Eisen- und Nichteisenmetalle:Definitionen, Beispiele, Eigenschaften und Verwendungen

Eine der grundlegendsten Methoden zur Klassifizierung von Metallen besteht darin, sie entweder in Eisen oder Nichteisen zu kategorisieren. In diesem Artikel wollen wir verstehen, was Eisen- und Nichteisenmetallmaterialien sind und welche Eigenschaften, Beispiele, Verwendungszwecke und Unterschiede sie haben.

Was sind Eisenmetalle?

Unter Eisenmetallen versteht man Metalle mit einem hohen Eisenanteil in ihrer Zusammensetzung. Der Begriff „ferrous“ kommt vom lateinischen Wort ferrum, was Eisen bedeutet. Da Eisen magnetisch ist, können auch Eisenmetalle von Magneten angezogen werden. Diese Art von Material ist außerdem für seine Festigkeit, Härte, Haltbarkeit und seine Fähigkeit bekannt, schweren Belastungen und rauen Bedingungen standzuhalten. Ein bemerkenswerter Nachteil von Eisenlegierungen ist jedoch ihre Anfälligkeit für Rost und Korrosion, wenn sie Feuchtigkeit und Sauerstoff ausgesetzt werden, was oft Schutzbeschichtungen oder Legierungen erfordert, um ihre Beständigkeit zu verbessern. Eisenmetalle werden häufig in Branchen wie dem Baugewerbe, der Automobilindustrie und dem Maschinenbau verwendet.

Ist Gold eisenhaltig oder nicht eisenhaltig?

Gold (Au) ist ein Nichteisenmetall, da es kein Eisen enthält. Weitere Edelmetalle sind Silber und Platin; Seltene Metalle wie Quecksilber und Wolfram sind ebenfalls Nichteisenmetalle.

Sind alle Edelmetalle Nichteisenmetalle?

Ja. Als Nichteisenmetalle gelten laut Da Cihai alle Metallelemente außer Eisen, Chrom und Mangan. Sie können in vier Kategorien eingeteilt werden:Schwermetalle wie Kupfer, Blei, Zink und Nickel; Leichtmetalle wie Aluminium, Magnesium und Titan; Edelmetalle, einschließlich Gold, Silber und Platin; und seltene Metalle wie Wolfram, Molybdän, Tantal, Niob und Seltenerdelemente. Da seltene Metalle in der modernen Industrie eine große Bedeutung haben, werden sie häufig als separate Kategorie neben den anderen Nichteisenmetallen behandelt.

Beispiele für Eisenmetalle und ihre Verwendung

Es gibt verschiedene Unterarten der auf Eisen basierenden Metalle. Finden Sie heraus, wofür diese gängigen Eisenmetalle in verschiedenen Branchen verwendet werden.

Kohlenstoffstahl
Eine der typischsten und am häufigsten verwendeten Arten von Eisenmetallen ist Kohlenstoffstahl (unlegierter Stahl), einschließlich Stählen mit niedrigem, mittlerem und hohem Kohlenstoffgehalt. Kohlenstoffstahl besteht hauptsächlich aus Eisen und Kohlenstoff mit einem Gehalt von etwa 0,05 % bis 1 % (bis zu 2,1 %); andere Elemente sind ebenfalls vorhanden, haben jedoch einen sehr geringen Gehalt. Kohlenstoffstahl findet man beim Bau von Wolkenkratzern, Brücken und Maschinen. Aufgrund seiner Haltbarkeit und Kosteneffizienz wird es auch für Werkzeuge, Automobilteile und Strukturkomponenten verwendet.

Legierter Stahl
Eine weitere Gruppe sind legierte Stähle, die aus verschiedenen Elementen wie Chrom, Nickel, Molybdän oder Vanadium bestehen und zwischen 1 % und 50 % des Gewichts ausmachen. Diese hinzugefügten Elemente verbessern spezifische Eigenschaften wie Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit oder Zähigkeit, sodass das Metall für spezielle Anwendungen maßgeschneidert werden kann. Legierte Stähle werden häufig im Baugewerbe, bei Werkzeugmaschinen, Automobilteilen und elektrischen Komponenten verwendet.

Gusseisen
Gusseisen ist eine Eisenlegierung mit einem hohen Kohlenstoffgehalt (1,5–4 %), der es sehr hart, aber spröde macht. Der Zusatz von Silizium verleiht ihm eine hervorragende Gießbarkeit. Gusseisen hat außerdem eine gute Verschleißfestigkeit und einen niedrigen Schmelzpunkt, ideal für Kochgeschirr, Autobremsteile, Rohre und schwere Maschinenkomponenten. Allerdings kann Gusseisen unter Belastung reißen und ist weniger flexibel, sodass seine Verwendung auf Anwendungen beschränkt ist, bei denen die Sprödigkeit kein großes Problem darstellt.

Edelstahl
Edelstahl enthält mindestens 10,5 % Chrom, oft kombiniert mit Nickel; Seine bemerkenswerteste Eigenschaft ist seine Korrosionsbeständigkeit. Chrom bildet eine passive Chromoxidschicht, um die Sauerstoffdiffusion zum Grundmetall zu verhindern. So bleibt der Edelstahl glänzend und sauber. Edelstahlteile werden in großem Umfang in Küchen, Krankenhäusern, Lebensmittelverarbeitungsanlagen und Haushaltsgeräten verwendet. Es wird auch für Besteck, chirurgische Instrumente und architektonische Elemente bevorzugt.

Schmiedeeisen
Schmiedeeisen ist nahezu reines Eisen mit einem sehr geringen Kohlenstoffgehalt (weniger als 0,08 %) und geringen Mengen an Verunreinigungen. Es ist weich, formbar, duktil und lässt sich durch Erhitzen und Hämmern leicht formen. Seine Beständigkeit gegen Rost und Korrosion machte es in der Vergangenheit für dekorative Zäune, Tore, Geländer, Nägel und landwirtschaftliche Werkzeuge beliebt. Obwohl Schmiedeeisen heute weitgehend durch Stahl ersetzt wird, wird es für Zier- und Restaurierungsarbeiten weiterhin geschätzt.

Eigenschaften von Eisenmetallen

• Festigkeit und Haltbarkeit:Eisenmetalle weisen im Allgemeinen eine hohe Zugfestigkeit, Haltbarkeit und Robustheit auf, um eine dauerhafte Leistung in strukturellen Anwendungen und Maschinen zu gewährleisten.
• Magnetische Eigenschaften:Viele Eisenmetalle weisen aufgrund ihrer Eisenzusammensetzung magnetische Eigenschaften auf. Magnetismus ist in elektrischen Geräten wichtig.
• Korrosionsanfälligkeit:Eisenmetalle neigen dazu, zu rosten und zu korrodieren, wenn sie Feuchtigkeit und Sauerstoff ausgesetzt werden. Eine Ausnahme bildet jedoch Edelstahl.
• Kosteneffizienz:Erschwinglichkeit ist ein Merkmal vieler Eisenmetalle, insbesondere Gusseisen. Dies macht sie zu einer wirtschaftlicheren Wahl für Großprojekte.
• Recyclingfähigkeit:Eisenmetalle können recycelt werden und behalten ihre Qualität. Dadurch wird der Bedarf an neuen Materialien gesenkt und natürliche Ressourcen geschont.
• Aussehen:Die meisten Eisenmetalle sind silbern oder gräulich; Das endgültige Aussehen variiert je nach Legierung und Behandlungsprozess.
• Elektrische Leitfähigkeit:Eisenmetalle sind gute Stromleiter, was bei bestimmten elektrischen Anwendungen von Vorteil ist, auch wenn ihre Leitfähigkeit nicht so gut ist wie die von Kupfer.

Was sind Nichteisenmetalle?

Im Gegensatz zu Eisenmetallen zeichnen sich Nichteisenmetalle dadurch aus, dass sie keine nennenswerten Mengen an Eisen enthalten, typischerweise weniger als 1 %. Das Fehlen von Eisen bedeutet, dass diese Metalle nicht rosten und nicht von Magneten angezogen werden. Nichteisenmetalle werden oft wegen ihrer Eigenschaften wie geringem Gewicht, hervorragender elektrischer Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit geschätzt. Ihre natürliche Korrosionsbeständigkeit entsteht durch Oxidschichten, die das darunter liegende Metall vor weiteren Schäden schützen, was die Langlebigkeit von Legierungen verlängert. Nichteisenmetalle eignen sich ideal für Anwendungen in der Elektroverkabelung, im Sanitärbereich, in der Luft- und Raumfahrt sowie für Dekorationsartikel.

Eigenschaften von Nichteisenmetallen

• Leichtgewicht:Nichteisenmaterialien wiegen aufgrund ihrer geringeren Dichte im Allgemeinen weniger als Eisenmaterialien und eignen sich daher besser für Anwendungen, bei denen Gewichtsreduzierung wichtig ist.
• Elektrische Leitfähigkeit:Viele Nichteisenmetalle wie Kupfer und Aluminium können Elektrizität gut leiten und elektrischer Strom kann problemlos und mit geringem Energieverlust durch sie fließen.
• Biokompatibilität:Bestimmte Beispiele wie Titan und Gold können sicher im menschlichen Körper verwendet werden, da sie keine schädlichen Reaktionen hervorrufen.
• Korrosionsbeständigkeit:Nichteisenmetalle sind im Allgemeinen rost- und korrosionsbeständiger als Eisenmaterialien. Das ist einer der größten Unterschiede.
• Recyclingfähigkeit:Die meisten Nichteisenmetalle können viele Male recycelt werden, was weniger Energie verbraucht als ihre Herstellung aus Erzen.
• Wärmeleitfähigkeit:Nichteisenmetalle wie Kupfer und Aluminium übertragen Wärme effizient. Dadurch eignen sie sich für den Einsatz in Wärmetauschern, Kochutensilien und Kühlsystemen.
• Formbarkeit und Duktilität:Viele Nichteisenmetalle lassen sich leicht formen, biegen oder strecken, ohne zu brechen. Gold und Silber sind besonders weich und flexibel.
• Nicht magnetisch:Im Gegensatz zu Eisenmetallen ziehen die meisten Nichteisenmetalle keine Magneten an und haben keine magnetischen Eigenschaften. Daher werden sie verwendet, wenn magnetische Störungen vermieden werden müssen.
• Ästhetischer Reiz:Nichteisenmetalle haben aufgrund ihres natürlichen Glanzes und des langsamen Oxidationsprozesses oft ein attraktives Aussehen und werden daher für Schmuck und dekorative Zwecke ausgewählt.

Beispiele für Nichteisenmetalle und ihre Verwendung

Von Kupfer bis Aluminium finden Sie hier eine Liste gängiger Nichteisenmaterialien, die durch CNC-Bearbeitung und andere Techniken hergestellt werden können.

Kupfer
Kupfer wird seit Jahrtausenden verwendet und erfreut sich aufgrund seiner hervorragenden elektrischen und thermischen Leitfähigkeit auch heute noch großer Beliebtheit. Es ist gut korrosionsbeständig und sehr duktil, was bedeutet, dass es leicht geformt werden kann. Im Vergleich zu Kohlenstoffstahl weist Kupfer eine geringere Festigkeit auf. Kupfer und seine Legierungen wie Messing (Kupfer und Zink) und Bronze (Kupfer und Zinn) werden in Steckverbindern, elektrischen Leitungen, Sanitäranlagen, Dächern, Kochgeschirr und Dekorationsgegenständen verwendet. Auch Kupfer oxidiert mit der Zeit und entwickelt eine grünliche Oberfläche.

Messing
Messing ist eine gelbgoldene Legierung aus Kupfer und Zink. Es ist schwerer als viele Metalle und bietet eine gute Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit. Messing wird in Sanitäranlagen, Musikinstrumenten, Dekorationsgegenständen und verschiedenen Industrieteilen verwendet. Es gibt ihn in Sorten wie Rotguss, der mehr Kupfer enthält und für Anwendungen wie Ventile und Pumpen geschätzt wird.

Bronze
Bronze, eine Legierung, die hauptsächlich aus Kupfer und Zinn besteht, ist für ihre Haltbarkeit und Korrosionsbeständigkeit bekannt. Es hat eine warme, bräunliche Farbe und wird in Skulpturen, Schiffsausrüstung, Musikinstrumenten und architektonischen Dekorationen verwendet. Bronze war historisch wichtig für Werkzeuge und Waffen und wird auch heute noch für künstlerische und praktische Zwecke geschätzt.

Aluminium
Aluminium ist ein leichtes, silberweißes Metall, das leicht zu bearbeiten und korrosionsbeständig ist. Reinaluminium ist sehr duktil. Es leitet Wärme und Strom ziemlich gut, wenn auch nicht so gut wie Kupfer. Dieses Metall wird häufig in Flugzeugen, Autos, Booten, Fahrradrahmen, Haushaltsgegenständen und Baumaterialien verwendet. Die Aluminiumbearbeitungsdienste von CNCLATHING bieten verschiedene Geometrien, Oberflächenveredelungen und enge Toleranzen.

Leitung
Blei ist ein sehr schweres Nichteisenmetall, das für seine Weichheit und Korrosionsbeständigkeit bekannt ist. Es reagiert nicht leicht mit vielen Chemikalien und wurde in der Vergangenheit in Kugeln, Rohren und Farben verwendet. Heutzutage wird Blei hauptsächlich in Batterien, Stromkabeln und Säuretanks verwendet. Aufgrund seiner Toxizität erfordert der Umgang mit Blei Sorgfalt und spezielle Recyclingprozesse.

Nickel
Nickel erhöht die Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit, wenn es mit anderen Metallen legiert wird, und eignet sich gut für hohe und niedrige Temperaturen. Es wird auch beim Galvanisieren verwendet, um Oberflächen zu schützen und ihnen eine glänzende Oberfläche zu verleihen. Nickellegierungen kommen in vielen Branchen vor, darunter Luft- und Raumfahrt, Elektronik und Fertigung.

Zinn
Zinn ist weich, formbar und hat einen niedrigen Schmelzpunkt. Es wird hauptsächlich als Schutzbeschichtung auf Stahl verwendet, um Rost zu verhindern, beispielsweise in Lebensmitteldosen. Zinn ist auch ein wichtiger Bestandteil von Lot, das Metallteile in der Elektronik und Sanitärtechnik verbindet.

Titan
Titan ist ein starkes, aber leichtes Metall, das Korrosion und hohen Temperaturen widersteht. Sein Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht übertrifft das vieler Stähle und macht ihn ideal für Flugzeuge, Autos, medizinische Implantate und Sportartikel. Titanlegierungen kombinieren es mit anderen Elementen wie Aluminium und Vanadium, um Materialien zu schaffen, die für raue Umgebungen geeignet sind.

Zink
Zink schützt andere Metalle vor Rost, indem es auf ihrer Oberfläche eine Schutzschicht bildet. Es wird üblicherweise zum Beschichten von Stahl in einem Prozess namens Verzinken verwendet. Zink kommt in Produkten wie Leitplanken, Zäunen, Autoteilen und Batterien vor. Es wird auch in Farben, bei der Gummiherstellung und als Opferanode zur Verhinderung von Korrosion in Schiffsanwendungen eingesetzt.

Magnesium
Ein weiteres beliebtes Nichteisenmetall, Magnesium ist sehr leicht und weist ein gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht auf. Es ist leicht zu bearbeiten und weist eine gute Korrosionsbeständigkeit auf. Dieses Metall kommt häufig in der Luft- und Raumfahrt, in Automobilteilen, in der Elektronik, in Sportgeräten und in medizinischen Geräten vor.

Wie erkennt man Eisen- und Nichteisenmetalle?

Um Eisenmetalle von Nichteisenmetallen zu unterscheiden, können Sie einen einfachen Magnettest verwenden. Eisenmetalle enthalten Eisen, sind also magnetisch und der Magnet haftet an ihnen, während Nichteisenmetalle den Magneten nicht anziehen. Eisenmetalle sind normalerweise schwerer, weniger flexibel und anfällig für Rost. Sie enthalten häufig Legierungselemente, um die Festigkeit und Haltbarkeit zu verbessern. Diese Metalle kommen häufig in Gegenständen wie Werkzeugen, Autoteilen und Baumaterialien vor. Im Gegensatz dazu sind Nichteisenmetalle im Allgemeinen leichter.

Eisen- und Nichteisenmetalle – Unterschiede zwischen Eisen- und Nichteisenmetallen

1. Eisengehalt
Eisenmetalle enthalten eine große Menge Eisen, oft mehr als die Hälfte ihrer Zusammensetzung. Diese Eisenpräsenz definiert ihre Kerneigenschaften. Nichteisenmetalle hingegen enthalten wenig oder gar kein Eisen, was ihnen sehr unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften verleiht.

2. Magnetische Eigenschaften
Aufgrund des Eisengehalts sind die meisten Eisenmetalle magnetisch, was bedeutet, dass sie von Magneten angezogen werden und magnetisches Verhalten zeigen. Nichteisenmetalle weisen normalerweise keine magnetischen Eigenschaften auf, weshalb sie in elektronischen Geräten nützlich sind, bei denen magnetische Störungen vermieden werden müssen.

3. Korrosionsbeständigkeit
Eisenmetalle neigen im Laufe der Zeit dazu, zu rosten und zu korrodieren, wenn sie mit Feuchtigkeit und Sauerstoff in Kontakt kommen. Diese Anfälligkeit entsteht durch die Reaktion des Eisens mit der Umgebung. Im Gegensatz dazu sind Nichteisenmetalle viel korrosionsbeständiger und werden daher häufig für den Einsatz im Freien oder in feuchten Umgebungen wie Dächern und Sanitärinstallationen ausgewählt.

4. Dichte und Gewicht
Eisenmetalle sind im Allgemeinen dichter und schwerer, was zu ihrer Festigkeit und Haltbarkeit bei Hochleistungsanwendungen beiträgt. Nichteisenmetalle wiegen in der Regel weniger und haben eine geringere Dichte, weshalb sie bevorzugt werden, wenn es auf geringes Gewicht ankommt, beispielsweise bei Teilen in der Luft- und Raumfahrt oder bei Automobilen.

5. Stärke und Haltbarkeit
Eisenmetalle sind für ihre beeindruckende Festigkeit und Zähigkeit bekannt. Sie halten hohen Belastungen und rauen Bedingungen stand und werden daher im Baugewerbe, in Maschinen und Fahrzeugen eingesetzt. Die Festigkeit von Nichteisenmetallen ist sehr unterschiedlich. Einige, wie Titan, sind sehr stark, während andere, wie Aluminium, mäßige Festigkeit bei gleichzeitiger Leichtigkeit bieten.

6. Elektrische und thermische Leitfähigkeit
Eisenmetalle leiten normalerweise weder Strom noch Wärme so gut wie Nichteisenmetalle. Kupfer und Aluminium, zwei gängige Nichteisenmetalle, sind ausgezeichnete Leiter und eignen sich daher ideal für elektrische Leitungen, Elektronik und Wärmeaustauschsysteme.

7. Formbarkeit und Duktilität
Nichteisenmetalle sind oft formbarer und duktiler, was bedeutet, dass sie leichter geformt und gedehnt werden können, ohne zu brechen. Eisenmetalle sind tendenziell weniger flexibel, können aber legiert oder behandelt werden, um diese Eigenschaften für bestimmte Anwendungen zu verbessern.

8. Kosten
Eisenmetalle sind in der Regel günstiger, da Eisen reichlich vorhanden und leicht zu beschaffen ist. Nichteisenmetalle sind aufgrund ihrer relativen Seltenheit und der Komplexität ihrer Gewinnung und Verarbeitung tendenziell teurer. Edelmetalle wie Gold und Silber fallen in diese Kategorie und sind besonders wertvoll.

9. Recycling
Sowohl Eisen- als auch Nichteisenmetalle können recycelt werden, Eisenmetalle erfordern jedoch aufgrund ihrer magnetischen Eigenschaften und potenziellen Verunreinigungen eine detailliertere Sortierung und Verarbeitung. Nichteisenmetalle lassen sich leichter identifizieren und wiederholt ohne Qualitätsverlust recyceln.

10. Anwendungen basierend auf Eigenschaften
Eisenmetalle werden vor allem dort eingesetzt, wo Festigkeit, Haltbarkeit und magnetische Eigenschaften entscheidend sind, beispielsweise in Autos, Gebäuden und schweren Maschinen. Nichteisenmetalle werden in Situationen bevorzugt, in denen Korrosionsbeständigkeit, geringes Gewicht oder elektrische Leitfähigkeit erforderlich sind, einschließlich Kabel, Dächer, Elektronik und Dekorationsgegenstände.

11. Historische Verwendung
Nichteisenmetalle wie Kupfer, Gold und Silber gehörten zu den ersten Metallen, die der Mensch nutzte. Archäologische Beweise deuten darauf hin, dass Menschen um 9000–8000 v. Chr. damit begannen, natürliches Kupfer zur Herstellung von Perlenornamenten und kleinen Werkzeugen zu verwenden. Eisenmetalle verbreiteten sich später, als Werkzeuge und Waffen aus Eisen begannen, die aus Bronze gefertigten zu ersetzen, was zu bedeutenden technologischen Fortschritten führte.