Черные и цветные металлы: различия и области применения

Когда речь заходит о металлах, что приходит вам на ум? Украшения, кастрюли и сковородки, сияющие металлическим блеском? Когда речь заходит о металле, мы не ассоциируем его с черным цветом, но "черный металл" - это действительно большая категория металлов!

Слово "черный" может легко привести людей к мысли, что черные металлы должны быть черными, а цветные - цветными. Исходя из этого, многие люди считают, что серебристо-белое железо, хром и серебристо-серый марганец не должны быть "черными" металлами.

Тогда почему железо, хром, марганец и их сплавы должны быть включены в категорию черных металлов?

Причина в следующем: в промышленности черными металлами принято называть железо, хром и марганец, включая сплавы этих трех металлов.

На самом деле, чистое железо и хром имеют серебристо-белый цвет, а марганец - серебристо-серый.

Поскольку поверхность стали обычно покрыта черным слоем оксида Fe3O4, а марганец и хром в основном используются для выплавки черной легированной стали, ее можно принять за "черный" металл.

Металл - это вещество обладающее блеском, хорошей проводимостью, теплопроводностью и механическими свойствами, а также положительным температурным коэффициентом сопротивления.

Как правило, люди делят металлы на черные и цветные в зависимости от их цвета, свойств и других характеристик.

К черным металлам в основном относят железо, хром, марганец и их сплавы, такие как сталь, чугун, ферросплавы и т.д.

Сталь и чугун - это сплавы на основе железа с углеродом в качестве основного дополнительного элемента, которые в совокупности называются железоуглеродистыми сплавами.

Чугун - это продукт, получаемый путем выплавки железной руды в доменной печи, который в основном используется для производства стали и литья.

Литейный чугун (жидкий, железоуглеродистый сплав с содержанием углерода более 2,11%) - может быть получен путем плавления чугуна в плавильной печи.

Ферросплав - это сплав, состоящий из железа и кремния, марганца, хрома, титана и других элементов. Является одним из видов сырья для производства стали и используется в качестве раскислителя и добавки легирующих элементов для производства стали.

Железоуглеродистый сплав - с содержанием углерода менее 2,11% называется сталью, а сталь получают путем плавки чугуна, в сталеплавильной печи в соответствии с определенным технологическим процессом.

Цветными металлы, собирательно обозначают все металлы, кроме железа, марганца и хрома.

В широком смысле к цветным металлам также относятся сплавы меди, олова, свинца, цинка, алюминия, латуни, бронзы, алюминиевых сплавов и подшипниковых сплавов.

Цветной сплав - это сплав, состоящий из цветного металла в качестве основы и одного или нескольких других элементов.

В промышленности также используются хром, никель, марганец, молибден, кобальт, ванадий, вольфрам, титан и другие металлы.

Эти металлы в основном используются в качестве добавок к сплавам для улучшения характеристик.

Вольфрам, титан, молибден и другие металлы в основном используются для производства твердых сплавов для режущих инструментов. Эти цветные металлы называются промышленными металлами.

Цветные металлы можно разделить на тяжелые металлы (такие как медь, свинец и цинк), легкие металлы (такие как алюминий и магний), драгоценные металлы (такие как золото, серебро и платина) и редкие металлы (такие как вольфрам, молибден, германий, литий, лантан и уран).

К цветным металлам относятся: алюминий, магний, калий, натрий, кальций, стронций, барий, медь, свинец, цинк, олово, кобальт, никель, сурьма, ртуть, кадмий, висмут, золото, серебро, платина, рутений, родий, палладий, осмий, иридий, бериллий, литий, рубидий, цезий, титан, цирконий, гафний, ванадий, ниобий, тантал, вольфрам, молибден, галлий, индий, таллий, германий, рений, лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций, скандий, иттрий, торий.

Прочность, твердость и сопротивление цветных сплавов обычно выше, чем у чистых металлов, температурный коэффициент сопротивления меньше, и они обладают хорошими комплексными механическими свойствами.

К распространенным цветным сплавам относятся алюминиевый сплав, медный сплав, магниевый сплав, никелевый сплав, сплав олова, танталовый сплав, титановый сплав, цинковый сплав, молибденовый сплав, циркониевый сплав и др.

Современные цветные металлы и их сплавы стали незаменимыми конструкционными и функциональными материалами в машиностроении, строительстве, электронной промышленности, аэрокосмической отрасли, использовании атомной энергии и других областях.

В практическом применении цветные металлы обычно делятся на 5 категорий:

Легкие металлы

Плотность менее 4500 кг/м3 (0,53-4,5 г/см3), такие как алюминий, магний, калий, натрий, кальций, стронций, барий и т.д.

Тяжелые металлы

Плотность более 4500 кг/м3 (4,5 г/см3), такие как медь, никель, кобальт, свинец, цинк, олово, сурьма, висмут, кадмий, ртуть и т.д.

Благородные металлы

Дороже обычных металлов, распространенность в земной коре низкая, очистка затруднена, химические свойства стабильны, например, золото, серебро и металлы платиновой группы.

Полуметаллы

Полуметаллы — вещества, занимающие по электрическим свойствам промежуточное положение между металлами и полупроводниками. К полуметаллам относятся кремний, селен, теллур, мышьяк, бор и т.д.

Редкие металлы

• Включают редкие легкие металлы, такие как литий, рубидий, цезий и т.д;
• Редкие и тугоплавкие металлы, такие как титан, цирконий, молибден, вольфрам и т.д;
• Редкие рассеяные металлы, такие как галлий, индий, германий и т.д;
• Редкоземельные металлы, такие как скандий, иттрий и лантаноиды;
• Радиоактивные металлы, такие как радий, франций, полоний, а также уран и торий, относящиеся к элементам серии А.

На первый взгляд, разница между черными и цветными металлами проста. Черные металлы содержат железо, а цветные – нет, однако, есть и другие различия. Различные составы и области применения черных и цветных металлов сильно различаются.

Черный металл залог долговечности:

Железо и многие виды стали являются распространенными примерами черных металлов.

Благодаря прочности этих композитов, черные металлы часто используются в строительстве, трубопроводах и даже для создания инструментов.

Но то, что они прочные, не означает, что черные металлы не обладают жесткостью.

Cталь - это всего лишь смесь железа и углерода, но, изменив количество любого компонента или добавив несколько других, сталь можно превратить во что угодно - от толстых стальных балок, используемых в небоскребах, до блестящих отливок из нержавеющей стали.

Примеры черных металлов:

• Легкая сталь - для общих инженерных и архитектурных целей;
• Углеродистая сталь - для создания инструментов;
• Нержавеющая сталь - черный металл, который противостоит ржавчине благодаря наличию хрома;
• Чугун - для двигателей автомобилей, решеток и декоративных скульптур;
• Кованое железо - обычно используется для изготовления ворот и заборов.

Цветные металлы гарантируют гибкость:

Цветные металлы имеют неограниченное применение. Способность меди и алюминия проводить тепло и электричество. Несколько цветных металлов составляют основную часть компонентов большинства смартфонов.

Конечно, такие металлы, как золото и серебро, использовались в украшениях людей на протяжении тысячелетий.

Цветные металлы принципиально устойчивы к коррозии и магнетизму, что делает их очевидным выбором для применения во многих отраслях промышленности.

Примеры цветных металлов:

• Свинец - для труб, топлива, красок и аккумуляторов;
• Медь - для электропроводки, электроприборов и транспортных средств;
• Серебро - используется для изготовления ювелирных изделий, посуды, электрических контактов и зеркал;
• Алюминий - для транспортных средств, электроприборов, линий электропередач и упаковки продуктов питания;
• Латунь - для изготовления винтов, ламп, дверных ручек, арматуры для ванн и раковин;
• Золото - используется в медицине, для изготовления компьютеров, электроники и ювелирных изделий.

Основными различиями между черными и цветными металлами являются стоимость и доступность. Черные металлы богаты основными компонентами, их легко получить, и они обычно дешевы.

В то же время золото, серебро и другие цветные металлы встречаются редко. В сочетании с относительно широким использованием это, как правило, делает цветные металлы более дорогими. Поэтому появился термин "драгоценные металлы".

Лазерные оптоволоконные станки:

• Для черных металлов, таких как сталь, лазерные станки могут использоваться для резки, сварки, чистки а также поверхностной обработки. Черные металлы обычно имеют более высокий коэффициент поглощения лазерного излучения, что позволяет быстро и эффективно выполнять резку и сварку;
• При обработке цветных металлов, таких как алюминий или медь, необходимо учитывать их более низкий коэффициент поглощения лазерного излучения. Это может потребовать более высоких мощностей лазера или изменения параметров обработки для достижения желаемого результата.

Токарные станки с ЧПУ:

• При обработке цветных металлов на токарных станках с ЧПУ, необходимо учитывать их более мягкую структуру. Это может потребовать более острых и точных режущих инструментов, а также деликатной обработки для предотвращения деформации или повреждения детали.

Сверлильно-фрезерные станки:

• При обработке черных металлов, могут применяться специальные сверла и фрезы для металла;
• При обработке цветных металлов, могут использоваться более тонкие и острые инструменты для обеспечения точной и аккуратной обработки без деформации детали.

Листогибочные станки с ЧПУ:

• При использовании листогибочных станков с ЧПУ для гибки для черных металлов, таких как сталь или железо, могут быть установлены более прочные и износостойкие матрицы и пуансоны;
• При обработке цветных металлов, таких как алюминий или медь, на листогибочных станках с ЧПУ могут применяться более точные настройки для предотвращения деформации материала;

Металлы можно назвать проводниками развития человеческого общества, поскольку они сыграли ключевую роль в различных переходных периодах. Бронзовый и железный века, которые пришли на смену каменному веку, были отмечены применением металлических материалов.

За последний век научно-технический прогресс способствовал развитию новых материалов. Были разработаны и применены в производстве ковкий и легированный чугун, легированная, жаропрочная и нержавеющая сталь, никелевый и титановый сплав, а также цементированный карбид.

С совершенствованием базовой теории и технологии быстро развиваются новые металлические материалы.

К ним относятся высокотемпературные конструкционные материалы, такие как нанометаллы, высокоэнтропийные и монокристаллические сплавы, металлические матричные композиты и сплавы с памятью формы.

Все виды металлических материалов стали важной материальной основой для развития человеческого общества.

В настоящее время многие страны мира, соревнуются в развитии металлургии в том числе и цветной, и увеличении стратегических запасов металлов.

Можно сказать, что металлические материалы являются основными базовыми материалами и важными стратегическими материалами для национальной экономики, повседневной жизни людей, национальной оборонной промышленности, развития науки и техники.

Советуем вам прочитать статьи опубликованные в нашем блоге ранее: «‎24 вида стали, которые вы должны знать [Часть 1]»‎ и «‎40 интересных фактов о металлах»‎.

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!