Черные металлы являются основным компонентом производства большей части промышленных изделий и конструкций.
Каждая группа получила разделение — чермет и цветмет. Они обладают своими особенностями применения. Не существует металла, который имеет в совокупности максимальный набор физических качеств.
Всегда найдется особенность, при которой эксплуатация может быть нерентабельной. А в другом направлении — наоборот. Например, свинец инертен к воде, но имеет плохие свойства — тяжелый и мягкий. В строительстве невозможно построить балку или опору из свинца. Конструкция очень быстро получит деформацию. Тяжесть также играет свою роль — проседание и удельное давление на грунт.
В чем разница, какие есть интересные факты использования металлов? — подробно рассмотрим в настоящей статье.
Для каждой группы мы определим интересный факт использования, преимущества и недостатки.
Черные металлы: виды
Черные металлы называют так благодаря железу. Реакция окисления приводит к потемнению поверхности. Это еще одна причина, почему такие металлы называют «черными». К характерным свойствам этой группы можно отнести блеск, хорошую теплопроводность и прочность.
Основная группа — сталь и чугун. Благодаря высокой прочности и жесткости используются в первую очередь в машиностроении.
Добыча металлов выполняется открытым способом — из карьеров.
Сталь
Сталь — один из самых популярных материалов в промышленности (сплав железа и углерода). Можно регулировать свойства, добавляя легирующие добавки.
Например, углеродистая сталь прочная, но отличается низкой устойчивостью к коррозии. Нержавейка благодаря наличию хрома и никеля устойчива к окислению и ржавчине.
В строительстве используется для возведения каркасов зданий, мостов, железнодорожных путей. В машиностроении — для производства автомобилей, судов, самолетов и другой техники. Хорошая ковкость стали позволяет создавать сложные элементы.
Типы стали:
- Углеродистая сталь: Основной сплав с содержанием углерода от 0,05% до 2%. Чем выше содержание углерода, тем сталь прочнее. Но при этом снижается её пластичность.
- Легированная сталь: Дополнительное легирование повышает прочность и долговечность (в составе марганец, хром и т.д.). Броня — высоколегированная сталь, способная выдерживать сильный динамический удар. Соответственно, себестоимость производства выше в сравнении с гражданским назначением.
- Нержавеющая сталь: Содержит хром (не менее 10,5%) и никель. Используется в пищевой промышленности, медицине, строительстве, химической отрасли и других сферах, где важна стойкость к агрессивным средам.
Сталь может быть вторично переработана. При производстве одной тонны можно получить экономию до 1,4 тонны руды и 750 кг угля. Немногие знают, но переработка стали — один из самых экологичных процессов.
Для производства всех видов стали установлены стандарты ГОСТа, что обеспечивает прогнозируемую прочность и характеристики.
Чугун
Чугун — содержание углерода в сплаве железа превышает 2%. Углерод увеличивает хрупкость, но при этом значительно повышает прочность и стойкость к деформации. У чугуна есть другое преимущество — высокая теплоемкость и коррозионная стойкость. Материал инертен к другим веществам. Чугунные радиаторы самые прочные и долговечные.
Типы чугуна:
- Серый чугун: Самый распространенный тип. Содержит графит. Используется для изготовления литых изделий, таких как корпуса машин и станков.
- Ковкий чугун: Имеет высокие данные по прочности и пластичности. Лучший компонент для производства деталей, которые подвергаются высокой динамической нагрузке. Например, молотов, отбойных механизмов и т.д.
- Высокопрочный чугун: Характеризуется включениями сферического графита. Прочность стали плюс отличные литейные свойства. Незаменим для проектирования всех типов двигателей. Хорошо выдерживает критические температуры и динамическое воздействие поршней.
Ферросплавы
Применяются в производстве стали и чугуна для улучшения их свойств. Например, хром придаёт устойчивость к коррозии.
Основные виды:
- Феррохром: Твердость и устойчивости к коррозии. Применяется для производства нержавеющей стали.
- Ферромарганец: Используется как присадка в углеродистую сталь для повышения ее прочности и износостойкости.
- Ферротитан: Применяется для производства специальных сталей с высокой жаропрочностью.
Магнитные свойства сплавов для электротехники показывают дополнительный спрос в производстве.
Цветные металлы: состав и свойства
Цветных металлы — это металлы, не содержащие в своём составе железо.
Их особенности включают стойкость к коррозии, низкую плотность и высокую теплопроводность. Незаменимы в высокотехнологичных отраслях промышленности. Например, в авиастроении. Доля алюминия в удельном весе незаправленного самолета может составлять 80%.
Алюминий
Не теряет своих качеств при контакте с водой.Производство материала выгодно не только благодаря его прочности и легкости.
Более 75% алюминия, когда-либо произведённого, до сих пор находится в обороте благодаря способности материала к повторной утилизации. Это один из самых экологически устойчивых металлов.
Медь
Медь — это один из древнейших металлов, который человечество начало использовать ещё в бронзовом веке. Незаменима для производства электрических проводов, кабелей и теплообменников. Используется в солнечных панелях для эффективного проведения электричества.
Никель
Применяется для создания покрытий, защищающих сталь и другие металлы от коррозии.
Основные сферы использования никеля:
- Производство нержавеющей стали: добавление никеля в состав стали увеличивает её коррозионную стойкость и прочность.
- Электроника: используется для производства аккумуляторов, монет, электронных компонентов и деталей для высокотехнологичных устройств (в том числе детали двигателей и турбин).
- Жаропрочные сплавы. Никелевые сплавы применяются для создания деталей двигателей, турбин и реакторов.
Титан
Титан — лёгкий и особо прочный металл. Относятся к типу применения в космической промышленности, а также в медицине для создания биосовместимых имплантатов (организм не отторгает части материала). Для авиации это отличный выбор, но алюминий дешевле. Производство авиалайнера из титана практически никогда не окупит себя.
Свинец
В фильмах про аварию на ЧАЭС часто можно увидеть распространенные сцены, где машины (и люди) обшивают себя пластинами из свинца. Оставляя огромные прорези и щели, неужели радиация неспособна проникнуть между ними? Свинец имеет высокую плотность, благодаря чему эффективно поглощает и блокирует ионизирующее излучение. При этом не нужно обеспечивать значительную толщину для барьера.
Резюмируем — основные отличия чермета и цветмета
У черных металлов есть ключевое преимущество и недостаток. Это прочный материал, открывающий номенклатуру производства в строительстве и машиностроении. Но в сравнении с цветными металлами он подвержен коррозии. Факторы, влияющие на это, — вода и воздух. Возможна защита и использование специальных присадок, например цинка, но такая мера увеличивает себестоимость производства. Чугун является наиболее прочным и устойчивым к образованию ржавчины, но имеет минус — недостаточно пластичен и хрупок.
Цветные металлы, напротив, обладают лучшими свойствами против ржавчины благодаря защитным окисным слоям. Они легче, но дороже в производстве.
Цветные металлы обладают лучшей теплопроводностью и электропроводностью. Для электроники это лучший компонент (медь занимает первое место как проводник электричества). Алюминий используется в радиаторах и конденсаторах благодаря высокой теплопроводности и легкости.
Сравнение в переработке черных и цветных металлов
Утилизация металлов также различаются в зависимости от их типа. Черные металлы относительно легко перерабатываются. Особенно сталь, которая подвергается плавлению и повторному использованию. Одним из преимуществ черных металлов является их широкая доступность и возможность многократного цикла использования. Без существенной потери качества материала.
Цветные металлы перерабатываются сложнее. Например, алюминий требует тщательной очистки перед повторной плавкой, чтобы избежать загрязнений. Благодаря низкой температуре плавления алюминий легко перерабатывается и сохраняет свои свойства. Титан, из-за своих уникальных свойств, перерабатывается сложнее и требует более сложных технологических процессов. Обработка цветных металлов часто требует специального оборудования и технологий. Причина — особые свойства и более низкая температура плавления.