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.

Ферросплав 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 цветные металлы также включают цветные сплавы, такие как медь, олово, свинец, цинк, алюминий, латунь, бронза, алюминиевые сплавы и подшипниковые сплавы.

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".

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!