизированный чугун, так как он делится еще на четыре группы:
- серый;
- вермикулярный;
- ковкий;
- высокопрочный.
Механические признаки серого чугуна определяются в основном количеством, формой и размерами графитовых структур, получают его при медленном охлаждении жидкого чугуна.
Чугун и сталь между собой очень похожи, за исключением количества содержащегося углерода. Кроме углерода в чугунах и сталях содержатся другие компоненты, такие как кремний, марганец, сера, фосфор.
Стали
Каждая группа сталей делится на подгруппы:
- углеродистая (увеличение содержания углерода повышает порог хладноломкости и снижает ударную вязкость, ухудшает литейные свойства, - обрабатываемость давлением и резанием);
- легированная;
- специальная.
С ростом содержания углерода в структуре стали увеличивается количество цементита. Наличие примесей в стали объясняется технологической особенностью ее производства и невозможностью от их полного удаления.
Подробнее о стали мы рассказали здесь - https://www.spirit-bear.ru/articles/vidy-stali/
Интересно, что строительные стали с повышенной прочностью содержат небольшое количество ванадия или ниобия.
Сферы применения
Металлургия дала человеку множество дополнительных возможностей, в промышленной сфере и быту. Уровень людской жизни на планете достаточно быстро вырос из-за нахождения источника такого полезного материала. Металлы присутствуют в жизни человека и по сей день и еще долго не уйдут.
Сферы применения металла разнообразны.
Металлы используются как в качестве хороших проводников электричества (медь, алюминий), так и в качестве материалов с повышенным сопротивлением для резисторов и электронагревательных элементов.
Чаще всего их применяют в строительстве, машиностроении и авиастроении. В ракетостроении применяют стали, чтобы получить нержавеющую сталь, в состав смеси вводят хром. Также некоторые виды металла используют для производства инструментов, строения станков и различных металлических систем и конструкций и бытовых изделий. Из металлов производят и такую продукцию как посуда, как правило, из меди и алюминия. или, например, способность меди растворяться в азотной кислоте используется в промышленности для определения ее наличия в сплавах.
В сфере строительства они нужны для изготовления всевозможных арматур.
В современной технике применяют около 30 000 сплавов легкоплавких и тугоплавких, очень твердых и пластичных.
Качество металла и его пригодность для каждого вида работ определяют по содержанию в нем углерода. Данный критерий является одним из самых важных при выборе материала для определенной цели.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ
.png)
