Черные и цветные металлы: виды сплавов, применение, различия и особенности

Что такое черный металл

Черные металлы включают металлы и сплавы, содержащие железо. Для улучшения свойств изделий в стальные сплавы могут добавляться другие виды металлов, а также углерод и другие добавки. К характерным свойствам черных металлов относятся:

• высокая прочность;
• высокая твердость;
• устойчивость к механическим воздействиям.

Черные металлы имеют относительно низкую стоимость, могут обрабатываться ковкой и сваркой.

Классификация цветных металлов

В зависимости от физических свойств и назначения их делят на следующие группы:

• Легкие цветные металлы. Список этой группы велик: в него входят кальций, стронций, цезий, калий и литий. А вот в металлургической промышленности чаще всего используют алюминий, титан и магний.
• Тяжелые металлы очень популярны. Это известные цинк и олово, медь и свинец, а также никель.
• Драгоценные металлы, такие как платина, рутений, палладий, осмий, родий. Золото и серебро широко используются для изготовления украшений.
• Редкоземельные металлы — селен и цирконий, германий и лантан, неодим, тербий, самарий и другие.
• Тугоплавкие металлы — ванадий и вольфрам, тантал и молибден, хром и марганец.
• Мелкие металлы, такие как висмут, кобальт, мышьяк, кадмий, ртуть.
• Сплавы — латунь и бронза.

Виды и сплавы черных металлов

Основными видами черных металлов являются сталь и чугун. Сталь — это металл, содержащий до 99 % железа и от 0,2 до 2 % углерода. Также допустимо добавление в сплав других типов металлов, которые улучшают такие свойства, как плавкость, прочность, коррозионная стойкость и так далее

Другой тип обычного черного металла — чугун. Этот материал отличается от стали высоким содержанием углерода (от 3 до 5%). Чугун обладает следующими свойствами:

• повышенная прочность и долговечность;
• отличные литейные свойства;
• возможность повторного использования;
• относительно невысокая стоимость.

Из недостатков чугуна отмечают лишь высокую хрупкость, которая появляется из-за высокого содержания углерода.

К черным металлам также относятся:

• ферросплавный (в состав металла входят железо, кремний, хром, марганец, титан и другие элементы);
• чугун (металл получают по технологии плавки чугуна в литейной печи);
• железоуглеродистый сплав.

Основные свойства цветных металлов и сплавов из алюминия

Алюминий — серебристо-белый металл с низкой плотностью. Он плавится при 660°С и обладает высокой степенью ковкости. Чистый алюминий в производстве практически не используется, так как он очень пластичен и недостаточно прочен. Для улучшения механических свойств в него добавляют различные примеси:

• Магний – повышает прочность и предел текучести алюминия;
• Марганец – делает металл более прочным и устойчивым к коррозии;
• Медь – улучшает механические свойства и термическую стабильность алюминиевых изделий;
• Кремний – повышает износостойкость и литейные качества сплава, степень его текучести;
• Цинк – защищает металлический сплав от коррозии.

Алюминий используется для изготовления токопроводов, листового материала для горячей и холодной штамповки. Сплавы с добавлением меди и магния применяются при производстве обшивки самолетов, лопастей винтов, из них создаются изделия, выдерживающие высокие нагрузки, кованые и штампованные детали сложной конфигурации. Подробнее ознакомиться с продукцией вы можете в разделе алюминиевый прокат

Виды и применение цветных алюминиевых сплавов:

• Кованые – алюминиевые сплавы, для упрочнения которых используется термическая обработка. Из них изготавливают рамы и балки для самолетов, заклепочные соединения, фасонные профили, трубы, пластины и шкивы.
• К наиболее распространенным вариантам такого сплава можно отнести литейно — силуминер. Это металлы, которые помимо самого алюминия содержат до 10% кремния. Силуминеры используются для изготовления смесителей, посуды и других предметов быта. Из них изготавливают пневматические винтовки, скульптуры и оборудование, детали для машинных двигателей

Основными свойствами литейных алюминиевых сплавов являются прочность, малый вес и высокие литейные свойства.

Читайте также: Аффинаж золота, пошаговая инструкция всего процесса

Сферы применения черных металлов

Как уже упоминалось, черные металлы отличаются высокой прочностью и низкой ценой. Материал имеет широкий спектр применения. В зависимости от вида черный металл используется в машиностроении, в авиастроении, в судостроении и других областях. Конструктивную арматуру, каркасы зданий и сооружений, инструменты и детали изготавливают из черных металлов. Так как черные металлы хорошо проводят электричество и обладают высокой теплопроводностью, изделия из черных металлов используются в электронике, климатической технике и т.д. Также следует выделить следующие сферы применения:

• приготовление блюд;
• изготовление декоративных элементов;
• производство мебельных каркасов и так далее.

Широкая область применения черных металлов обусловлена ​​тем, что с помощью различных добавок можно улучшить технические свойства получаемого материала. Таким образом, нержавеющая сталь, инструментальная сталь повышенной прочности, материалы пригодные для эксплуатации в неблагоприятных климатических условиях, для использования в агрессивных средах и т.д.

Что такое цветной металл

Все металлы называются цветными металлами, за исключением железа, хрома и марганца. Наиболее распространенными видами цветных металлов являются алюминий, медь, свинец, цинк и их сплавы. К основным свойствам цветных металлов относятся:

• устойчивость к коррозии;
• высокая электропроводность;
• высокая пластичность;
• гибкость;
• низкий удельный вес (по сравнению с черными металлами).

Свойства цветных металлов и сплавов могут широко варьироваться в зависимости от состава сплава.

Чем отличаются чёрные металлы от цветных

Приведенный выше список является исчерпывающим для магнитных химических элементов (черных металлов). Если составить сводный список цветных и черных металлов, то он будет включать в себя 78 химических элементов таблицы Менделеева. При этом три вида черных металлов, за исключением железа, по определенным свойствам одновременно относят к цветным. Они делятся на виды:

• тяжелые – медь, цинк, свинец, олово, сюда же относится и никель;
• легкие – алюминий, титан, магний и другие (всего 12 элементов);
• тугоплавкие – марганец, вольфрам, молибден, хром и другие (всего 8 элементов);
• благородные и так далее (всего 8 групп цветных металлов).

Гораздо сложнее перечислить все, что связано с черными металлами с технической точки зрения. Общее количество марок стали и чугуна насчитывает несколько сотен изделий. В то же время некоторые из них не обладают магнитными свойствами, что позволяет отнести такие сплавы одновременно к черным и цветным металлам по сочетанию функций.

Виды и сплавы цветных металлов

Существует огромное количество цветных металлов. К основным типам, наиболее часто используемым в различных отраслях промышленности, относятся:

• тяжелые металлы (свинец, цинк, медь);
• легкие металлы (алюминий, литий, титан);
• тугоплавкие (ванадий, вольфрам);
• драгоценные (золото и серебро);
• радиоактивные (уран, радий).

Каждый из видов цветных металлов обладает уникальными свойствами, определяющими область применения материала.

Сталь – это чёрный или цветной металл?

Вопрос о принадлежности стали к черным или цветным металлам следует рассматривать исходя из классификации углеродистых сплавов, которая предусмотрена многими ГОСТами.

Согласно различным нормативным документам сталь подразделяют на следующие виды черных металлов:

• низкоуглеродистые, углеродистые и высокоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 0,25; 0,25–0,6 и выше 0,6 соответственно;
• низколегированные, среднелегированные и высоколегированные марки сплавов с контролируемым содержанием легирующих добавок до 2,5; от 2,5 до 10 и выше 10 соответственно;
• конструкционные, инструментальные, быстрорежущие, коррозионно-стойкие, жаропрочные и другие виды стали различного назначения.

Из всего широкого спектра марок стали только семь элементов составляют группу немагнитных сплавов. Напоминаем, что отсутствие магнитных свойств – главная особенность цветных металлов. В то же время железо входит в состав немагнитных марок стали, что является одной из определяющих характеристик черных металлов.

Учитывая небольшое количество немагнитных сталей, их можно считать исключением из общего правила с неопределенным статусом. С обыденной точки зрения принято считать, что черные металлы — это сплавы, подверженные коррозии от атмосферных воздействий. Хотя высоколегированные сплавы тоже могут ржаветь.

Титан – цветной металл или чёрный?

Титан используется в производстве высокопрочных и жаропрочных сплавов, а также в качестве легирующей добавки к углеродистым маркам стали. В титановых сплавах содержание титана колеблется от 85 до 99,5 %. Наиболее важными добавками в них являются алюминий, ванадий, молибден, марганец, цирконий. Титан входит в группу легких цветных металлов наряду с алюминием и другими химическими элементами.

Сплавы на основе титана также безоговорочно относятся к цветным металлам. Их применяют для литья и производства широкого спектра металлопродукции: листового проката, труб, профилей, фольги, поковок, штампованных заготовок и т д. Небольшие добавки титана в углеродистую сталь придают сплавам повышенную прочность и другие особые свойства.

Свинец – цветной или чёрный металл?

Свинец входит в группу тяжелых цветных металлов. В настоящее время его применение в чистом виде крайне ограничено. Примеры включают устройство радиационной защиты для радиоактивных объектов, производство пуль. Но он широко используется в виде различных сплавов в производстве взрывчатых веществ, аккумуляторов, красителей и других продуктов.

Чугун – это чёрный или цветной металл?

Напоминаем, что основным отличием черных металлов от цветных является наличие или отсутствие магнитных свойств. Существует несколько марок немагнитного чугуна, легированного никелем, марганцем, кремнием и хромом. Весь ассортимент чугуна подразделяется на белый, серый, высокопрочный ковкий сплав и сталеплавильный. Абсолютное большинство из них — чугуны с магнитными свойствами.

Чугун используют в литейном производстве, а для последующей выплавки стали используют только чугун. В основном чугун — это черный металл, но немагнитные сплавы имеют двойственную природу, а значит, их можно отнести к обеим группам металлов. Кстати, некоторые марки легированного чугуна также подвержены коррозии под атмосферным воздействием.

Алюминий – это цветной или чёрный металл

Алюминий – самый распространенный цветной металл. По содержанию в земной коре он в 3,5 раза превышает железо. Чистый алюминий и сплавы на его основе широко используются в производстве самых разнообразных изделий. По основному составу выделяют восемь систем алюминиевых сплавов:

• алюминий-медь-марганец;
• алюминиево-магниевый;
• алюминий-цинк-магний и так далее

Все без исключения алюминиевые сплавы также относятся к группе цветных металлов. Кроме того, алюминий широко используется для легирования углеродистых сплавов (стали и чугуна) для придания им особых свойств. Это также относится к большинству других цветных сплавов.

Цинк – цветной или чёрный металл

Цинк входит в группу тяжелых цветных металлов. Применяется, в том числе, в производстве цветных сплавов, антифрикционных изделий, анодов и для антикоррозионной защиты изделий из черных металлов.

Медь – цветной металл или чёрный

Медь не входит в список 18 химических элементов, составляющих 99,8 % массы земной коры, так как относится к группе тяжелых цветных металлов. В чистом виде медь используется для производства различных видов медных изделий общего назначения, электротехнических изделий и других целей.

Медь является основным материалом в производстве бронзы и латунных сплавов. Он также является одним из наиболее важных легирующих элементов в углеродистой стали. Медь также широко используется в производстве цветных сплавов на основе алюминия и других цветных металлов, где она составляет меньшую долю в массе готовых изделий.

Медь и сплавы на ее основе все без исключения относятся к группе цветных металлов. У них нет магнитных свойств. Как легирующий элемент его можно включать в состав черных металлов (углеродистых сплавов) для придания им особых свойств. Но в этом случае его нельзя считать отдельным видом металла.

Латунь – цветной или чёрный металл?

Латунь, наряду с бронзой, является одним из основных видов цветных сплавов на основе меди. Ассортимент изделий из латуни и бронзы практически идентичен. Оно включает:

• металл, лента, фольга;
• трубы и трубки;
• проволока, прутья;
• кастинг и так далее

Латунь и бронза по прочности превосходят медь, но в отличие от нее не используются для легирования углеродом и другими цветными сплавами. Отдельного внимания заслуживают медно-никелевые сплавы, которые также относятся к цветным металлам.

Никель – цветной металл или чёрный?

Физически никель — это черный металл. Однако с технической точки зрения он относится к цветным металлам. Наряду с хромом, ванадием, молибденом, марганцем никель входит в пятерку лучших легирующих элементов при массовом применении. Кроме того, он используется для производства широкого спектра сплавов, где он является основным или второстепенным элементом в массовой доле.

К ним относятся сплавы, выпускаемые по ГОСТ 492-73 и ГОСТ 19241-2016. Среди них мельхиор, хромель, константан, манганин и другие ценные сплавы, отличающиеся очень высокой коррозионной стойкостью. Значительное содержание никеля и хрома в углеродистых сплавах также придает им стойкость ко всем видам коррозии, в том числе в результате атмосферных и агрессивных воздействий.

Никель вместе с другими легирующими элементами придает углеродным сплавам заданные особые свойства. Среди них теплостойкость и термостойкость, повышенная механическая прочность, устойчивость к различным видам агрессивных сред и так далее. Учитывая высокую ценность высоколегированных сплавов, в том числе обладающих магнитными свойствами, их справедливо относят к цветным металлам.

Магний

Этого цветного металла в земной коре около 2%.

Известно около 60 руд, содержащих магний, но для промышленного производства используют:

• доломит;
• магнезит;
• брусит;
• карналлит;
• морская вода.

В каждой стране есть запасы магния. Магнезит встречается в США, Испании, Австралии, Канаде, Югославии, Греции. Карналлит используется в странах СНГ.

Огромные запасы магния обнаружены в водах залива Кара-Богаз-Гол.

Кобальт

В природе мало кобальтсодержащих руд, особенно пригодных для промышленного использования. Среди них кобальт, штуттерудит, линнеит, шмальтин, эритрин.

По минеральному и химическому составу кобальтовые руды делятся на сульфидные, арсенидные, оксидные. В основном все руды сложные, фактически кобальт встречается только среди мышьяковых (арсенидных) руд.

За рубежом кобальтоносные месторождения расположены в Канаде, Финляндии, Австралии и Африке.

В России — на Урале, в Красноярском крае, на Кольском полуострове.

Основными добытчиками кобальта являются Заир и Замбия.

Олово

Наиболее важными минералами для добычи олова являются касситерит и станнин. Половина производства олова приходится на месторождения Юго-Восточной Азии. Подробнее о жести читайте здесь

Китай немного отстает, за ним следуют Индонезия, Малайзия, Бразилия, Россия.

Молибден

Основным рудным минералом для молибдена является молибденит. В природе «дружит» с сульфидами меди и касситеритом.

В добыче металлов лидируют США, за ними следуют Чили и Китай, а Канада находится на третьем месте.

Есть молибденовые руды и в России, в Забайкалье, на Северном Кавказе, на юге Западной Сибири.

Вольфрам

Основными рудами для вольфрама являются вольфрамит и шеелит.

Китаю повезло, у него более 40% мировых запасов вольфрама. Россия не отстает, у нас есть шеелит на Кавказе, в Забайкалье, на Чукотке.

Имеются месторождения в Германии, Канаде, Турции, США.

Висмут

Это самородный висмут. В Боливии и Австралии его добывают вместе с висмутом. Об этом подробнее здесь.

Боливия — единственная страна, где металл добывается непосредственно из висмутовой руды. Висмут в основном добывают из полиметаллических руд.

Мировые лидеры по запасам:

• Перу;
• Мексика;
• Китай;
• Австралия;
• Канада.

Месторождения висмутовой руды редки и имеют небольшие масштабы.

Сурьма

Основным источником сурьмы является антимонит. Кроме того, рудами на сурьму могут служить бертьерит, джемсонит, живая порода, стибиконит.

В Австралии, России и Китае есть залежи антимонита, другие страны могут только облизнуться от такого богатства. Среди завистников США, Китай, ЮАР. Имеются полиметаллические месторождения.

Ртуть

Киноварь — единственный минерал, из которого можно извлечь ртуть высокого качества.

Основные производители жидкого металла:

• Испания;
• Китай;
• Алжир;
• Мексика.

Россия имеет небольшие запасы корицы на Чукотке, Алтае, Камчатке.

У Америки с этим еще хуже — маленькая шахта в Неваде.

А вот на юге Испании известно, что ртуть добывают уже почти две тысячи лет.

Сферы применения цветных металлов

Как уже упоминалось, степень цветных металлов зависит от их типа. Наиболее часто в промышленности используются следующие виды цветных металлов:

• Медь. Этот металл обладает высокой электропроводностью и теплоемкостью. Медь не подвержена коррозии; со временем на поверхности образуется оксидная пленка, которая служит дополнительной защитой от негативного воздействия окружающей среды. Медь используется в электроприборах, для производства элементов трубопроводов, для производства труб, водостоков, в производстве декоративных элементов и украшений.
• Латунь. Этот металл представляет собой сплав меди и цинка. Материал имеет привлекательный внешний вид с характерным золотистым блеском. Латунь используется в ювелирном деле, для изготовления декоративных элементов. Материал отличается повышенной стойкостью к негативным воздействиям окружающей среды, долговечностью и прочностью. Сантехнические детали, элементы трубопроводов, втулки, переходники, элементы системы охлаждения двигателя и т д изготавливаются из металла
• Алюминий. Этот металл отличается малым весом, что позволяет использовать алюминиевые элементы в авиастроении, судостроении и ракетостроении. Алюминиевые сплавы с повышенной прочностью подходят для изготовления строительных конструкций. Такое решение позволяет облегчить общий вес конструкции и снизить нагрузку на фундамент. Алюминий используется для производства климатических блоков, декоративных элементов, для производства элементов трубопроводов и др. алюминий активно используется в пищевой промышленности. Из этого металла делают посуду, пищевую фольгу и так далее. Алюминий необходим для производства электротехнических устройств, металл используется в микроэлектронике.
• Вести. Свинец занимает четвертое место в производстве металлов после стали, чугуна и алюминия. Считается, что первым металлом, который люди начали обрабатывать, был свинец. Материал характеризуется достаточной мягкостью, низкой теплопроводностью и легко поддается обработке. Однако у свинца есть серьезный недостаток, этот металл токсичен, что существенно ограничивает область его применения. Сейчас свинец используют для защиты от радиации в атомной промышленности, в медицине, в научных учреждениях и так далее.
• Металл используется в автомобильной промышленности для производства аккумуляторов. Свинцовые детали используются в электронных и электрических приборах. Металл пригоден для производства различных взрывчатых смесей. В строительной отрасли свинец используется для производства бетона и цементных смесей.
• Цинк. Этот металл используется в чистом виде только в фармацевтике и медицине, этот металл обладает ярко выраженными антисептическими свойствами, способствует снятию раздражения и необходим для роста волос. Цинк используется для изготовления мазей, лечебных шампуней и других лекарств. В металлургической промышленности цинк добавляют в сплавы цветных и черных металлов для улучшения технических и эксплуатационных свойств. Цинк также используется в металлургии для извлечения драгоценных металлов. Кроме того, цинковые пластины используются в полиграфии для изготовления пластин для иллюстраций в печатных изданиях.
• Никель используется в медицине, особенно при изготовлении ортодонтических конструкций. Элемент необходим для изготовления жаропрочных сплавов, которые используются в ракетостроении. В автомобильной промышленности никель добавляют в сплавы железа с кадмием и цинком для изготовления аккумуляторов.
• Титан — легкий и прочный металл, который необходим для производства элементов и деталей в аэрокосмической отрасли, автомобилестроении, авиа- и судостроении. Титан активно используется в медицине для изготовления имплантатов и медицинских инструментов. Элементы трубопроводов и водостоков изготавливаются из титановых сплавов. Материал также активно используется в химической промышленности и в ювелирном деле.

Также стоит отметить драгоценные или драгоценные металлы: золото, платину, серебро. Эти материалы могут быть использованы в точных приборах, а также в ювелирном производстве.

Разница между черными и цветными металлами

Одно из различий между черными и цветными металлами заключается в их магнитных свойствах. Черные металлы являются ферромагнетиками, цветные – нет. Также можно выделить следующие свойства цветных металлов по сравнению с черными:

• Металлы не поддаются коррозии, устойчивы к негативным воздействиям окружающей среды. Со временем некоторые материалы покрываются оксидной пленкой (например, алюминий, медь или цинк). Однако такая пленка не влияет на работоспособность, кроме того, она служит дополнительной защитой от негативных факторов и повреждений.
• Все цветные металлы обладают высокими антифрикционными свойствами.
• Цветмет характеризуется высокой электропроводностью, высокой теплопроводностью, теплоемкостью.
• Все изделия из цветного металла плохо поддаются окраске.
• Из цветных металлов изготавливают сплавы, обладающие повышенной стойкостью к негативным воздействиям окружающей среды, экстремально низким или экстремально высоким температурам.

Кроме того, цветные металлы легче по весу. Также стоит отметить высокую стоимость цветных металлов по сравнению с черными, цена цветных металлов обусловлена ​​сложностью получения.