Черные и цветные металлы это: как отличить, примеры

Металлы – химические элементы с определенными свойствами. Для них характерны высокая электрическая проводимость, значительная теплопроводность, прочная кристаллическая микроструктура, пластичность, блеск поверхности.

Металлы широко применяются в производстве различных изделий, деталей и узлов техники, машин и оборудования.

Существуют 2 большие группы металлов: черные и цветные. Рассмотрим элементы каждой категории подробнее, какие металлы называют черными, а какие цветными, и в чем отличаются цветные металлы от черных.

Какие металлы называют черными

Доля применяемых в мировой экономике черных металлов составляет до 90%. Это самые распространенные материалы, которые применяются во всех отраслях промышленности и других сферах.

Характерные признаки черных металлов: темно-серый цвет, характерный блеск, значительная плотность, прочность, высокая температура плавления, магнитные свойства. Еще одно из ключевых свойств – полиморфизм или аллотропия. Это способность черных металлов образовывать различную кристаллическую структуру при определенных условиях. При этом физико-механические свойства материалов значительно различаются при неизменном химическом составе.

Различают 5 основных групп черных металлов:

• Железистые. Категория включает кобальт, никель, марганец, само железо.
• Урановые. В группу входят металлы-актиниды: плутоний, торий, уран и др.
• Тугоплавкие. К ним относят ванадий, молибден, титан, тантал, ниобий, хром.
• Редкоземельные. В категорию входят группы лантаноидов: cкандий, иттрий и др.
• Щелочные и щелочно-земельные. К этой группе относят литий, натрий, кальций, магний и др.

Важно! Мнения по поводу определения черных металлов несколько расходятся. Например, в ряде учебных пособий марганец и хром не относят к этой группе.

На железо и тугоплавкие металлы приходится основная доля промышленных и конструкционных материалов. Черные металлы в чистом виде используют редко, большая их часть применяется в виде сплавов. Самые распространенные из них это сталь и чугун. Сплавы состоят из железа и углерода. Содержание последнего в стали составляет до 2,14 %, сплавы с большей % долей углерода называют чугунами.

Стали

Если вы задавались вопросом, сталь это цветной или черный металл, то конечно же сталь это черный металл. К этой группе относится большая группа сплавов с различными физико-химическими свойствами. Они определяются содержанием углерода, естественных примесей и добавок, кристаллической микроструктурой.

Стали различаются по следующим критериям:

• % доле углерода.
• Наличию и количественному содержанию добавок.
• Назначению.
• Качеству.

По содержанию углерода стали подразделяют на низко-, средне-, высокоуглеродистые сплавы. Чем больше содержание последнего, тем выше твердость, хрупкость и прочность. Соответственно с уменьшением содержанием углерода повышается вязкость и пластичность.

По содержанию добавок других металлов и неметаллов различают углеродистые и легированные стали. Первые кроме углерода содержат естественные примеси: марганец, кремний, серу и фосфор. В состав легированных сплавов вводят добавки для получения нужных свойств. Например, молибден и вольфрам придают твердость и износостойкость при высоких температурах. Хром и никель – обеспечивают стойкость к коррозии и химически агрессивным средам.

По назначению стали различают на 3 группы:

• Конструкционные. Сплавы применяют в производства бытовых и технических изделий, деталей, узлов машин и механизмов, конструкций различного назначения.
• Инструментальные. Металлы используют для изготовления резцов, фрез, зубил, разверток, плашек и других инструментов.
• Специальные. Категория включает сплавы с высокой стойкостью к агрессивным средам и воздействию экстремальных температур, материалы с резко выраженными определенными свойствами.

Качество стали зависит от содержания естественных примесей с вредными свойствами: серы и фосфора. По доле содержанию этих элементов различают особовысококачественные, высококачественные, качественные, а также стали обыкновенного качества.

Стали также различают по степени удаления кислорода и микроструктуре.

Чугуны

Многие ошибочно полагают, что чугун это цветной металл, хотя это не так. Чугун - это черный металл. Сплавы этой группы классифицируют по состоянию содержащегося углерода, микроструктуре, наличию и объемной доли добавок.

По первому признаку различают следующие виды сплавов:

• Белый чугун. Хрупкий, твердый металл матово-белого цвета на изломе. Углерод содержимся в форме химического соединения с железом. Область применения белого чугуна – сырье для выплавки стали, производство деталей, работающих при высокой нагрузке.
• Серый чугун. Основная часть углерода в сплаве содержится в виде графита. В соединение с железом вступает только незначительное количество. Серый чугун более пластичный, лучше поддается механической обработке и литью.

Существует половинчатый или обеленный чугун. Углерод в нем содержимся как в свободной, так в связанной форме.

По свойствам и назначению различают ковкие, высокопрочные и специальные серые чугуны. Первые значительно лучше поддаются литью, обработке давлением и резаньем. Углерод в ковких сплавах находился в виде хлопьев. Высокопрочные чугуны отличают улучшенные литейные параметры, хорошая обрабатываемость, высокая стойкость к механическим нагрузкам.

К группе специальных сплавов относятся в основном легированные чугуны. Введение молибдена, хрома, никеля и других добавок позволяет получить сплавы с заданными свойствами: жаропрочность, жаростойкость, износостойкость и др.

Важно! Тугоплавкие, щелочные, щелочно-земельные, урановые металлы используются в чистом виде в химической промышленности, энергетике и схожих отраслях. Основная доля тугоплавких и железистых металлов приходится на легирующие добавки для сталей и чугунов.

Цветные металлы

Группа включает большое количество металлов и сплавов с различными физико-химическими свойствами. Общие характерные черты для цветметов: высокая пластичность, устойчивость к коррозии, способность поддаваться всем видам механической обработкb, белый, красноватый или желтый цвет.

Цветные металлы подразделяются на 2 категории:

• Легкие. Сюда относятся алюминий, магний, титан, бериллий и др.
• Тяжелые. Категория включает свинец, олово, цинк и др.

В некоторых учебных пособиях выделяют группу благородных металлов. К ней относят золото, платину, палладий. Отличительная черта этой категории – химическая инертность. Благородные металлы плохо вступают в химические реакции и часто встречаются в виде самородков.

Рассмотрим наиболее применяемые в промышленности металлы и сплавы.

Медь и ее сплавы

Металл имеет красноватый цвет, обладает высокой стойкостью к коррозии, низким электрическим сопротивлением.

Медь в чистом виде используется для производства:

• Жил проводов и кабелей, распределительных шин, токопроводящих деталей.
• Теплообменников, труб для горячей воды и пароходов.
• Кровельного покрытия зданий и сооружений.

Наиболее часто применяемые сплавы на основе меди это латунь и бронза. Первая состоит из меди и цинка. Для улучшения свойств в латунь также могут вводиться другие компоненты. Металл хорошо поддается механической обработке, обладает большей твердостью, чем медь.

Бронза – сплав меди и олова, в составе также могут содержаться алюминий, кремний, марганец и другие элементы. Отличительные свойства сплава – стойкость к химически агрессивным средам, хорошие литейные свойства, обрабатываемость резанием, низкий коэффициент трения.

Алюминий и его сплавы

Металл отличает характерный белый цвет, мягкость и пластичность, стойкость к коррозии, высокая электропроводимость. Алюминий и его сплавы применяется:

• Для изготовления проводников: жил проводов, кабелей, шин приема и распределения электроэнергии.
• Для производства деталей и узлов машин, механизмов, строительных конструкций.
• Для изготовления изделий бытового назначения.

Металл и сплавы на его основе имеют небольшую плотность, замена стальных деталей алюминиевыми позволяет значительно облегчить оборудование или конструкцию.

Титан и его сплавы

Титан – легкий металл характерного серебристого цвета. Его отличительные черты – низкая теплопроводность, высокая удельная прочность, стойкость ко всем видам химически агрессивных веществ, небольшая плотность.

Титан применяют:

• В производстве оборудование и приборов для химической промышленности.
• Для изготовления самолетов и морских судов.
• В производстве космической техники.

Металл применяют в чистом виде, в сплавах, а также в качестве легирующих добавок. Титан – один из самых лучших конструкционных материалов.

Заключение

Итак, основанные отличия черных металлов от цветных – цвет, магнитные свойства, температура плавления, способность образовывать различную кристаллическую структуру при определенных условиях.

Разделение на цветные и черные металлы – условное. Например, в металлургии черными металлами называют железо, чугун и другие ферросплавы. Остальные химические элементы с металлическими свойствами называют цветными.