14 различных типов металлов | New-Science.ru

Термин «металл» происходит от греческого слова «metalléuō», что означает выкапываю или добываю из земли. Наша планета содержит много металла. На самом деле из 118 элементов периодической системы порядка 95 являются металлами.

Это число не является точным, потому что граница между металлами и неметаллами довольно расплывчата: нет стандартного определения металлоида, как нет и полного согласия относительно элементов, соответствующим образом классифицированных как таковые.

Сегодня мы используем различные виды металлов, даже не замечая их. Начиная с зажимов в сантехнике и заканчивая устройством, которое вы используете для чтения этой статьи, все они сделаны из определенных металлов. Фактически, некоторые металлические элементы необходимы для биологических функций, таких как приток кислорода и передача нервных импульсов. Некоторые из них также широко используются в медицине в виде антацидов.

Все металлы в периодической таблице можно классифицировать по их химическим или физическим свойствам. Ниже мы перечислили некоторые различные типы металлов вместе с их реальным применением.

Классификация по физическим свойствам

14. Легкие металлы

Сплав титана 6AL-4V

Примеры: Алюминий, титан, магний

Легкие металлы имеют относительно низкую плотность. Формального определения или критериев для идентификации этих металлов нет, но твердые элементы с плотностью ниже 5 г/см³ обычно считаются легкими металлами.

Металлургия легких металлов была впервые развита в середине 19 века. Хотя большинство из них происходит естественным путем, значительная их часть образуется при электротермии и электролизе плавленых солей.

Их сплавы широко используются в авиационной промышленности благодаря их низкой плотности и достаточным механическим свойствам. Например, сплав титана 6AL-4V составляет почти 50 процентов всех сплавов, используемых в авиастроении. Он используется для изготовления роторов, лопастей компрессоров, мотогондол, компонентов гидравлических систем.

13. Тяжелые металлы

Окисленные свинцовые конкреции и кубик размером 1 см3

Примеры: железо, медь, кобальт, галлий, олово, золото, платина.

Тяжелые металлы — это элементы с относительно высокой плотностью (обычно более 5 г/см³) и атомным весом. Они, как правило, менее реактивны и содержат гораздо меньше растворимых сульфидов и гидроксидов, чем более легкие металлы.

Эти металлы редки в земной коре, но они присутствуют в различных аспектах современной жизни. Они используются в солнечных батареях, сотовых телефонах, транспортных средствах, антисептиках и ускорителях частиц.

Тяжелые металлы часто смешиваются в окружающей среде из-за промышленной деятельности, ухудшая качество почвы, воды и воздуха, а затем вызывая проблемы со здоровьем у животных и растений. Выбросы транспортных средств, горнодобывающие и промышленные отходы, удобрения, свинцово-кислотные батареи и микропластики, плавающие в океанах, являются одними из наиболее распространенных источников тяжелых металлов в этом контексте.

12. Белый металл

Подшипники из белого металла

Примеры: Обычно изготавливается из олова, свинца, висмута, сурьмы, кадмия, цинка.

Белые металлы — это различные светлые сплавы, используемые в качестве основы для украшений или изделий из серебра. Например, многие сплавы на основе олова или свинца используются в ювелирных изделиях и подшипниках.

Белый металлический сплав изготавливается путем объединения определенных металлов в фиксированных пропорциях в соответствии с требованиями конечного продукта. Основной металл для ювелирных изделий, например, формуется, охлаждается, экстрагируется, а затем полируется, чтобы придать ему точную форму и блестящий вид.

Они также используются для изготовления тяжелых подшипников общего назначения, подшипников внутреннего сгорания среднего размера и электрических машин.

11. Хрупкий металл

Хрупкое разрушение чугуна

Примеры: сплавы углеродистой стали, чугуна и инструментальной стали.

Металл считается хрупким, если он твердый, но не может противостоять ударам или вибрации под нагрузкой. Такие металлы под воздействием напряжения ломаются без заметной пластической деформации. Они имеют низкую прочность на разрыв и часто издают щелкающий звук при поломке.

Многие стальные сплавы становятся хрупкими при низких температурах, в зависимости от их обработки и состава. Чугун, например, твердый, но хрупкий из-за высокого содержания углерода. Напротив, керамика и стекло гораздо более хрупки, чем металлы, из-за их ионных связей.

Галлий, висмут, хром, марганец и бериллий также хрупки. Они часто используются в различных гражданских и военных целях, связанных с высокими деформационными нагрузками. Чугун, устойчивый к повреждениям в результате окисления, используется в машинах, трубах и деталях автомобильной промышленности, таких как корпуса коробок передач и головки цилиндров.

10. Тугоплавкий металл

Микроскопическое изображение вольфрамовой нити в лампе накаливания

Примеры: молибден, вольфрам, тантал, рений, ниобий.

Тугоплавкие металлы имеют чрезвычайно высокие температуры плавления (более 2000 °С) и устойчивы к износу, деформации и коррозии. Они являются хорошими проводниками тепла и электричества и имеют высокую плотность.

Другой ключевой характеристикой является их термостойкость: они не расширяются и не растрескиваются при многократном нагревании и охлаждении. Однако они могут деформироваться при высоких нагрузках и окисляться при высоких температурах.

Благодаря своей прочности и твердости они идеально подходят для сверления и резки. Карбиды и сплавы тугоплавких металлов используются почти во всех отраслях промышленности, включая горнодобывающую, автомобильную, аэрокосмическую, химическую и ядерную.

Металлический вольфрам, например, используется в ламповых нитях. Сплавы рения используются в гироскопах и ядерных реакторах. А ниобиевые сплавы используются для форсунок жидкостных ракетных двигателей.

9. Черные и цветные металлы

Валы-шестерни из (черной) нержавеющей стали

Черные металлы: Сталь, чугун, сплавы железа.
Цветные металлы: Медь, алюминий, свинец, цинк, серебро, золото.

Термин «железо» происходит от латинского слова «Ferrum», что переводится как «железо». Таким образом, термин «черный металл» обычно означает «содержащий железо», тогда как «цветной металл» означает металлы и сплавы, которые не содержат достаточного количества железа.

Поскольку черные металлы могут иметь широкий спектр легирующих элементов, которые значительно изменяют их характеристики, очень трудно поместить свойства всех черных металлов под один зонт. Тем не менее некоторые обобщения могут быть сделаны, например, большинство черных металлов являются твердыми и магнитными.

Черные металлы используются для применения с высокой нагрузкой и низкой скоростью, в то время как цветные металлы предпочтительны для применения с высокой скоростью и нулевой нагрузкой для применения с низкой нагрузкой.

Сталь является наиболее распространенным черным металлом. Она составляет около 80% всего металлического материала благодаря своей доступности, высокой прочности, низкой стоимости, простоте изготовления и широкому спектру свойств. Она широко используется в строительстве и обрабатывающей промышленности. Фактически, рост производства стали показывает общее развитие промышленного мира.

8. Цветные и благородные металлы

Ассортимент благородных металлов

Цветные металлы: медь, алюминий, олово, никель, цинк
Благородные металлы: родий, ртуть, серебро, рутений, осмий, иридий

Цветные металлы — это обычные и недорогие металлы, которые корродируют, окисляются или тускнеют быстрее, чем другие металлы, когда подвергаются воздействию воздуха или влаги. Они в изобилии встречаются в природе и легко добываются.

Они широко используются в промышленных и коммерческих целях и имеют неоценимое значение для мировой экономики благодаря своей полезности и повсеместности. Некоторые цветные металлы обладают отличительными характеристиками, которые не могут быть продублированы другими металлами. Например, цинк используется для гальванизации стали, чтобы защитить ее от коррозии, а никель — для изготовления нержавеющей стали.

Благородные металлы, с другой стороны, устойчивы к окислению и коррозии во влажном воздухе. Согласно атомной физике, благородные металлы имеют заполненный электрон d-диапазона. В соответствии с этим строгим определением, медь, серебро и золото являются благородными металлами.

Они находят применение в таких областях, как орнамент, металлургия и высокие технологии. Их точное использование варьируется от одного элемента к другому. Некоторые благородные металлы, такие как родий, используются в качестве катализаторов в химической и автомобильной промышленности.

7. Драгоценные металлы

Родий: 1 грамм порошка, 1 грамм прессованного цилиндра и 1 г аргонодуговой переплавленной гранулы

Примеры: палладий, золото, платина, серебро, родий.

Драгоценные металлы считаются редкими и имеют высокую экономическую ценность. Химически они менее реакционноспособны, чем большинство элементов (включая благородные металлы). Они также пластичны и имеют высокий блеск.

Несколько веков назад эти металлы использовались в качестве валюты. Но сейчас они в основном рассматриваются как промышленные товары и инвестиции. Многие инвесторы покупают драгоценные металлы (в основном золото), чтобы диверсифицировать свои портфели или победить инфляцию.

Серебро — второй по популярности драгоценный металл для ювелирных изделий (после золота). Однако его значение выходит далеко за рамки красоты. Оно обладает исключительно высокой тепло- и электропроводностью и чрезвычайно низким контактным сопротивлением. Именно поэтому серебро широко используется в электронике, батареях и противомикробных препаратах.

Классификация по химическим свойствам

6. Щелочные металлы

Твердый металлический натрий

Примеры: натрий, калий, рубидий, литий, цезий и франций.

Щелочь относится к основной природе гидроксидов металлов. Когда эти металлы реагируют с водой, они образуют сильные основания, которые легко нейтрализуют кислоты.

Они настолько реактивны, что обычно встречаются в природе в слиянии с другими веществами. Карналлит (хлорид калия-магния) и сильвин (хлорид калия), например, растворимы в воде и, таким образом, легко извлекаются и очищаются. Нерастворимые в воде щелочи, такие, как фторид лития, также существуют в земной коре.

Одно из самых популярных применений щелочных металлов — использование цезия и рубидия в атомных часах, наиболее точных из известных эталонов времени и частоты. Литий используется в качестве анода в литиевых батареях, композиты калия используются в качестве удобрений, а ионы рубидия используются в фиолетовых фейерверках. Чистый металлический натрий широко используется в натриевых лампах, которые очень эффективно излучают свет.

5. Щелочноземельные металлы

Изумрудный кристалл, основной минерал бериллия.

Примеры: бериллий, кальций, магний, барий, стронций и радий.

Щелочноземельные металлы в стандартных условиях мягкие и серебристо-белые. Они имеют низкую плотность, температуру кипения и температуру плавления. Хотя они не так реакционноспособны, как щелочные металлы, они очень легко образуют связи с элементами. Как правило, они вступают в реакцию с галогенами, образуя галогениды щелочноземельных металлов.

Все они встречаются в земной коре, кроме радия, который является радиоактивным элементом. Радий уже распадался в ранней истории Земли из-за относительно короткого периода полураспада (1600 лет). Современные образцы поступают из цепочки распада урана и тория.

Щелочноземельные металлы имеют широкий спектр применения. Бериллий, например, используется в полупроводниках, теплопроводниках, электрических изоляторах и в военных целях. Магний часто сплавляют с цинком или алюминием для получения материалов со специфическими свойствами. Кальций в основном используется в качестве восстановителя, а барий используется в вакуумных трубках для удаления газов.

4. Переходные металлы

Примеры: титан, ванадий, хром, никель, серебро, вольфрам, платина, кобальт.

Большинство элементов используют электроны из своей внешней оболочки для связи с другими элементами. Переходные металлы, однако, могут использовать две крайние оболочки для соединения с другими элементами. Это химическая особенность, которая позволяет им связываться со многими различными элементами в различных формах.

Они занимают среднюю часть таблицы Менделеева, служа мостом между (или переходом) между двумя сторонами таблицы. Более конкретно, есть 38 переходных металлов в группах с 3 по 12 периодической таблицы. Все они являются пластичными, податливыми и хорошими проводниками тепла и электричества.

Многие из этих металлов, такие как медь, никель, железо и титан, используются в конструкциях и в электронике. Большинство из них образуют полезные сплавы друг с другом и с другими металлическими веществами. Некоторые из них, включая золото, серебро и платину, называются благородными металлами, потому что они крайне инертны и устойчивы к кислотам.

3. Постпереходные металлы

Висмут в виде синтетических кристаллов

Примеры: алюминий, галлий, олово, свинец, таллий, индий, висмут.

Постпереходные металлы в периодической таблице — это элементы, расположенные справа от переходных металлов и слева от металлоидов. Из-за своих свойств они также называются «бедными» или «другими» металлами.

Физически они хрупки (или мягки) и имеют более низкую температуру плавления и механическую прочность, чем переходные металлы. Их кристаллическая структура довольно сложна: они проявляют ковалентные или направленные эффекты связи.

Различные металлы этого семейства имеют различное применение. Алюминий, например, используется для изготовления оконных рам, кухонной посуды, банок, фольги, деталей автомобилей. Оловянные сплавы используются в мягких припоях, оловянных и сверхпроводящих магнитах.

Индиевые сплавы используются для изготовления плоских дисплеев и сенсорных экранов, а галлий — в топливных элементах и полупроводниках.

2. Лантаноиды

1-сантиметровый кусок чистого лантана

Примеры: лантан, церий, прометий, гадолиний, тербий, иттербий, лютеций.

Лантаноиды — это редкоземельные металлы с атомными номерами от 57 до 71. Впервые они были обнаружены в 1787 году в необычном черном минерале (гадолините), обнаруженном в Иттербю, Швеция. Позже минерал был разделен на различные элементы лантаноидов.

Лантаноиды — это металлы с высокой плотностью, плотность которых колеблется от 6,1 до 9,8 г/см³, и они, как правило, имеют очень высокие температуры кипения (1200-3500 °C) и очень высокие температуры плавления (800-1600 °C).

Сплавы лантаноидов используются в металлургии из-за их сильных восстановительных способностей. Около 15 000 тонн лантаноидов ежегодно расходуется в качестве катализаторов и при производстве стекол. Они также широко используются в лазерах и оптических усилителях.

Некоторые исследования показывают, что лантаноиды могут быть использованы в качестве противораковых средств. Лантан и церий, в частности, могут подавлять пролиферацию раковых клеток и способствовать цитотоксичности.

1. Актиниды

Металлический уран, высокообогащенный ураном-235

Примеры: актиний, уран, торий, плутоний, фермий, нобелий, лоренций

Подобно лантаноидам, актиниды образуют семейство редкоземельных элементов с аналогичными свойствами. Они представляют собой серию из 15 последовательных химических элементов в периодической системе от атомных номеров 89 до 103.

Все они радиоактивны по своей природе. Синтетически произведенный плутоний, а также природные уран и торий являются наиболее распространенными актинидами на Земле. Первым актинидом, который был открыт в 1789 году, был уран. И большая часть существующих продуктов актинидов была произведена в 20 веке.

Их свойства, такие как излучение радиоактивности, пирофорность, токсичность и ядерная критичность, делают их опасными для обращения. Сегодня значительная часть (кратковременных) актинидов производится ускорителями частиц в исследовательских целях.

Некоторые актиниды нашли применение в повседневной жизни, например, газовые баллоны (торий) и детекторы дыма (америций), большинство из них используются в качестве топлива в ядерных реакторах и для изготовления ядерного оружия. Уран-235 является наиболее важным изотопом для применения в ядерной энергетике, который широко используется в тепловых реакторах.

Все о металлах — виды металлов и сплавов

Металлы и их сплавы — один из главных конструкционных материалов современной цивилизации.
Это определяется прежде всего их высокой прочностью, однородностью и непроницаемостью для жидкостей и газов.
Кроме того, меняя рецептуру сплавов, можно менять их свойства в очень широких пределах.

Почти все металлы, имеющие промышленное значение, используются в виде сплавов.
Все выплавляемое железо почти целиком идет на изготовление обычных и легированных сталей, а также
чугунов. Дело в том, что сплавлением с некоторыми компонентами можно существенно улучшить
механические, электрические, магнитные, термические свойства многих металлов.

Люди узнали о существовании металлов еще на заре цивилизации. Они обнаружили, что некоторые
камни, которые потом назвали рудой, при нагреве превращаются в блестящее вещество — металл,
который при высокой температуре является жидкостью, а при комнатной — твердым телом.
Для практического применения металлов и изготовления металлических изделий (оружия,
сельскохозяйственных орудий) люди научились обрабатывать металл. Возникли первые технологии
обработки металлов.

Металлургия — область науки и техники и отрасль промышленности, охватывающие процессы получения
металлов из руд или других материалов, изменения химического состава, структуры и свойств
металлических сплавов, придания металлу определенной формы. Металлургия является одной из наиболее
динамично развивающейся отраслью мировой экономики. Развитие производственных мощностей металлургии
заметно опережает динамику роста мировой индустрии. Конкуренция в отрасли велика, поставки
импортной продукции нарастают. Так, по данным IISI, мировое производство стали за 2006 г.
составило 1,219 млрд т, что на 7,93% выше уровня предыдущего года.

Раздел содержит справочную информацию об основных промышленных металлах: нахождение в природе,
физические и химические свойства, получение и промышленное применение металлов, а также
биологическое воздействие металлов и их соединений на человека. Вы можете выбрать интересующий Вас
металл, кликнув по ссылке в левом меню страницы.

В настоящее время существует базовая классификация видов металлов, определяющая три основные группы: черные, цветные и благородные металлы.
Последние иногда включают в группу цветных металлов. Черные и цветные металлы применяются почти во всех сферах промышленного производства,
благородные металлы служат еще и средством сохранения и накопления стоимости.

Черные металлы

Черные металлы — это железо и сплавы на его основе. Сюда входят все виды чугунов и сталей. К черным металлам также относят марганец и ванадий.
Процесс производства черных металлов называется черной металлургией. Литье чугуна и стали традиционно считалось одной из составляющих
частей индустриальной мощи любой крупной страны. Производство тугоплавких металлов и ферросплавов также относится к области черной металлургии.

Цветные металлы

Другой вид металлов, цветные металлы, включает в себя большую часть металлических элементов таблицы Менделеева, за исключением черных металлов и
тяжелых трансурановых элементов. В эту группу относят всем знакомые медь и олово, алюминий и титан, тантал и цирконий, а также редкоземельные элементы.
Цветные металлы делятся на две большие группы: тяжелые и легкие цветные металлы. Тяжелые — это прежде всего медь, никель, свинец, цинк, а легкие —
это алюминий, магний, титан. Для выплавки тегких цветных металлов требуется огромное колличество энергии, поэтому алюминий иногда называют
металлическим эквивалентом электрической энергии. Российская Федерация располагает практически всем набором цветных металлов и является
ведущей мировой державой в области цветной металлургии.

Благородные металлы

Среди всех видов металлов благородные металлы обладают тем свойством, что практически не подвержены окислению.
В группу благородных металлов входят золото, серебро, платина, палладий и другие металлы платиновой группы. Для всех благородных металлов характерна
повышенная химическая устойчивость и блеск. Основные области применения этого вида металлов — это ювелирная промышленность, электроника,
медицина, изготовление защитных поверхностей и катализаторов. Из-за своей высокой стоимости и устойчивости к воздействию внешней среды,
металлы этой группы (в основном золото) используются как средство сбережения, государства накапливают золото как консервативную часть своих
золотовалютных резервов.

Различные типы металлов и их применение

Классификация металлов

Существует две основные классификации металлов по содержанию железа или атомной структуре:

Классификация по содержанию железа

классификация. Это делает его черным металлом, таким как сталь, чугун, кованое железо. Железо придает металлу магнитные свойства, а также делает его подверженным коррозии. Эти металлы без содержания железа не обладают никакими магнитными свойствами и называются цветными металлами. Примеры включают алюминий, свинец, латунь, медь и цинк.

Классификация по атомной структуре

Металлы также классифицируются на основе их атомной структуры, как определено в периодической таблице. (Обратитесь к Королевскому химическому обществу за великолепным интерактивным приложением. ) Эти металлы далее классифицируются как щелочные, переходные или щелочноземельные металлы. Металлы, принадлежащие к одной и той же группе, ведут себя одинаково, например, легко плавятся и тускнеют на воздухе.

Категории металлов

Когда мы используем содержание железа в качестве ориентира, металлы делятся на три категории: черные, цветные и металлические сплавы.

Черный металл

Почти 90% производимых металлов составляют черные металлы, например, сталь. Слово «черный» происходит от латинского слова «ferrum», что означает «железо». К черным металлам относятся сталь, чугун, а также сплавы железа с другими металлами (например, нержавеющая сталь). Характеристики включают:

• Долговечность
• Прочность на растяжение
• Электропроводность
• Низкая коррозионная стойкость
• Перерабатываемый
• Обычно магнитный
• Цвет серебристый

Черные металлы, такие как литье и кованое железо или углеродистая сталь, известны своей прочностью на растяжение и долговечностью. В результате они широко используются в строительной отрасли для изготовления конструкций мостов и небоскребов. Черные металлы также содержатся в транспортных контейнерах, трубопроводах, автомобилях, железных дорогах и ряде коммерческих и бытовых инструментов.

Высокое содержание углерода в большинстве черных металлов делает их уязвимыми для ржавчины. Кованое железо является исключением из этого правила, поскольку его чистота придает ему устойчивость к коррозии. Легирующие элементы сделают сталь более устойчивой к ржавчине при воздействии влаги. Например, добавление хрома для создания нержавеющей стали.

Черные металлы используются уже тысячи лет и имеют огромное количество различных применений, от самых больших конструкций до самых маленьких гаек и болтов. Поскольку большинство черных металлов являются магнитными, они часто используются в электротехнике и двигателях.

Цветной металл

Цветные металлы – это сплавы или металлы, не содержащие (или содержащие очень мало) железа. Они, как правило, дороже черных металлов из-за их меньшего веса. Другие атрибуты включают в себя:

• Немагнитные свойства
• Простота изготовления (включая обрабатываемость, литье и сварку)
• Высокая устойчивость к коррозии
• Хорошая тепло- и электропроводность
• Низкая плотность
• Немагнитный
• Цветовая гамма

Цветные металлы обычно получают из полезных ископаемых, таких как карбонаты, силикаты и сульфиды, перед очисткой 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 самых разных коммерческих, промышленных и жилых целях. Некоторые, например алюминиевые или титановые сплавы, могут заменить сталь. Однако они часто дороже и лучше используются из-за своих специфических характеристик. Будучи более мягкими и податливыми, цветные металлы, такие как золото и серебро, могут использоваться в более эстетичных условиях.

Металлические сплавы

Металлические сплавы представляют собой комбинацию 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).

Легирование металла является средством улучшения определенного свойства. Каждое вещество в сплаве вносит свой вклад в смесь, создавая уникальный продукт, более твердый, долговечный, более устойчивый к коррозии или обладающий повышенной несущей способностью. Следовательно, они пользуются большим спросом в различных областях и отраслях, таких как производство, электроника, товары для дома, архитектура, сантехника, а также автомобильная и аэрокосмическая промышленность.

Железо и его сплавы и их свойства

В современном обществе железо является самым важным из всех металлов. Поскольку примерно 5% земной коры состоит из железа, его также очень легко найти.

Основным сырым металлом является передельный чугун, который может быть дополнительно очищен для получения чистого железа, которое, хотя и прочнее других металлов, не является устойчивым к коррозии. Он также очень тяжелый из-за своей высокой плотности. Добавление углерода к железу (создание углеродистой стали) устраняет некоторые из этих недостатков. Именно способность создавать так много различных типов стали делает железо таким важным в нашей жизни — от скрепок до небоскребов.

Различные типы металлов

Вот лишь некоторые из наиболее часто используемых металлов:

Железо

Железо является наиболее часто используемым и самым дешевым металлом. Есть три типа: чугун, чугун и кованое железо.

Чугун: необработанная форма железа, используемая в качестве сырья для производства различных других черных металлов, таких как чугун и сталь.

Чугун: создается путем плавления чугуна с коксом и известняком. Чугун имеет тенденцию быть хрупким и, как известно, плохо поддается сварке. Тем не менее, это идеальный конструкционный материал с широким спектром применения, особенно в автомобильной промышленности. Это связано с его относительно низкой температурой плавления, литейными свойствами, отличной обрабатываемостью и устойчивостью как к деформации, так и к износу.

Кованое железо: прочное, пластичное и устойчивое к коррозии, кованое железо представляет собой тип высокоочищенного металла с небольшим количеством силикатного шлака, формованного в нити. Это означает, что он идеально подходит для изготовления таких изделий, как ограждения, ворота и садовая мебель. Однако мягкая сталь (см. ниже) более или менее заменила кованое железо.

Сталь

Сталь представляет собой сплав, состоящий из нескольких химических элементов, железа и углерода, образующий прочный и устойчивый к разрушению металл. Его высокая прочность на разрыв и низкая стоимость делают его наиболее широко используемым материалом для невероятно разнообразной продукции: от зданий, оружия и машин до электрооборудования и всевозможных инструментов.

Углеродистая сталь: определяется как основная сталь, содержащая углерод и железо, с добавлением других элементов в очень небольших количествах. Эти легирующие элементы включают марганец, ванадий, хром, никель и вольфрам. По-разному они изменяют прочность и стойкость к истиранию и износу, а также влияют на электрические и магнитные свойства. Используемый для трубопроводов, особенно для энергетических приложений, это чрезвычайно распространенный тип металла, потому что он остается относительно дешевым в производстве.

Углеродистая сталь делится на низко-, средне- и высокоуглеродистую (например, обычная углеродистая сталь, низкоуглеродистая сталь и мягкая сталь, которая в значительной степени заменила кованое железо). Чем выше содержание углерода, тем тверже и прочнее сталь, а меньшее количество углерода создает более мягкий и дешевый металл.

Нержавеющая сталь: Нержавеющая сталь содержит большое количество хрома, что делает ее в 200 раз более устойчивой к коррозии, чем низкоуглеродистая сталь. Это высоко ценимый металл, где важны гигиена и высокий уровень чистоты, например, в операционных, стоматологических кабинетах и ​​на кухнях.

Медь

Медь — мягкий, ковкий и пластичный металл красновато-коричневого цвета. Он обеспечивает хорошую проводимость электричества, может быть отлит, кован, прокатан и протянут в провода. Он широко используется для изготовления проволоки, монет и домашней утвари.

Бронза

Бронза в основном состоит из сплавов, таких как медь и олово. Это сравнительно твердый металл, устойчивый к поверхностному износу и коррозии, и ему легко придать форму или прокатать его в проволоку, стержни и листы. Бронзу легче плавить и отливать, особенно для таких произведений искусства, как скульптура. Алюминиевая бронза (медь и алюминий) особенно прочна и часто отливается или выковывается в трубопроводной арматуре, насосах, шестернях, кораблях и лопатках турбин.

Латунь

Латунь состоит из сплава меди и цинка. Существуют различные типы латуни, в зависимости от соотношения меди и цинка и добавления небольшого количества других элементов. Латунь прочнее меди, но имеет более низкую тепло- и электропроводность. Он также очень устойчив к атмосферной коррозии и легко поддается пайке. Общие области применения — замки, шестерни и клапаны.

Алюминий

Алюминий — легкий металл, который при смешивании с небольшим количеством других сплавов становится твердым и жестким. Затем он становится очень универсальным, потому что он прочен, электропроводен и устойчив к коррозии. Алюминий легко обрабатывается и не намагничивается. Широко используемый для воздушных кабелей, деталей самолетов и автомобилей, алюминий также обладает значительными эстетическими качествами. Его легкий вес, а также широкий выбор отделки поверхности и доступных цветов делают его популярным материалом среди архитекторов.

Титан

Титан — важный инженерный металл, потому что он легкий и прочный. Он также обладает высокой термической стабильностью даже при экстремальных температурах до 480°C. По этим причинам титан широко используется в аэрокосмической промышленности. Титан также популярен для военной техники, спортивных товаров, химической промышленности. Наконец, его устойчивость к коррозии делает его идеальным для медицинских целей.

Свинец

Свинец имеет большой вес и относительно низкую температуру плавления. Так как это мягкий металл (его легко резать лезвием) и податливый, он не обладает прочностью. Свинец обычно используется для пайки, в качестве покрытия резервуаров для кислоты, цистерн, водопроводных труб и в качестве покрытия для электрических кабелей.

Периодическая таблица металлов

Периодическая таблица химических элементов организована в соответствии с возрастающим атомным номером. Химические элементы — это основные вещества, из которых состоит вся материя, и у каждого из них есть особая характеристика, называемая атомным номером, которая определяется количеством мельчайших частиц (протонов), содержащихся в каждом атоме. Периодическая таблица упорядочивает элементы в строках (порядок атомного номера) и столбцах (группировка элементов со схожими химическими свойствами). Например, некоторые газы находятся в одной колонке, а металлы — в другой.

18 различных типов металлов (факты и применение) – сделать из металла

Многое произошло со времен бронзового века. Существуют тысячи различных типов и марок металла, и каждый из них разработан для очень специфического применения.

Каждый день вы будете регулярно вступать в контакт с десятками видов металлов. Вот интересное руководство, которое проведет вас через некоторые из этих распространенных металлов и где вы их найдете.

Содержание

Сталь

Это самый распространенный металл в современном мире.

Сталь, по определению, представляет собой просто железо (элемент), смешанное с углеродом. Это соотношение обычно составляет около 99% железа и 1% углерода, хотя это соотношение может немного варьироваться.

Забавный факт: В 2017 году во всем мире было произведено более 1,8 миллиарда тонн стали (половина из которых была произведена в Китае). Средний африканский слон весит около 5 тонн. Если бы вы поставили слонов друг на друга, чтобы сформировать действительно своеобразный мост на Луну (на самом деле это невозможно), он все равно не был бы таким тяжелым, как вес стали, которая производится каждый год.

На самом деле есть много разных видов стали. Вот обзор основных типов:

Углеродистая сталь

Это основная сталь, хороший углерод и железо, хотя могут быть добавлены некоторые другие очень небольшие количества других элементов.

Три основные категории: сталь с низким, средним и высоким содержанием углерода. Больше углерода означает тверже и прочнее. Меньше углерода означает дешевле, мягче и проще в производстве.

Углеродистая сталь чаще всего используется в качестве конструкционного строительного материала, простых механических компонентов и различных инструментов.

Легированная сталь

Думайте об этом как о генетически модифицированной стали. Легированная сталь производится путем добавления в смесь других элементов. Это изменяет свойства и, по сути, делает металл настраиваемым. Это чрезвычайно распространенный тип металла, потому что его, как правило, все еще очень дешево производить.

Общие легирующие элементы для стали включают марганец, ванадий, хром, никель и вольфрам. Каждый из этих элементов будет изменять свойства металла по-разному.

Например, легированная сталь может придать дополнительную прочность высокопроизводительным зубчатым колесам, повысить коррозионную стойкость и износостойкость медицинских имплантатов, а также увеличить величину давления, которое могут выдерживать трубопроводы. Его обычно считают рабочей лошадкой металлического мира.

Нержавеющая сталь

Технически это разновидность легированной стали, но существует так много типов в таких огромных количествах, что обычно она получает отдельную категорию. Это сталь, которая специально ориентирована на коррозионную стойкость.

По сути, это просто сталь с заметным содержанием хрома. Хром создает сверхтонкий барьер при коррозии, который замедляет ржавчину. Если соскоблить барьер, тут же образуется новый.

Вы часто увидите это на кухнях; ножи, столы, посуда, все, что соприкасается с едой.

Не очень забавный факт: То, что что-то сделано из нержавеющей стали, не означает, что оно не может ржаветь. Различные составы предотвратят ржавление в разной степени. Нержавеющая сталь, используемая в соленой воде, должна быть особенно устойчивой к коррозии, чтобы она не гнила. Но все типы нержавеющей стали будут ржаветь, если их не чистить и не ухаживать должным образом.

Если вы хотите узнать больше о нержавеющих сталях (и о том, как их идентифицировать), щелкните здесь для моего руководства.

Железо (кованое или литое)

Несмотря на то, что это очень старомодный металл (особенно распространенный в «железный век»), он по-прежнему находит множество современных применений.

Во-первых, это основной ингредиент стали. Но помимо этого, вот несколько других применений и объяснение того, почему используется железо:

• Кухонная посуда (например, сковороды) – пористая поверхность позволяет растительному маслу пригорать и создает естественную антипригарную поверхность
• Дровяные печи – Чугун имеет чрезвычайно высокую температуру плавления, поэтому печь может выдерживать высокие температуры
• Основания и рамы тяжелой техники – этот тяжелый металл снижает вибрацию и обеспечивает жесткость

Забавный факт: Железо — шестой по распространенности элемент во Вселенной.

Алюминий

Что касается металлов, то это действительно современный металл. Алюминий был впервые произведен в 1825 году, и с тех пор он стал основой для некоторых крупных достижений.

Например, из-за удивительного отношения прочности к весу этот металл в значительной степени отвечает за полет и доставку человека на Луну. Он легко формуется (податлив) и не ржавеет, что делает его идеальным для банок из-под газировки. И (возможно) самое главное, из него можно сделать очень тонкий лист, который можно использовать для барбекю из свежевыловленной рыбы до идеального увлажнения.

Хотя процесс производства алюминия немного сложнее, чем некоторых других металлов, на самом деле это чрезвычайно распространенный металл. Это самый распространенный цветной (не содержащий железа) металл на планете.

Пока не заржавеет, окислится. Железо на самом деле единственный металл, который «ржавеет» по определению. Алюминий подвергается коррозии при контакте с солью. Однако он будет , а не подвергаться коррозии при контакте с водой. Это делает алюминий действительно полезным для изготовления таких вещей, как пресноводные лодки.

Возможно, вы ежедневно взаимодействуете с алюминием чаще, чем думаете. Эта статья объяснит, почему.

Магний

Магний — действительно классный металл. Он весит примерно 2/3 веса алюминия и имеет сравнимую прочность. Из-за этого он становится все более и более распространенным.

Чаще всего это сплав. Это означает, что его смешивают с другими металлами и элементами, чтобы получить гибридный материал с особыми свойствами. Это также может упростить использование для производственных процессов.

Одним из самых популярных применений магния является автомобильная промышленность. Магний считается шагом вперед по сравнению с алюминием, когда речь идет о высокопрочном снижении веса, и он не астрономически дороже.

Некоторые места, где вы увидите магний на высокопроизводительном автомобиле, — это колесные диски, блоки цилиндров и картеры трансмиссии.

Однако у магния есть недостатки. По сравнению с алюминием он легче подвергается коррозии. Например, он будет подвергаться коррозии при контакте с водой, а алюминий — нет.

В целом он примерно в два раза дороже алюминия, но в целом с ним быстрее иметь дело в производстве.

Забавный факт: Магний легко воспламеняется и горит очень сильно. Металлическую стружку, опилки и порошок необходимо тщательно утилизировать, чтобы предотвратить взрыв.

Медь

Медь — еще один старомодный металл. Сегодня вы часто будете видеть его в виде сплава (подробнее об этом позже) или в достаточно чистом состоянии.

Общие области применения включают электронику, водопроводные трубы и гигантские статуи, символизирующие свободу. Медь образует патина или оксидированный слой, который фактически предотвратит дальнейшую коррозию. По сути, он станет зеленым и перестанет разъедать. Это может продлиться веками.

Статуя Свободы изготовлена ​​из меди и покрыта патиной или слоем оксида, благодаря которому она выглядит зеленовато-синей

Если вам нужна дополнительная информация о том, почему этот металл зеленеет, вы можете найти эту статью. Я написал, чтобы было интересно читать.

Латунь

Латунь на самом деле представляет собой сплав меди и цинка. Полученный желтый металл действительно полезен по ряду причин.

Его золотистый цвет делает его очень популярным для украшения. Обычно этот металл используется в антикварной мебели в качестве ручек и ручек.

Он также чрезвычайно податлив, что означает, что его можно выковывать и формовать. Вот почему это то, что используется для духовых инструментов , таких как тубы, трубы и тромбоны. Им легко придать форму (условно говоря), и они долговечны. Латунь

также является отличным материалом для подшипников, так как она хорошо скользит по другим металлам.

Еще одно действительно классное свойство латуни заключается в том, что она никогда не воспламеняется. Например, стальной молоток может дать искру, если ударить по нему определенным образом. Медный молоток этого не делает. Это означает, что латунные инструменты отлично подходят для областей, которые могут находиться рядом с легковоспламеняющимися газами, жидкостями или порошками.

Бронза

Изготовлен в основном из меди, но также содержит около 12% олова. В результате получается металл, который тверже и прочнее, чем обычная медь.

Бронза также может быть сплавом с другими элементами. Например, алюминий, никель, цинк и марганец являются обычными легирующими элементами. Каждый из них может очень заметно изменить металл.

Бронза имеет огромное историческое значение (например, в бронзовом веке), и ее легко найти. Одним из распространенных мест, где его можно увидеть, являются массивные церковные колокола. Бронза жесткая и прочная, поэтому она не трескается и не гнется, как другие металлы, когда по ней звенят. Это также звучит лучше.

Современное использование включает скульптуры и предметы искусства, пружины и подшипники, а также гитарные струны.

Забавный факт: Бронза была первым искусственным сплавом.

Цинк

Это интересный металл из-за его полезности.

Сам по себе он имеет довольно низкую температуру плавления, что облегчает его литье. Материал легко течет при плавлении, и полученные куски относительно прочны. Его также очень легко расплавить, чтобы переработать.

Цинк — очень распространенный металл, который используется в покрытиях для защиты других металлов. Например, часто можно увидеть оцинкованную сталь, которая представляет собой просто сталь, погруженную в цинк. Это поможет предотвратить ржавление.

Забавный факт: Ежегодно производится около 12 миллионов тонн цинка, половина из которых используется для цинкования.

Титан

Это действительно удивительный современный металл. Впервые он был обнаружен в 1791 году, впервые создан в чистом виде в 1910 году и впервые изготовлен за пределами лаборатории в 1932 году.

Титан на самом деле очень распространен (7-й по распространенности металл на Земле), но его очень трудно очистить. Вот почему этот металл такой дорогой. Это также очень полезно:

• Титан биосовместим, а это значит, что ваше тело не будет сопротивляться и отвергать его. Медицинские имплантаты обычно изготавливаются из титана.
• Его отношение прочности к весу выше, чем у любого другого металла. Это делает его чрезвычайно ценным для всего, что летает.
• Действительно устойчив к коррозии
• Нитрид титана (титан, прореагировавший с азотом в высокоэнергетическом вакууме) — это невероятно твердое покрытие с низким коэффициентом трения, которое наносится на металлорежущие инструменты.

Забавный факт: Причина, по которой титан устойчив к коррозии, заключается в том, что он мгновенно вступает в реакцию с кислородом, создавая очень тонкий и прочный барьер, защищающий металл. Если соскоблить преграду, мгновенно образуется новая. Это как самолечение.

Дополнительный забавный факт: Титан не встречается в природе сам по себе. Он всегда связан с другим элементом.

Вольфрам

Вольфрам имеет самую высокую температуру плавления и самую высокую прочность на растяжение среди всех чистых металлов. Это делает его чрезвычайно полезным.

Около половины всего вольфрама используется для производства карбида вольфрама. Это безумно твердый материал, который используется для режущих инструментов (для добычи полезных ископаемых и металлообработки), абразивов и тяжелого оборудования. Он может легко резать титан и жаропрочные сплавы.

Свое название он получил от шведских слов « tung sten », что означает «тяжелый камень». Это примерно в 1,7 раза больше плотности свинца.

Вольфрам также является популярным легирующим элементом. Поскольку его температура плавления очень высока, его часто сплавляют с другими элементами, чтобы делать такие вещи, как сопла ракет, которые должны выдерживать экстремальные температуры.

Адамантий

Это не реально.

К сожалению.

Никель

Никель — очень распространенный элемент, который используется повсеместно. Его наиболее распространенное применение — изготовление нержавеющей стали, где он повышает прочность металла и коррозионную стойкость. Фактически, почти 70% мирового никеля используется для производства нержавеющей стали.

Интересно, что никель составляет только 25% состава пятицентовой американской монеты.

Никель также является распространенным металлом, используемым для покрытия и легирования. Его можно использовать для покрытия лабораторного и химического оборудования, а также всего, что должно иметь действительно гладкую полированную поверхность.

Забавный факт: Никель получил свое название из средневекового немецкого фольклора. Никелевая руда очень похожа на медную, но когда старые горняки не могли получить из нее медь, они винили в этом озорного духа по имени Никель.

Кобальт

Это металл, который долгое время использовался для изготовления синего пигмента в красках и красителях. Сегодня он в основном используется для изготовления износостойких высокопрочных стальных сплавов.

Кобальт очень редко добывается сам по себе, на самом деле это побочный продукт производства меди и никеля.

Олово

Олово очень мягкое и податливое. Он используется в качестве легирующего элемента для изготовления таких вещей, как бронза (1/8 олова и 7/8 меди). Это также основной ингредиент олова (85-99%).

Забавный факт: Когда вы сгибаете оловянный брусок, вы можете услышать нечто, называемое «жестяным плачем». Это гнусавый звук реорганизации кристаллической структуры (называемый двойникованием ).

Свинец

Свинец действительно мягкий и податливый, а также очень плотный и тяжелый. У него тоже очень низкая температура плавления.

В 1800-х годах было обнаружено, что свинец на самом деле довольно токсичен. Вот почему в наше время он не так распространен, хотя не так давно его все еще можно было найти в таких вещах, как краски и пули.

Свинец — это нейротоксин, который, среди прочего, может вызвать повреждение головного мозга и поведенческие проблемы.

Тем не менее, у него все еще есть современное применение.