Egzistuoja daug įvairių metalų tipų, iš kurių galima rinktis įvairias klasifikacijas. Metalo elementai sudaro 75% periodinės lentelės elementų. Tokių metalų kaip geležis, plienas, varis, bronza, žalvaris, aliuminis, titanas ir švinas, kasdieniame gyvenime naudojami tūkstančiai skirtingų būdų.
Metalo savybių svarba
Nors metalai turi panašias savybes, tinkamumo vieno kitaip priklauso nuo ketinamo naudojimo. Yra nemažai svarbių savybių: lydymosi temperatūra, apdirbimo ir suvirinimo lengvumas, stiprumas, patvarumas, estetika, temperatūros tolerancija, šiluminė ir elektros laidumas, ir, žinoma, kaina.
Šios savybės ir charakteristikos nustatomos pagal tai, ar metalas yra ferinis ar neferinis (nurodant geležies buvimą) ir/ar pridedant kitus grynuosius metalus (sukuriant lydinius). Todėl metalų klasifikacija yra vertinga priemonė tinkamai pasirinkti metalą konkrečiai paskirčiai.
Metalų klasifikacija
Yra du pagrindiniai metalų klasifikavimo būdai: pagal geležies kiekį arba pagal atomų struktūrą:
Klasifikacija pagal geležies kiekį
Ar metale yra geležies, nustato dažniausiai naudojamą klasifikacijos metodą. Tai lemia, kad metalas yra ferinis, pavyzdžiui, plienas, ketaus, kalta geležis. Geležis suteikia metalui magnetines savybes ir daro jį linkusį į koroziją. Metalai be geležies neturi magnetinių savybių ir vadinami neferiniais metalais. Pavyzdžiai apima aliuminį, šviną, žalvarį, varį ir cinką.
Klasifikacija pagal atomų struktūrą
Metalai taip pat klasifikuojami pagal jų atomų struktūrą, kaip nustatyta periodinėje lentelėje. Šie metalai toliau klasifikuojami kaip šarminiai, perėjimo arba šarminio žemės metalai. Metalai, priklausantys tai pačiai grupei, paprastai elgiasi panašiai, pavyzdžiui, turi žemą lydymosi temperatūrą ir tamsėja veikiami oro.
Kokios yra metalų kategorijos?
Metalai pagal geležies kiekį skirstomi į tris kategorijas: feriniai metalai, neferiniai metalai ir metalų lydiniai.
Feriniai metalai
Beveik 90% visų gamyboje naudojamų metalų yra feriniai metalai, pavyzdžiui, plienas. Žodis „ferinis” kilęs iš lotyniško žodžio „ferrum“, reiškiančio „geležis“. Feriniai metalai apima plieną, ketaus ir geležies lydinius su kitais metalais (pavyzdžiui, nerūdijantį plieną). Jų charakteristikos:
- Patvarumas
- Tempimo stiprumas
- Elektros laidumas
- Žema korozijos atsparumas
- Perdirbami
- Dažniausiai magnetiniai
- Sidabro spalvos
Ferinių metalų, pavyzdžiui, ketaus ir plieno, stiprumas ir patvarumas plačiai naudojami statybos sektoriuje, statant tiltus ir dangoraižius. Feriniai metalai taip pat randami laivuose, vamzdžiuose, automobiliuose, geležinkeliuose ir įvairiose komercinėse bei buitinėse priemonėse.
Dauguma ferinių metalų turi aukštą anglies kiekį, todėl jie linkę rūdyti. Tačiau, kaltinis geležis yra išimtis dėl savo grynumo, suteikiančio atsparumą korozijai. Lydant elementus, plienas tampa atsparesnis rūdijimui drėgnomis sąlygomis, pavyzdžiui, pridedant chromo gamybai nerūdijančio plieno.
Neferiniai metalai
Neferiniai metalai yra lydiniai ar metalai, kuriuose nėra (arba labai mažai) geležies. Jie paprastai yra brangesni už ferinius metalus dėl jų lengvumo. Kiti atributai:
- Nemagnetinės savybės
- Lengva apdirbti (įskaitant apdirbimą, liejimą ir suvirinimą)
- Aukštas atsparumas korozijai
- Gera šiluminė ir elektros laidumas
- Mažas tankis
- Nemagnetiniai
- Spalvų įvairovė
Neferiniai metalai dažniausiai gaunami iš mineralų, tokių kaip karbonatai, silikatai ir sulfidai, ir rafinuojami elektrolizės būdu. Į juos įeina aliuminis, varis, švinas, nikelis, alavas, titanas ir cinkas, taip pat vario lydiniai, tokie kaip žalvaris ir bronza. Kitos retos arba brangiosios neferinės medžiagos apima auksą, sidabrą, platiną, kobaltą, gyvsidabrį, volframą, litą ir cirkonį.
Neferiniai metalai naudojami įvairiose komercinėse, pramoninėse ir gyvenamosiose srityse. Kai kurie, pavyzdžiui, aliuminio ar titano lydiniai, gali pakeisti plieną, tačiau jie paprastai yra brangesni ir geriau tinka naudoti dėl jų specifinių savybių. Būdami minkštesni ir lankstesni, neferiniai metalai, tokie kaip auksas ir sidabras, gali būti naudojami estetiškesnėse aplinkose.
Metalų lydiniai
Metalų lydiniai yra daugiau nei vieno elemento, įskaitant kitą metalą, kombinacija. Pavyzdžiui, žalvaris yra dviejų metalų, vario ir cinko, lydinys. Plienas yra metalinis elementas (geležis) ir apie 2% ne metalinio elemento (anglies) lydinys.
Lydydami metalą galime sustiprinti tam tikrą savybę. Kiekviena lydinio sudedamoji dalis įneša kažką skirtingo į mišinį, sukuriant unikalų produktą, kuris yra kietesnis, patvaresnis, atsparesnis korozijai ar turi didesnę apkrovos talpą. Dėl šių priežasčių jie labai paklausūs įvairiose srityse ir pramonės šakose, tokiose kaip gamyba, elektronika, buitinės prekės, architektūra, santechnika, automobilių ir aviacijos pramonė.
Geležis ir jos lydiniai bei jų savybės
Šiuolaikinėje visuomenėje geležis yra svarbiausias iš visų metalų. Kadangi maždaug 5% Žemės plutos sudaro geležis, ją rasti yra gana paprasta.
Pagrindinis neapdirbtas metalas yra žalvarinis geležis, kurį toliau perdirbant gaunama grynoji geležis. Nors grynoji geležis yra stipresnė už kitus metalus, ji nėra atspari korozijai ir yra itin sunki dėl didelio tankio. Pridedant anglį prie geležies (kuriant anglies plieną), šie trūkumai šiek tiek sumažinami. Būtent gebėjimas sukurti daugybę skirtingų plieno tipų padaro geležį labai svarbią mūsų gyvenime – nuo segtukų iki dangoraižių.
Įvairių tipų metalai
Štai keletas dažniausiai naudojamų metalų:
Geležis
Geležis yra dažniausiai naudojamas ir pigiausias metalas. Yra trys tipai: žalvarinė geležis, ketaus ir kaltinė geležis.
- Žalvarinė geležis: žaliavinė geležies forma, naudojama kaip žaliava įvairių kitų ferinių metalų, tokių kaip ketaus ir plieno, gamybai.
- Ketaus: sukurtas išlydant žalvarinę geležį su koksais ir kalkėmis. Ketaus yra trapus ir jį sunku suvirinti. Tačiau jis yra puiki inžinerinė medžiaga su plačiu taikymo spektru, ypač automobilių pramonėje, dėl santykinai žemo lydymosi taško, liejimo galimybių, puikių apdirbimo savybių ir atsparumo deformacijoms bei nusidėvėjimui.
- Kaltinė geležis: atspari, lanksti ir korozijai atspari, kaltinė geležis yra labai grynos metalo formos, su nedideliais silikato šlako kiekiais įpresuotais į pluoštus. Tai reiškia, kad ji yra ideali forminimui į tokius gaminius kaip turėklai, vartai ir sodo baldai. Tačiau švelnusis plienas (žr. žemiau) daugiausia pakeitė kaltinę geležį.
Plienas
Plienas yra lydinys, sudarytas iš kelių cheminių elementų, kartu su geležimi ir anglimi, kuris sukuria stiprų ir lūžiui atsparų metalą. Jo didelis tempimo stiprumas ir žema kaina daro jį labiausiai naudojamą medžiagą labai įvairiems gaminiams: nuo pastatų, ginklų ir mašinų iki elektros įrangos ir įvairiausių prietaisų.
- Anglies plienas: apibrėžiamas kaip bazinis plienas, sudarytas iš anglies ir geležies, kartais pridedant labai mažus kitų elementų kiekius. Šie lydinio elementai apima manganą, vanadį, chromą, nikelį ir volframą. Jie įvairiai keičia stiprumą, atsparumą abrazijai ir nusidėvėjimui, taip pat įtakoja elektrines ir magnetines savybes. Naudojamas vamzdžiams, ypač energetikos susijusioms taikymo sritims, tai yra labai dažnai naudojamas metalas, nes jo gamyba išlieka santykinai pigi.
- Nerūdijantis plienas: nerūdijantysis plienas turi didelį chromo kiekį, kuris padaro jį 200 kartų atsparesnį korozijai nei švelnusis plienas. Tai labai vertinamas metalas ten, kur svarbi higiena ir aukšti švaros reikalavimai – pavyzdžiui, operacinėse salėse, odontologijos kabinetuose ir virtuvėse.
