Полное руководство по металлическим материалам: Типы, свойства и практические применения

Свойства металлов

Металлы имеют различные свойства, делающие их подходящими для разнообразных применений. Вот некоторые свойства металлов — физические и химические.

1. Ковкость

Это свойство металла позволяет ему быть выкованным или гнутым в различные формы без разрушения. Его ковкость — причина, по которой его можно выковать в плоские листы, например, алюминиевую фольгу. Металлические ионы в структуре скользят друг над другом при приложении силы.

2. Вязкость

Металлические материалы могут быть вытянуты в различные формы для изготовления тонких проводов. Вязкость металла помогает ему вытягиваться в провода для использования в кабелях или пайке. Хорошим примером вязкого металла является медь.

3. Проводность

Металлы — хорошие проводники тепла и электричества из-за свободных электронов на своих поверхностях. Также металлы, как серебро, идеально проводят тепло и используются для материалов с этим эффектом. Медь, используемая в проводах, также хорошо проводит электричество.

4. Блеск

Некоторые металлы естественным образом блестящие или глянцевые. Наличие свободных электронов на поверхности металлов заставляет их отражать свет обратно. Таким образом, металлические поверхности выглядят блестящими или глянцевыми. Эта особенность облегчает глазирование после полировки или покраски металла.

5. Высокие температуры плавления и кипения

Металлические ионы и молекулы тесно связаны сильной химической силой, создающей кристаллическую решетку. Таким образом, высокая тепловая энергия необходима для разрыва этих связей, приводя к высоким температурам плавления и кипения.

6. Высокая плотность

Из-за того, что атомы и молекулы упакованы вместе, металлы имеют высокую плотность. Эта особенность делает их твердыми и прочными для использования в различных областях.

7. Высокая реакционная способность

Металлы — высокореактивные элементы и легко вступают в химическое взаимодействие с другими элементами. Эта особенность помогает при гальванике и анодировании, поскольку металлы легко взаимодействуют с субстратами. Например, цинк легко реагирует с кислотами, натрий хорошо реагирует с водой, и многие металлы хорошо реагируют с кислородом.

Каковы категории металлов?

Металл классифицируется в основном согласно их физическим или химическим свойствам. В этом разделе мы рассмотрим несколько категорий под обеими из них.

Черные металлы

Черные металлы — это металлы, содержащие железо (Fe) в своем составе, в то время как цветные металлы не имеют этого элемента. Они имеют высокое углеродистое содержание, что делает их прочнее, чем цветные металлы. Однако это делает их склонными к ржавлению при контакте с водой.

Примерами черных металлов являются чугун, кованый железо, сталь, легированная сталь и углеродистая сталь. Они магнитны и поэтому используются для электрических целей — они пригодятся во многих коммерческих отраслях, таких как автомобилестроение, железнодорожные пути и морские контейнеры.

Цветные металлы

Цветные металлы — это металлы, не содержащие железа (Fe). Металлы, такие как алюминий, медь, латунь и цинк, почти не содержат никакого феррительного элемента в своем составе, поэтому они называются цветными. Они стойки к ржавлению, так как не активно реагируют с водой или кислородом, которые вызывают ржавление.

Кроме того, они не магнитны, поэтому полезны в проводке и электронном производстве. Цветные металлы известны своей ковкостью, поэтому их легче формировать и штамповать, чем черные металлы. Они используются в основном в различных коммерческих и промышленных мероприятиях благодаря своей высокой коррозионной стойкости, проводимости и легковесности.

Полный список металлических элементов

Металлы в таблице Менделеева сгруппированы по блокам, группам и периодам. Строки таблицы указывают атомный радиус, энергию ионизации и электроотрицательность, а столбцы показывают химические свойства из-за одинакового числа атомов. Они включают:

• Щелочные металлы
• Щелочноземельные металлы
• Переходные металлы
• Пост-переходные металлы
• Ланثаниды
• Актиниды
• Благородные металлы
• Драгоценные металлы

Типы металлов, которые нужно знать

Металлы имеют несколько свойств, делающих их полезными в различных отраслях и сферах. Существует более 90 различных типов металлов, но вот распространенные в различных секторах и их применение.

1. Железо

Железо — самый популярный и недорогой металл. Три типа: чугун, литой железо и кованый железо. Железо составляет почти 5% Земли. В результате, это легко доступный металл. Однако чистое железо нестабилен, так как соединяется с кислородом в воздухе, образуя оксид железа.

• Чугун — рудиментарная форма железа, используемая для изготовления различных черных металлов, включая литой железо и сталь.
• Чугун получается плавлением чугуна с коксом и известняком. Чугун хрупок и заметно трудносвариваем. Однако это универсальный технический материал для литья металлов в автомобильной промышленности.
• Кованый железо — прочный, вязкий и коррозионно-стойкий. Это высокоочищенный металл, используемый для металлообработки во многих отраслях.

2. Магний

Магний — один из естественно встречающихся металлов (Mg). Однако он часто легируется с другими металлами, как алюминий. Это подразумевает комбинирование его с другими металлами и элементами для формирования гибридного материала с заданными свойствами.

Одним из самых распространенных применений магния является автомобильная и аэрокосмическая промышленность. Магний считается шагом выше алюминия в плане снижения веса при высокой прочности. Применения включают ободы колес, блоки цилиндров и корпуса коробок передач.

3. Сталь

Сталь — сплав, составленный из множества химических элементов, включая железо и углерод, для формирования прочного и трещиностойкого металла. Ее высокая предельная прочность на разрыв и невысокая стоимость делают ее самым распространенным материалом для широкого спектра продуктов, включая здания, оружие, медицинские импланты и машины, а также электрооборудование и различные приборы.

Существует 3 вида стали: углеродистая сталь, нержавеющая сталь и легированная сталь. Все они имеют разные марки стали.

4. Алюминий

Алюминий — легкий металл, который твердеет и становится более жестким, когда комбинируется в следовых количествах с другими сплавами. Прочность, электрическая проводимость и коррозионная стойкость алюминия делают его отличным для применений в нескольких отраслях.

Кроме того, алюминий не намагничивается и прост в производстве. Он широко используется для самолетов, автомобильных деталей и линий электропередач. Также он приятен глазу благодаря своему блестящему характеру и может использоваться в листовой металлообработке и производстве алюминиевых сплавов.

5. Медь

Медь — ковкий, гибкий и вязкий красновато-коричневый металл. Она имеет сильную электрическую проводимость и может быть прокатана, кована, отлита и вытянута в провода. Она широко используется для чеканки монет, провода и кухонной утвари. Многочисленные сорта меди служат различным целям в разных отраслях.

6. Титан

Титан — важный легкий металл, используемый в производстве различных авиационных оборудований. Это один из самых коррозионно-стойких металлов. Образец металла имеет хорошую тепловую стабильность даже в экстремальных тепловых условиях, поэтому аэрокосмическая отрасль записывает наивысшее использование титана. Он стойок к коррозии, что делает его подходящим для производства медицинского оборудования.

7. Бронза

Бронза — металлический сплав, полученный из комбинации металлов, таких как медь и олово или алюминий. Она тверда и не ржавеет и не корродирует при воздействии влаги, поэтому предпочтительна для скульптур или лопаток турбин. Она легко плавится и может формироваться в трубы, шестерни, насосы и провода.

8. Латунь

Латунь — сплав цинка и меди. Она классифицируется на множество сортов на основе соотношения меди к цинку и добавления незначительных количеств дополнительных элементов. Латунь более долговечна, чем медь, но имеет меньшую проводимость электричества и тепла. Она также очень стойка к атмосферной коррозии и может быть легко припаяна. Латунь в основном используется для производства замков и клапанов.

9. Свинец

Свинец — один из самых тяжелых металлов на Земле и имеет низкую температуру плавления. Он легко ковок и мягок, что делает его простым для резки. Благодаря своей мягкости свинец используется в пайке и для обмуровки водопроводных труб и кислотных баков. Он также используется для покрытия электрических кабелей и производства пуль.

10. Вольфрам

Вольфрам имеет самую высокую температуру плавления и кипения на Земле и может выдерживать наиболее неблагоприятную термическую обработку металлов. Это делает его полезным для резки других металлов при обработке в вольфрамовый карбид. Вольфрам также имеет наибольшую предельную прочность на разрыв среди чистых металлов и используется в гравировке или резке металлов. Он комбинируется с другими металлами для изготовления ракетных сопел, выдерживающих экстремальные температуры.

11. Цинк

Цинк в основном используется для покрытия других металлов, так как он имеет высокую стойкость к коррозии и износу. Из-за своего низкого электрохимического потенциала он не ржавеет, делая его существенным в производстве трубопроводов, литья под давлением для электрооборудования и баков.

12. Олово

Олово — мягкий металл и легко ковок. Оно в основном используется для изготовления сплавов, таких как бронза, и является основным компонентом для изготовления певтера.

13. Никель

Обычно используется для изготовления нержавеющей стали, никель — один из самых используемых для металлических покрытий. Он повышает прочность и коррозионную стойкость поверхностного покрытия металла. Никель — один из самых используемых металлов в гальванике.

14. Хром

Еще один мощный металл для гальваники, хром, улучшает твердость других элементов и может также улучшать поверхностную отделку. Он тверд как углерод и имеет высокую температуру плавления.

15. Кремний

Кремний — один из самых популярных цветных металлов, так как он обладает качествами и металлов, и неметаллов. Кремний помогает другим металлам улучшать их свойства и является хорошим легирующим материалом. У него высокая температура плавления и он не является хорошим теплопроводником.

16. Кобальт

Кобальт популярно используется для изготовления синего пигмента для красок и красителей. В наши дни износостойкие, высокопрочные стальные сплавы — основное применение для него. Кобальт по сути является побочным продуктом добычи меди и никеля и редко производится самостоятельно.

17. Литий

Этот металл в основном используется для улучшения внешнего вида стекла и керамики благодаря своему серебристо-белому блеску. Это известный мягкий металл с плохой проводимостью.

18. Золото

Золото — дорогой металл, использовавшийся веками для создания ювелирных изделий, монет и других украшений. Он редок, мягок, гибок и не корродирует в атмосфере. Кроме того, он хорошо проводит электричество и тверд при комнатной температуре, плотен, стойок к коррозии и легко ковок.

19. Серебро

Как и золото, серебро — драгоценный металл и в основном используется для украшений и декоративных изделий благодаря своему блеску. Оно мягкое, ковкое и стойкое к атмосферной коррозии. Оно правильно проводит электричество и тепло.

20. Бериллий

Бериллий — серебристо-белый мягкий металл с низкой плотностью, высокой жесткостью, высокой прочностью, структурной стабильностью и отражательной способностью. Он выделяется среди металлов в плане удельной жесткости. Бериллий имеет вторую по низкости плотность по сравнению с металлами.

Применение металлов в различных отраслях

Универсальное использование металлов делает их стабильным компонентом для производства большинства промышленных деталей. Вот применения металлов для различных отраслей.

Медицинская отрасль

Помимо того, что они являются компонентами лекарств (съедобные металлы — натрий, марганец и калий), металлы используются в медицине для различных целей. Титан используется для медицинского оборудования, такого как протезы конечностей, а алюминий — для имплантов благодаря своему соотношению прочности к весу.

Автомобильная и машиностроительная отрасль

Металлы чаще всего используются в оборудовании, огнеупорных изделиях и автомобилях. Они применяются в производстве автомобилей, поездов, самолетов, ракет и т.д. Наиболее распространенные металлы, используемые здесь — железо, алюминий и сталь.

Декоративные изделия

Платина, золото и серебро — драгоценные металлы с значительной экономической ценностью и обычно используются в ювелирных наборах и декоративных изделиях.

Строительная отрасль

Металлы, такие как железо и сталь, среди самых широко используемых материалов в строительстве зданий и жилья. Они также металлы, используемые в архитектурных применениях. Водопроводные трубы и кровля изготавливаются из металлов, таких как свинец. Олово, цинк, медь и алюминий используются в кровельных работах. Железо известно своими структурными свойствами и используется в виде чугуна, кованого железа или стали.

Аэрокосмическая

Некоторые металлы используются в аэрокосмической отрасли из-за их удивительных свойств. Хороший металл для аэрокосмики должен иметь такие характеристики, как радиационная стойкость, способность выдерживать коррозию и высокое соотношение прочности к весу. Примеры металлов, используемых в этой отрасли: алюминий для воздушных рам, никелевые сплавы в комбинации со сталью и титан для двигательных деталей.

Электронная отрасль

Благодаря своей отличной электрической проводимости, сплавы, содержащие золото, серебро и платину, являются популярными кандидатами для электронных соединений.

Партнерство с WayKen — отличный выбор для воплощения ваших идей в жизнь. С многолетним опытом и передовыми технологиями мы доставляем точность и качество в каждом металлическом компоненте, который производим. От прототипирования до производства, WayKen стремится предоставлять надежные, эффективные и экономичные услуги металлообработки на ЧПУ.

Металлы — основные компоненты большинства инструментов, которые мы используем. Таким образом, выбор наиболее подходящего для конкретной цели требует хорошего знания различных типов. Эти знания помогут выбрать лучший металлический материал для конкретного проекта или процесса.