Свойства металлов и сплавов черных

Обновлено: 27.04.2024

Химический состав сырья и материалов, используемых для производства непродовольственных товаров, имеет свои особенности.

Непродовольственные товары изготавливаются из минеральных материалов: стекло, керамика, металлы, минеральные вяжущие вещества; и органических материалов: пластмассы, древесина, резина, волокнистые вещества.

В промышленном материаловедении материалы делятся на металлически и неметаллические. Металлические материалы делятся н металлы черной металлургии (стали, чугуны, ферросплавы и сплавы на основе железа, легированные цветными металлами) и материалы цветной металлургии (алюминий, цинк, свинец, олово, никель и сплавы на их основе и благородные металлы).

Неметаллические материалы: стекло, керамика, древесина, волокнистые материалы и т.д. Часть материалов имеет природное происхождение: древесина, растительные и животные волокна, шкуры, песок, камень, глины. Часть искусственное: стекло, керамика. Часть синтетическое: пластмассы.

Металлические материалы

Используются для изготовления металлохозяйственных товаров, а это посуда, ножевые изделия, столовые приборы и принадлежности, приборы, облегчающие домашний труд, инструменты, садово-огородный инвентарь, и ювелирных товаров, строительных материалов (приборы для окон и дверей, крепежные изделия, конструкционные элементы), при производтве транспортных средств (велосипедов, мопедов, мотоциклов, автомобилей, лодок катеров).

Металлы – химические элементы, характеризующиеся в твердом состоянии внутренним кристаллическим строением. Они имеют характерный блеск, непрозрачны, при деформации пластичны, характеризуются теплопроводностью и электропроводностью.

Черные металлы и их сплавы.

Железо – один из наиболее распространенных в природе металлов. Технически чистое железо это серебристо-белый тугоплавкий пластичный металл с высокой прочностью. Процесс обработки железа от примесей достаточно дорогой, поэтому и производство товаров из железа не велико. Более распространены железоуглеродистые сплавы – стали и чугуны.

Стали – содержат углерода не более 2.14%, а чугуны – свыше.

Стали по химическому составу подразделяются на углеродистые и лигированные.

Углеродистые стали кроме углерода содержат в небольших количествах только неизбежные примеси – кремний, марганец, серу, фосфор.

В легированные стали входят, кроме этого, добавки цветных металлов: хрома, никеля, молибдена, ванадия, вольфрама и т.д. Химический состав существенно влияет на свойства стали и ее применение в производстве.

С увеличением концентрации углерода возрастают твердость и хрупкость стали. Поэтому практическое применение находят стали с содержанием углерода около 1.3%.

Кремний – повышает твердость и повышает упругие свойства металла. Включают в состав стали до 2%. Изготовляют рессоры, пружины для транспортных средств.

Марганец – увеличивает твердость и прочность стали, ее износостойкость. Изготавливают металлоинструмент – пилы.

Сера и фосфор – вредные примеси. Сера вызывает красноломкость (растрескивание металла при механической обработке в горячем состоянии), ухудшает пластичность и снижает коррозионную стойкость стали. Фосфор вызывает хладноломкость стали, т.е. растрескивание при механическом воздействии на сталь в холодном состоянии.

Хром – увеличивает твердость и износостойкость стали. При содержании хрома более 13% сталь приобретает стойкость к коррозии. Из такой сравнительно недорогой стали изготовляют ножи и столовые приборы.

Никель – упрочняет сталь, повышает ее ударную вязкость и снижает хладноломкость. При совместном введении в сталь хрома и никеля сплав приобретает жаропрочность и высокую коррозионную стойкость в кислой среде. Отсюда, хромоникелевые сплавы применяют для производства посуды и столовых приборов.

Молибден, ванадий и вольфрам – придают стали высокую твердость и красностойкость, даже при нагреве «докрасна». Используют для изготовления металлорежущих инструментов и резцов.

Углеродистые стали в зависимости от наличия углерода подразделяют на конструкционные (углерода не более 0,75%) и инструментальные (до 1.3%).

Конструкционные стали используют при изготовлении посуды, приборов для окон и дверей, крепежных изделий, нагревательных и осветительных приборов. Инструментальные стали применяются при изготовлении инструментов, ножей, ножниц и т.д. В зависимости от содержания вредных примесей (серы и фосфора) различают углеродистые стали обыкновенного качества, качественные и высококачественные.

Стали обыкновенного качества: содержание вредных примесей не ограничивается (группа А); или содержание каждого до 0,07% (группы Б и В).

Качественные - содержание каждого – не более 0,04%.

Высококачественные – содержание серы не более 0,02% и фосфора не более 0,03%.

Отрицательно влияет на свойства стали кислород. Он вызывает красноломкость, снижает пластичность и вязкость металла. Поэтому в процессе получения сталь раскисляют («отбирают» у железа кислород) добавками марганца, алюминия и кремния.

По степени раскисления сталь делят на: спокойную (сп) – она раскислена полностью; полуспокойную (пс) – раскислена меньше; кипящую (кп) – раскислена не полностью, при разливке она кипит (выделяет кислород).

Спокойная сталь – однородная, плотная, отличается высокими механическими свойствами. Полуспокойная сталь – занимает промежуточное положение между спокойной и кипящей. В кипящей стали много мелких раковин, которые снижают ее прочностные показатели, но выход металла больше, и он дешевле, а при прокатке мелкие раковины запаивают.

Кипящая сталь отличается пластичностью, содержит минимальное количество кремния и марганца, ее раскисляют только алюминием.

Изготовляют из кипящей стали методом штамповки: стальную посуду, корпуса бытовой газовой аппаратуры, холодильников и т.д.

А вот спокойную и полуспокойную сталь применяют там, где сплав при эксплуатации подвергается большим нагрузкам: инструменты, ножи, детали бытовых машин и т.д.

Легированные стали подразделяются по назначению на конструкционные, инструментальные и с особыми свойствами.

Конструкционные используются в производстве ответных деталей машин (совместимые друг с другом), когда требуется сочетание прочности, твердости, износостойкости и пластичности, вязкости.

Из легированных инструментальных сталей изготовляют такие металлообрабатывающие инструменты: сверла, ножовочные полотна, напильники, метчики, плашки (для нарезания резьбы).

К сталям с особыми свойствами относятся коррозионностойкие или нержавеющие, жаропрочные, износостойкие и т.д. Для товаров народного потребления из этой категории используют нержавеющие стали: посуда, ножи, столовые приборы, лезвия и т.д.

Чугун – вырабатывают выплавкой из железных руд в доменных печах.

По назначению чугуны подразделяются на передельные (из которых «переделывают» в сталь), литейные, высокопрочные, ковкие, легированные. Для производства товаров народного потребления: посуда, замки, мясорубки, печные приборы, радиаторы отопления – используют серый литейный чугун. Изделия из чугуна дешевле аналогичных из стали или цветных металлов, но очень хрупок. Этот недостаток необходимо учитывать при хранении, транспортировке и эксплуатации изделий из чугуна. СЧ 12-28 – серый чугун, первые две цифры предел прочности при растяжении, вторые – при изгибе.

Цветные металлы и сплавы – наиболее часто применяются в производстве непродовольственных товаров: алюминий, медь, цинк, никель, хром, олово, серебро, золото, платина и их сплавы.

Алюминий – белый серебристый металл с малой плотностью, высокой коррозионной стойкостью к атмосферным воздействиям и пресной воде, нетоксичен, пластичный, с высокой тепло- и электропроводностью. Но уступает в прочности и жесткости черным металлам, нестоек к кислой и щелочной среде (посуда из алюминия не используется для солений и маринадов, а также для хранения кисломолочных продуктов).

Из алюминия изготовляют упаковочный материал фольгу, электрические провода, детали бытовых холодильников, посуду. Но технически чистый алюминий не употребляют, а используют его сплавы. Все сплавы алюминия делятся по способу переработки их в изделия: деформируемые и литейные.

Деформируемые, перерабатываемые методом давления. Они, в свою очередь, бывают не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой. Не упрочняемые сплавы почти такие же, как технически чистый алюминий, но они имеют высокую пластичность и коррозионную стойкость. Их используют для баков стиральных машин (вместо нержавеющей стали) и посуды 9бидонов, кастрюль, чайников, кофейников), методом глубокой вытяжки. Эти сплавы могут быть получены сплавлением алюминия с марганцем АМц и с магнием АМг. Наиболее распространенный упрочняемый сплав – дюралюмин – медь, магний, марганец. По механическим свойствам он близок к углеродистой конструкционной стали, но меньшую коррозионную стойкость. Для защиты от коррозии его покрывают чистым алюминием – плакируют. Этот сплав используют как конструкционный материал - для изготовления мебели с металлическим каркасом, спортивного инвентаря.

Литейные сплавы алюминияполучают на основании системы алюминий + кремний. Их называют силуминами, и используют для отливки деталей сложной конструкции, для которых не обязательны высокие механические свойства (художественно-декоративные изделия, дверные ручки, чайники). Для изделий с более высокими прочностными показателями используют сплавы с медью, марганцем и магнием: замки, мясорубки, посуда, столовые приборы, детали инструментов).

Сплав, изготовленный из металлолома и отходов, называется вторичным литейным сплавом алюминия.

Сплав, содержащий не более 0,15% свинца 0,015% мышьяка и 0,3% цинка называется пищевым и применяется для изготовления изделий, соприкасающихся в процессе эксплуатации с пищей: посуда, кухонные принадлежности, столовые приборы, мясорубки, соковыжималки, шинковки).

Медь – розово-красный металл, тяжелый, эластичный, с высокой тепло- и электропроводностью. Она хорошо противостоит коррозии на воздухе, но во влажной среде и в атмосфере, загрязненной промышленными выбросами, быстро тускнеет, покрывается зеленым налетом, при этом образуются очень токсичные соединения. Широко используется ля изготовления электрических проводов, шнуров, контактов. На ее основе получают многочисленные сплавы, объединенные в две группы – латунь и бронзу.

Латуни - это сплавы меди с цинком.

К никелевым латуням относят мельхиор и нейзильбер. Обычные латуни могут содержать до 50% цинка, с возрастанием концентрации цинка возрастает прочность сплава при сохранении достаточной пластичности. Из латуни методом глубокой вытяжки изготовляют чайники, кофейники, самовары, охотничьи гильзы.

Бронзы – сплав меди с другими элементами. Наиболее распространены оловянные бронзы (олова до11%). Они обладают хорошими литейными свойствами и малой усадкой при затвердевании и охлаждении. Методом литья из нее изготовляют: подсвечники, статуэтки, барельефы, дверные ручки, краны, вентили. Вводят также 5-10% цинка – для удешевления, 3-5% свинца – для уменьшения хрупкости, и до 1% фосфора – для облегчения обрабатываемости резцом.

Цинк – светло-серый с синеватым оттенком металл, легкоплавкий, хрупкий. Используют для нанесения защитных покрытий на стальную посуду получаются сплавы с хорошими дверей. Цинковые покрытия образуют плотную защитную пленку при повышенной влажности. Но при воздействии на оцинкованное покрытие щелочей, кислоты или горячей воды образуются токсичные вещества. При легировании цинка алюминием получают сплавы с хорошими литейными свойствами, но не очень прочные. Для придания им прочности вводят 3,5% меди. Эти сплавы используют для отлива замков, ручек, ножей, вилок.

Никель – серебристый с желтоватым оттенком металл, очень пластичный, тяжелый, с высокими механическими свойствами. Хорошо поддается полировки и имеет высокую степень блеска. Никель противостоит коррозии на воздухе, в воде и растворах кислот. Поэтому активно используют в защитно-декоративных покрытиях столовых приборов, приборов для окон и дверей, инструментов, посуды, велосипедов, металлической мебели и т.д. Сплавы никеля с хромом – нихромы – используют при изготовлении электротоваров. Они отличаются высоким электрическим сопротивлением и окалиностойкостью, используют для изготовления электронагревательных элементов электроплиток, утюгов, чайников.

Хром – твердый, тугоплавкий, серебристо-синеватый металл с очень высокой коррозионной стойкостью. Применяют для получения защитно-декоративных покрытий, обеспечивающих повышенную износостойкость деталей инструментов, приборов для окон и дверей, автомашин, велосипедов, мотоциклов, часов.

Олово – серебристый легкоплавкий металл мягкий и пластичный. Имеет высокую коррозионную стойкость и безвредность, используется как покрытие для латунной и стальной посуды, чугунных мясорубок, консервных банок, крышек для консервирования. Но это покрытие легко царапается, а при минусовых температурах осыпается и это необходимо учитывать при транспортировании, хранении и эксплуатации изделий покрытых оловом. Олово легкоплавкий металл - его применяют для паяния или в составе припоя олово-свинец.

Благородные (драгоценные) металлы и сплавы используют для производства ювелирных, художественно0декоративных и электронных товаров. К этой группе относятся серебро, золото, платина и металлы платиновой группы – палладий, рутений, родий, иридий, осмий. Для бытовых ювелирных изделий используют в основном серебро, золото, платину.

Серебро обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью, пластичностью, хорошей отражающей способностью. Оно устойчиво к действию воды, соляных и органических кислот, но растворяется в азотной кислоте. Серебро используют для защитно-декоративного покрытия, изготовления ювелирных изделий, припоев, светочувствительных материалов, контактов приборов и т.д.

Золото металл ярко-желтого цвета с сильным блеском, тяжелый, но мягкий и пластичный. Золото имеет высокую химическую прочность к действию атмосферы, воды при высоких и низких температурах, к кислотам, щелочам, но растворяется в «царской водке» (смесь соляной и азотной кислоты), бромной и хлорной воде. Ювелирные изделия изготавливают не из чистого золота, так как оно очень мягкое, а из сплавов золота с медью, серебром, палладием (белое золото).

Платина - белый металл с сероватым оттенком, имеет высокую плотность и температуру плавления. Обладает высокой твердостью, но меньшей пластичностью. Для повышения прочности ее сплавляют с металлами платиновой группы: родием, иридием, палладием, а также золотом, серебром и медью. В ювелирном деле платина применяется 950 пробы при изготовлении украшений, а также в качестве оправы для бриллиантов, так как у платины одинаковый коэффициент расширения с алмазом и бриллиант в оправе из платины дает лучший блеск.

Свойства черных и цветных металлов

Приступая к изготовлению какого-либо изделия, вы должны правильно выбрать наиболее подходящий для него материал. Как вы знаете, металлы в технике применяют не в чистом виде, а в виде сплавов. Сплавы получают путем смешивания в расплавленном состоянии двух или нескольких металлов в точно определенном соотношении. Правильный выбор подходящего для вашего изделия металла или сплава можно сделать, зная его свойства.

Каждый металл и сплав обладает определенными механическими и технологическими свойствами.

К механическим свойствам относят прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность.

Прочность — способность металла или сплава воспринимать действующие нагрузки не разрушаясь. Например, если сделанные вами подвески для стенда не разрушаются от его веса при закреплении на стене, значит они обладают достаточной прочностью.

Твердость — свойство материала сопротивляться внедрению в него другого, более твердого материала. Например, если на стальную и медную пластины нанести лунки с помощью кернера, ударив по нему молотком с одинаковым усилием, то в медной пластине глубина лунки будет больше, чем в стальной. Это свидетельствует о том, что сталь тверже меди.

Упругость — свойство металла или сплава восстанавливать первоначальную форму после устранения внешних сил. Если положить на две опоры металлическую линейку и в центре ее поместить небольшой груз, то она прогнется на некоторую величину, а после снятия груза примет первоначальное положение. Это показывает, что материал линейки обладает упругостью.

Вязкость — свойство тел поглощать энергию при ударе.

Пластичность — способность изменять форму под действием внешних сил не разрушаясь. Это свойство используют при правке, гибке, прокатке, штамповке заготовок.

К технологическим свойствам относят ковкость, жидкотекучесть, обрабатываемость резанием, свариваемость и др.

Ковкость — свойство металла или сплава получать новую форму под действием удара. Это свойство основано на использовании механического свойства — пластичности.

Жидкотекучесть — свойство металла в расплавленном состоянии хорошо заполнять литейную форму и получать плотные отливки.

Обрабатываемость резанием — свойство металла или сплава подвергаться обработке резанием различными инструментами.

Свариваемость — свойство металлов соединяться в пластичном или расплавленном состоянии.

Коррозионная стойкость — свойство металлов и сплавов противостоять коррозии.

Все металлы и сплавы подразделяют на черные и цветные. К черным относят железо и сплавы на его основе — сталь и чугун. Все остальные металлы и сплавы — цветные.

Часто сплавы обладают лучшими свойствами, чем их составные части. Например, чистое железо имеет очень низкую прочность, а сплавы железа с углеродом — гораздо более высокую. Если углерода в сплаве меньше 2%, то такой сплав называется сталью. Если углерода от 2 до 4%, то это — чугун.

Сталь не только прочный, но и пластичный материал, хорошо поддающийся механической обработке. Из конструкционной стали делают детали машин и конструкций, а добавляя в сталь хром, вольфрам и другие металлы, получают очень твердые инструментальные стали, из которых изготавливают режущие инструменты для обработки металлов.

Чугун — хрупкий сплав, в связи с чем его используют для изделий, которые впоследствии не будут подвергаться ударам. Чугун обладает очень хорошей жидкотекучестью, поэтому из него получают качественные и сложные отливки: станины станков, радиаторы отопления и другие изделия.

Из цветных сплавов наибольшее распространение в технике получили латунь, бронза, дюралюминий.

Латунь — сплав меди с цинком желтого цвета. Обладает высокой пластичностью, твердостью и коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления деталей, работающих в условиях повышенной влажности и в электротехнике.

Бронза — сплав меди со свинцом, алюминием, оловом и другими элементами, желто-красного цвета. Имеет высокую прочность, твердость, хорошо обрабатывается резанием и обладает коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления водопроводных кранов и зубчатых колес, для отливки художественных изделий (скульптур, украшений и других элементов), в электротехнике.

Дюралюминий — сплав алюминия с медью, магнием, цинком и другими элементами, серебристого цвета. Хорошо обрабатывается, обладает высокой коррозионной стойкостью. Применяется в авиации, машиностроении и строительстве, где требуются легкие и прочные конструкции.

Черные и цветные металлы, их применение

В современных условиях повсеместно используются металлы различного типа. Сфера их применения охватывает практически все отрасли, поэтому они имеют высокую ценность на рынке. Все металлы условно разделяются на два типа:

Первые относятся к категории сплавов, содержащих железо. Вторые создаются на основе более редких металлов с уникальными свойствами. Компания «Металл-Снаб» принимает черный лом в Москве на выгодных условиях. Высокие цены и широкий спектр услуг обеспечивают нашим клиентам хорошую прибыль с продажи металлов.

Ключевые свойства черных металлов

Железо и его сплавы являются основными металлами на рынке. В чистом виде вещество встречается в природе крайне редко. Земная кора содержит менее 6% данного вещества. Основная добыча металла осуществляется путем обработки железной руды. Она является основным источником получения железа.

У черных металлов имеется ряд ключевых свойств и особенностей, которые достигаются путем изменения состава сплавов. Основными достоинствами являются:

высокий показатель твердости;
устойчивость к механическим воздействиям;
повышенная прочность;
большой объем сырья для производства;
отличная свариваемость;
низкая стоимость (в сравнении с цветметом) и прочее.

Благодаря данным особенностям чермет активно используется в промышленном и гражданском строительстве для возведения сооружений с высокими показателями нагрузки.

Виды и сплавы черных металлов

Добавление в состав железа сторонних веществ позволяет изменить свойства и характеристики металла. Развитие современной промышленности обеспечило создание ряда сплавов, которые относятся к чермету. Основными из них являются:

Сталь. Наиболее распространенный тип черного металла, который применяется практически везде. Для создания сплава используется порядка 99% железа и от 0,02 до 2,14% углерода. Добавление веществ другого типа в значительной мере изменяет свойства металла, позволяя добиться защиты от коррозии, повышения прочности, устойчивости к высоким температурам и так далее. Наиболее известными марками стали являются 3А, 5А и 12А. На рынке они имеют высокий спрос, поскольку могут использоваться для вторичного производства.
Чугун. Второй представитель железных сплавов. В чугуне процент содержания углерода выше, чем в стали (от 3 до 5%). Данный металл также широко используется в различных сферах производства и промышленности. Однако он обладает большой массой, что ограничивает его использования в определенных условиях. Чаще всего чугун переплавляется в сталь по окончанию срока эксплуатации. Вам нужно знать сколько стоит чугун за 1 кг на лом, перейдите в соответствущий раздел сайта.

Дальнейшая классификация чермета зависит от наличия конкретных веществ в составе сплава. Высоким спросом на рынке пользуется нержавеющая сталь и оцинковка.

Сферы применения черных металлов

Доступность и свойства материала стали основной причиной его спроса на рынке. Сегодня чермет обширно используется в следующих отраслях:

автомобилестроение;
пищевая промышленность;
электротехника и теплоэнергетика;
промышленное и гражданское строительство;
производство изделий различного типа и прочие.

При этом ряд сплавов, отличающихся уникальными свойствами, может использоваться в строгих эксплуатационных условиях. Это относится к производству при резких перепадах температуры, в условиях агрессивной среды и так далее.

Свойства цветных металлов

Цветмет обладает уникальными особенностями, которые позволяют применять сплавы для производства приборов и изделий с ограниченными свойствами. Цветные металлы имеют более высокую стоимость на рынке. Во многом это обусловлено ограниченностью ресурсов. По этой же причине лом цветмета чаще перерабатывается для вторичного использования. Ключевыми свойствами цветных металлов являются:

устойчивость к коррозии;
отличная электропроводность;
высокий показатель пластичности и гибкости;
малый вес (по отношению к чермету);
наличие уникальных свойств и прочее.

Конкретные виды цветных металлов имеют определенные области применения. Многие из них широко используются в фармацевтике, медицине, авиастроении и других отраслях.

Основные виды цветных металлов

Видов цветмета на порядок больше, чем черных металлов. Добавление в состав сплава различных веществ позволило разнообразить структуру и свойства материала. Сегодня все цветные металлы классифицируются по группам:

тяжелые (свинец, медь, цинк);
легкие (алюминий, титан, литий);
тугоплавкие (вольфрам, ванадий);
благородные (серебро, золото, платина);
радиоактивные (уран, радий);
рассеянные (индий, таллий, германий);
редкоземельные (церий, скандий, иттрий).

Каждый тип цветных металлов обладает своими уникальными особенностями и характеристиками, определяющими его назначение.

Почему необходимо сдавать черные и цветные металлы?

За прошлые столетия количество металлов, использовавшихся для изготовления различных изделий, сильно возросло. Если не следить за выбросом отходов, объемы старого лома послужат причиной нанесения вреда экологии. При этом некоторый цветмет имеет токсичные свойства, которые наносят вред организму человека. Хранение таких изделий может привести к хроническим заболеваниям сотрудников.

Также переработка металлов позволяет значительно сократить расходы предприятий и организаций за счет переплавки старого лома. Сдача металлолома обеспечивает экономическую выгоду для всех сторон, дополнительно помогая снизить риск возникновения экологической катастрофы. Наша компания «Металл-Снаб» обеспечит клиентов транспортом и погрузчиками для быстрого вывоза лома. Высокие цены и качественный сервис наших пунктов приема обеспечат выгодные условия для наших клиентов.

Чёрные металлы – свойства и классификация чермета

Эти черные металлы стали неотъемлемым компонентом нашей цивилизации. Без стали и чугуна сложно представить и повседневную жизнь, и высокие технологии.

Что такое черные металлы

Под термином « черные металлы » понимаются железо и сплавы с ним как основным компонентом (стали, чугуны).

По некоторым классификациям к черным металлам относятся марганец, ванадий, хром. Это сырье при производстве чугунов и сталей.

Основные железистые сплавы – чугуны, стали, ферросплавы. Они составляют 90% объема продукции металлургических предприятий. Остальное добирают цветные металлы.

Почти все металлы (90+%), востребованные экономикой, относятся к «черному» сегменту.

Неофициальное наименование сегмента черных металлов – чермет.

Классификация

Главные продукты чермета – сталь и чугун. Это сплавы железа, углерода плюс легирующие присадки, улучшающие утилитарные характеристики продукта.

Сталь и чугун различает доля углерода в составе. У стали его менее 2,14%, у чугуна – больше, у некоторых марок до 5,9%.

Данные сплавы черных металлов также классифицируются на основе физических параметров и химического состава.

Чугуны

Главная разновидность чугуна – литейный. Другие виды:

антифрикционный;
передельный;
низко-, высоко-, просто легированный;
с графитом (шаровидным либо вермикулярным).

По другой классификации чугуны подразделяют на белые, серые, ковкие.

Стали

Подразделяются на простые (нелегированные) и легированные:

Основной компонент нелегированных сталей – углерод, поэтому их называют также углеродистыми. В зависимости от количества углерода (%) различают низко- (менее 0,25), высоко- (0,6+), просто углеродистый (0,25-0,6) сплав.
Свойства легированных определяют добавки из других элементов. Их доли микроскопичны, но свойства (стойкость к коррозии, твердость, прочность) меняются существенно.

Традиционные добавки-лигатуры к чугуну, стали: вольфрам, кремний, марганец, медь, хром, никель.

При переработке руды избавляют от азота, кислорода, серы, фосфора, других вредных примесей.

Самые известные виды легированной стали – нержавеющая и оцинкованная.

Технология получения продукции

Продукцию получают на металлургических комбинатах из двух источников : руды (первичное производство) и металлического лома (метод вторичной переработки).

Первичное производство

Исходник для получения черных металлов – железная руда.

С месторождения ее отправляют на металлургические комбинаты, где подвергают многоступенчатой обработке:

Сырьем загружают доменную печь. Добавляют кокс, известняк.
Смесь переплавляют.
Железо поглощает углерод. Затвердев, становится очень твердым, но хрупким. Это чугун.
Часть чугуна отправляют на механическую обработку и изготовление изделий.
Основная масса направляется в сталеплавильную печь.
Здесь излишек углерода выжигается. Получается сталь.

Из расплава формируют чушки, прокат, болванки, другие виды заготовок для промышленности.

Чугун, отлитый в виде чушек

Второй способ – кислородно-конвертерный. Процесс проходит в конвертере – стальной печи, выложенной изнутри огнеупорным кирпичом. Здесь на избыточный углерод, другие примеси чугуна воздействуют кислородом. То есть продувают его сквозь массив чугунного расплава под давлением.

Процессы идут при температурах, исчисляемых тысячами градусов по Цельсию. Они плохо совместимы с экологией, поскольку загрязняют атмосферу, воду, почву.

Вторичная переработка

В широком понимании черный металлолом – это некондиционные, утратившие первоначальные свойства изделия из чугуна или стали.

изношенное промышленное оборудование;
металлические конструкции;
отходы производства (включая стружку);
бытовые приборы;
обезвреженные боеприпасы;
другие виды лома.

Лом черного металла – востребованное сырье. В пункты приема берут все – от стружки до крупных конструкций.

Учитывая массивность изделий (чугунные радиаторы отопления, ванны, ограды), заработать можно и на простом ломе. Заодно очистить пространство от хлама.

Вторичная переработка лома выгодна и производителям. Процесс впятеро дешевле получения продукта из руды. Кратно уменьшаются выбросы, а значит и штрафы за загрязнение окружающей среды.

Сферы использования

Сталь и чугун – традиционный материал промышленности.

Этому способствуют его прочность, твердость, устойчивость к внешним воздействиям, долговечность, легкость обработки, ценовая доступность (по сравнению с цветметом). Такие кондиции присущи материалу независимо от способа получения – из руды или лома.

В промышленности это материал деталей механизмов, конструкций, инструментария:

Из чугуна получаются эстетичные ажурные решетки, ворота, другой декор для открытых пространств и интерьеров.

Чугунный забор

Сталь в строительстве – это прочные крыши, перекрытия, лестницы, шахты лифтов.

Еще одна сфера применения вторичных черных металлов – полезные вещи, сделанные своими руками либо в маленьких мастерских. Самые востребованные: летний душ, мангал, пресс, буржуйка, аксессуары для рыбалки, накопитель воды на дачном участке. Дизайнеры создают инсталляции, которые становятся музейными экспонатами либо пополняют частные коллекции.

Чугунная печь — буржуйка

Бизнес проектом может стать и пункт приема вторсырья, и создание артефактов из лома черных металлов.

Лекция по технологии на тему «Черные металлы. Цветные металлы и их сплавы»

В недрах земли металлы представлены наиболее обширно. Все они, кроме ртути, являются твердыми веществами, обладающими характерным металлическим блеском и способностью хорошо пропускать электричество и тепло.

Они обладают уникальным сочетанием прочности и пластичности. Их можно ковать, сваривать, вытягивать в проволоку, прокатывать в листовой и сортовой прокат и использовать для литья. По химическому составу металлы классифицируют на черные и цветные.

Это разделение построено по очень простому принципу – в составе черных металлов и сплавов присутствует железо, а в цветных оно отсутствует. Естественно, что разница в химическом составе обуславливает и разнообразные физические свойства.

Свойства

В группу черных металлов входит железо и все его сплавы. Они составляют около 90% всего материала, который используется в экономике. В природе они встречаются редко, поэтому добывают материал путем обработки железной руды. Главным отличием черных металлов является то, что в их составе всегда есть железо. Цветные его не содержат, обычно встречаются еще и в разных цветах. От этого и появилось такое название. Цветные металлы отличаются друг от друга техническими возможностями и составом, а черные все между собой похожи, поскольку в основном состоят из железа.

Свойства чермета появляются только после изменения его состава, перечислим главные достоинства этого материала:

легкая свариваемость;
высокий показатель твердости;
повышенная прочность;
низкая себестоимость;
устойчивость к механическим повреждениям;
достаточный объем для использования в производственных целях.

Благодаря этим качествам черный металл больше используют в строительстве для создания сооружений гражданского и промышленного масштаба. Здания выдерживают высокую нагрузку и имеют долгий срок службы.

Цветные металлы стоят дороже из-за того, что их мало, но сплавы используются для производства приборов и изделий с ограниченными свойствами.

лом этого материала подходит для вторичного использования;
он не подвергается коррозии;
имеет высокую теплопроводность;
легче весит, если сравнивать с черметом;
более пластичен и гибок.

Чугун и сталь

Как правило, в производстве черные металлы проходят несколько стандартных фаз: добыча руды и её обработка в доменной печи. После этого получается чугун, из которого впоследствии получают любые виды стали и железных сплавов. Последние чаще используются в тяжелой промышленности. В отличие от них, цветные металлы —это более мягкое вещество, обладающее несколько другими свойствами, они используются в другой сфере.

В состав чугуна входит 93% железа и около 3-5% углерода, плюс остаточные элементы в незначительном количестве. Этот материал редко используется для производства, поскольку обладает хрупкостью. Его можно встретить при изготовлении некоторых видов труб, вентилей или же клапанов. Но большинство производимого объема чугуна (более 90%) перерабатывается в сталь.

Основные виды стали, которые изготавливаются из железа, это: углеродистая и низкоуглеродистая (закалённая) сталь, нержавеющая, феррито-хромовая, хромовая, мартенситно-хромовая, хром-ванадиевая, легированная, никелевая, вольфрамовая, молибденовая и марганцевая сталь.

Основные виды

В сравнении с черным, у цветного металла гораздо больше разновидностей. Добавление различных веществ в состав привело к тому, что материал стали классифицировать по семи группам. У цветного металла есть тугоплавкие, легкие и тяжелые, рассеянные, редкоземельные, радиоактивные, благородные, рассеянные материалы. Мы не будем перечислять все эти типы, а остановимся лишь на самых востребованных металлах и их свойствах:

Свинец. По распространенности этот сплав занимает четвертое место в производственных процессах. Подходит для электропроводных элементов, но применяется не так часто, поскольку считается токсичным.

Латунь. Она превосходит медь по прочности. Используется для производства труб, листового металла, фольги, проволоки.

Цинк. Относится к тяжелым цветным металлам. Применяется для создания сплавов и в качестве антикоррозийной защиты для черных металлов. В чистом виде используется только в фармацевтической и производственной отрасли.

Алюминий. Чаще остальных берется для производства из-за легкого веса. Не видоизменяется от внешних факторов, поэтому распространен на потребительском рынке.

У черного металла не так много сплавов, в промышленных целях используется только 2 разновидности:

Сталь. Это используемый во многих отраслях черный металл. В нем содержится около 99% железа, остальное занимает углерод. При добавлении других веществ повышают прочность металла, защищают от коррозии, делают устойчивым к перепадам температуры. Некоторые марки стали используются для вторичного производства.

Чугун. В нем содержится больше углерода (около 5%). Он используется в промышленности и производстве, но много весит, поэтому применим не везде. После эксплуатации чугун переливают в сталь.

Группа черных металлов

Ее основу составляют углеродистые и легированные стали. Кроме железа и углерода (его массовая доля не превышает 2,14%) они содержат:

раскислители, минимизирующие количество кислорода в расплавленной стали;
легирующие компоненты, улучшающие общие физические и отдельные служебные свойства.

Несмотря на высокие параметры прочности, износостойкости, хорошую пластичность и ударную вязкость, стали склонны к ржавлению. При этом они подвержены коррозии межкристаллической, атмосферной, химической и электрохимической. Исключение – нержавеющие сплавы. Они содержат в повышенном количестве хром, который в связи с железом и углеродом способствует высокой стойкости стали к ржавлению, язвенной и фреттинг-коррозии.

Также в эту группу входят чугуны белые, ковкие, серые и высокопрочные. Это тоже сплавы железа, углерода и легирующих веществ. Только массовая доля C превышает порог 2,15%. К тому же в чугуне углерод находится в виде неметаллических включений графита или цементита. Такая структура придает чугунам прочность, но делает хрупкими и снижает пластичность.

Все черные металлы имеют различные оттенки серого цвета и проявляют магнитные свойства. Исключение – отдельные марки пищевых легированных сталей. Они широко используются в качестве строительного и конструкционного материала.

Область применения

Из цветного металла создаются детали для автомобилей, кораблей и самолетов. С их помощью делают металлоконструкции, ювелирные украшения, предметы искусства. Сплавы цветметаллов применяют в промышленности и медицине. С их помощью создают оборудование, гиподермические иглы, инструменты для проведения операции. Иридий берется во время лучевой терапии, а золото с платиной используется в стоматологии.

Черные металлы активно применяют в пищевой отрасли, при создании электротехники и генерировании энергии. В строительстве домов, промышленных сооружений и автомобилей они используются чаще цветмета. Некоторые сплавы специально создают для суровых эксплуатационных условий, добавляя примеси, которые сделают материал устойчивей, надежней и пр.

Происхождение металлических отходов

Медные – это лом латуни, бронзы.

Самый ценный – электротехнический:

трансформаторные шины;
проводники;
многожильные тросы.

Металлолом сдают в следующем виде:

не обожженный;
не окисленный;
без эмали;
без изоляции.

Примут и с включениями, но приемочная цена понизится.

Олово значительно дороже меди, но его меньше.

подшипники;
белая жестяная тара из-под продуктов;
припой;
трубопроводы.

Ценится у приемщиков сплав олова и свинца – баббит, один из дорогих.

Свинец принимают в виде:

пластин;
оплеток кабеля;
переплавленный.

аккумуляторов;
типографского шрифта;
телефонного кабеля.

Источники титана:

С большей охотой принимается алюминий:

электротехнический;
профильный;
кабельный;
пищевой.

В зависимости от того, где добыт металл, варьируется приемочная цена.

Цинковый лом и сплав этого металла с алюминием и магнием ценится в три раза выше, чем просто цинковые отходы. Называют такой сплав ЦАМ. Его в большом количестве можно найти в автомобиле.

Переработка

Из-за повышения оборотов производства и потребительского спроса все больше организаций занимается переработкой лома. Если не следить за отходами, то в скором времени экология и люди пострадают, поскольку некоторые материалы опасны для здоровья, окружающей среды.

Переработка доступна для черных и цветных металлов. Самое ценное для этого процесса сырье содержится в аккумуляторах, батареях и бытовой технике. Процесс переработки сырья подразумевает несколько этапов:

Прием металлолома, взвешивание и оплата.
Сортировка в специальном пункте по профилю и разновидности. Это самый трудоемкий этап, на который уходит много времени.
Деление материала на мелкие фрагменты для удобной транспортировки и дальнейшей переработки.
Очистка от примесей вручную или с использованием специальных приборов.
Переплавка материала для его повторного использования.

Крупным предприятиям сдача металла позволяет сократить расходы. Именно такие организации в основном и влияют на экологическую обстановку, поскольку потребители не производят отходы в таких масштабах.

Цветные и черные металлы используются почти во всех отраслях жизни человека. Умение отличать их друг от друга позволит заранее принять во внимание слабые и сильные стороны материала, а также заранее спланировать их переработку и повторное использование.

Сходства и различия

Сплав латуни по большей части состоит из меди, поэтому естественно, что они похожи

не только визуально, но и некоторыми свойствами. Чем больше меди в сплаве, тем сильнее их цвета будут схожи. На этом точные совпадения заканчиваются.

Визуально легко отличаются
сплавы латуни, где меди
менее 80%
. Они слегка похожи на золото, так как имеют выраженный желтый оттенок. Чем больше цинка, тем оттенок светлее.

Из-за этого латунь даже используют для подделки или имитации золота

. У меди же главный оттенок – красноватый, который часто отливает розовым.

При сильном понижении температуры латунь не теряет своей, сравнительно ограниченной, пластичности и не становится хрупкой

. Электричество и тепло проводит хуже.

Отличаются они по такому признаку, как твердость

Медь мягче

,
пластичнее
, а латунь, наоборот,
твердая
и придать ей какую-либо форму без применения отжига сложно.

Читайте также: