Metallarten im Überblick: Klassifizierungen und wichtige Eigenschaften

Es gibt verschiedene Metallarten, die für spezifische Anwendungen geeignet sind. Obwohl Metalle durch Abbau von Erz aus dem Erdinneren hergestellt werden. Sie werden in großindustriellem Maßstab aus Gesteinen extrahiert. Davon abgesehen ist unser Zweck hier, die verschiedenen Metallarten und ihre Funktionen zu diskutieren.

Aber vorher: Verschiedene Metalle haben eine oder mehrere mechanische Eigenschaften wie Härte, Fähigkeit, wiederholter Spannung zu widerstehen (Ermüdungsfestigkeit), Duktilität und Formbarkeit. Diese Eigenschaften werden oft Defekten oder Unvollkommenheiten in ihrer Kristallstruktur zugeschrieben.

Arten von Metallen und ihre Klassifizierungen

Metalle können nach folgenden Kriterien klassifiziert werden:

• Eisengehalt
• Atomstruktur
• Magnetische und nicht-magnetische Metalle

Klassifizierung nach Eisengehalt:

Der Eisengehalt ist die gängigste Art, verschiedene Metallarten zu klassifizieren. Metalle, die Eisen enthalten, werden als NE-Metalle (ferro metals) bezeichnet. Der Eisenanteil verleiht dem Material magnetische Eigenschaften und macht sie auch anfällig für Korrosion bei Feuchtigkeitsexposition.

Andererseits werden Metalle, die keinen Eisengehalt haben, als Nichteisenmetalle (non-ferrous metals) bezeichnet. Sie haben keine magnetischen Eigenschaften. Beispiele für Nichteisenmetalle sind Aluminium, Blei, Messing, Kupfer und Zink.

Klassifizierung der Metalle nach ihrer Atomstruktur:

Metalle können auch basierend auf ihrer Atomstruktur im Periodensystem klassifiziert werden. Sie können als Alkalimetalle, Erdalkalimetalle oder Übergangsmetalle bekannt sein, die zur gleichen Gruppe gehören und sich ähnlich verhalten, wenn sie mit anderen Elementen reagieren. Das heißt, sie haben ähnliche chemische Eigenschaften.

Klassifizierung nach magnetischen und nicht-magnetischen Metallen:

Ein weiterer guter Weg, Metalle zu unterscheiden, ist die Prüfung ihrer Reaktion auf Magnete. Tatsächlich ist es sehr möglich, Metalltypen als magnetisch und nicht-magnetisch zu unterscheiden, da ferromagnetische Metalle gut und stark von Magneten angezogen werden. Andererseits zeigen paramagnetische Metalle schwache Wechselwirkungen mit Magneten. Schließlich gibt es eine Gruppe von Metallen, die schwache Abstoßung gegenüber Magneten zeigen.

Nun tauchen wir in gängige Metallarten und ihre Eigenschaften ein.

Metalle da draußen teilen einige ähnliche mechanische Eigenschaften, aber bei genauerer Betrachtung muss eines leicht andere Eigenschaften haben als das andere. Es gibt mögliche Wege, die Eigenschaften von Metallen zu optimieren, um die gewünschte Eigenschaft zu erhalten.

Es gibt Dinge, die bei der Auswahl eines Metalls für eine bestimmte Anwendung berücksichtigt werden müssen. Diese Faktoren können umfassen:

• Schmelzpunkt
• Kosten, Bearbeitbarkeit
• Verfügbarer Bauraum
• Ausreichender Sicherheitsfaktor
• Temperaturkoeffizient
• Dichte
• Thermische und elektrische Leitfähigkeit

Metallarten

Eisen

In unserem heutigen Leben ist die Implementierung von Eisen Teil der Zivilisation geworden, da 5 % der Erdkruste aus Eisen besteht. Das heißt, Metalle sind sehr leicht zu finden. Reines Eisen wird als instabiles Element bezeichnet, es reagiert mit Sauerstoff in der Luft zu Oxid. Dies ist die erste Gelegenheit von Eisen.

Eisen wird aus seinen Erzen im Hochofen gewonnen; in der ersten Stufe wird Roheisen hergestellt. Obwohl es weiter zu reinem Eisen veredelt werden kann. Das Eisen landet oft in Stahl und anderen Legierungen. NE-Metalle machen fast 90 % der hergestellten Metalle aus.

Reine Eisen sind stärker als andere Metalle, enthalten aber nicht die oft erforderlichen Eigenschaften. Reine Eisen sind nicht korrosionsbeständig, was eine grundlegende benötigte Eigenschaft ist. Um Eisen vor Korrosion zu schützen, müssen einige Anpassungen vorgenommen werden, was mehr Geld und Energie kostet.

Zweitens sind reine Eisen aufgrund ihrer hohen Dichte extrem schwer. Ihre Anwendung an Strukturen macht Bau und Wartung schwieriger. Um reines Eisen nützlicher zu machen, muss Kohlenstoff zum Eisen hinzugefügt werden. Die Mischung aus Eisen und Kohlenstoff bis zu einem bestimmten Grenzwert wird als Kohlenstoffstahl bezeichnet, was viel vorteilhafter ist. Die Zugabe von Kohlenstoff zu Eisen macht Eisen viel stärker, und einige andere großartige Eigenschaften werden ebenfalls gewonnen. Hier müssen Sie über Stahl lernen.

Stahl

Stähle sind Metalle mit hoher Zugfestigkeit und hohem Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, was mehr Festigkeit pro Masseneinheit Stahl bedeutet. Deshalb dienen sie hervorragend als Baumaterial. Mit Stahl können kleinere und stärkere Komponenten erhalten werden. Stahl ist extrem langlebig, das heißt, er hält länger und widersteht externen Faktoren besser als andere Alternativen.

Zusätzlich sind Stähle duktil und können in verschiedene erforderliche Formen gebracht werden, ohne ihre Eigenschaften zu verlieren. Basierend auf dem Eisengehalt werden Stähle in drei Kategorien klassifiziert.

Klassifizierung von Kohlenstoffstahl

Nachfolgend ist die Klassifizierung von Stahl nach seinem Kohlenstoffgehalt aufgeführt.

· Niedrigkohlenstoffstahl (Low Carbon Steel):

Niedrigkohlenstoffstahl, auch als Baustahl bekannt, enthält bis zu 0,25 % Kohlenstoff im Eisen. Er wird oft für Rohre bei mittleren Druckanwendungen verwendet. Er ist auch im Bauwesen üblich als Bewehrungsstahl und I-Träger aus Niedrigkohlenstoffstahl. Generell wird Niedrigkohlenstoffstahl in Anwendungen eingesetzt, die eine große Menge Stahl ohne Formen oder Biegen erfordern. Schiffsrümpfe sind ein gutes Beispiel.

· Mittelkohlenstoffstahl (Medium Carbon Steel):

Mittelkohlenstoffstahl enthält etwa 0,25 % bis 0,6 % Kohlenstoff. Er bietet auch hohe Zugfestigkeit und Duktilität. Deshalb wird er meist für Zahnräder und Wellen, Eisenbahnräder und Schienen, Stahlträger in Gebäuden und Brücken etc. verwendet.

· Hochkohlenstoffstahl (High Carbon Steel):

Hochkohlenstoffstahl enthält mehr als 0,6 % Kohlenstoff. Im Gegensatz zu den zuvor aufgeführten ist dieser Stahl spröder und härter. Er wird in Anwendungen wie Meißeln und anderen Schneidwerkzeugen verwendet, da er großartige Eigenschaften einschließlich Härte und guter Verschleißfestigkeit bietet. Er dient auch gut in Pressen und wird für die Herstellung von Bohrern verwendet.

Die oben genannten Stahltypen werden allgemein als Kohlenstoffstahl bezeichnet, da sie Legierungselemente enthalten, um ihre Eigenschaften zu verbessern. Zum Beispiel wird Chrom für Korrosionsbeständigkeit hinzugefügt, oder Mangan zur Verbesserung der Härtbarkeit und Zugfestigkeit.

Legierter Stahl (Alloy Steel):

Diese Metalltypen haben mehrere hinzugefügte Elemente, um ihre verschiedenen Eigenschaften zu verbessern. Andere Metalle wie Mangan, Kupfer, Silizium, Titan, Nickel und Aluminium können in unterschiedlichen Anteilen hinzugefügt werden.

Legierter Stahl hat bessere Härtbarkeit, Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit, Duktilität und Formbarkeit. Er wird weit in Lagern, Heizelementen, Elektromotoren, Federn, Pipelines, Zahnrädern etc. verwendet. Nachfolgend sind die Typen von legiertem Stahl aufgeführt.

· Edelstahl (Stainless Steel):

Edelstahl enthält einen hohen Chromanteil, was ihn 200-mal korrosionsbeständiger macht als Baustahl. Das macht ihn ideal für Küchenutensilien, Rohrleitungen, zahnmedizinische und chirurgische Geräte etc. Er benötigt keine Beschichtung, da seine Oberflächenbeschaffenheit ansprechend ist.

· Werkzeugstahl (Tool Steel):

Werkzeugstahl wird für die Herstellung von Schneid- und Bohrwerkzeugen verwendet, da ihre hohe Härte sie perfekt für solche Aufgaben macht. Diese Stahlsorten enthalten Molybdän, Vanadium, Kobalt und Wolfram, die als Legierungsbestandteile dienen.

Arten von Nichteisenmetallen

Nachfolgend sind die verschiedenen Arten von Nichteisenmetallen aufgeführt, die in der Industrie verwendet werden.

Aluminium:

Aluminium wird aus seinem Erz Bauxit gewonnen; es ist leicht, fest und hat gute Eigenschaften. Es ist das am weitesten verbreitete Metall auf der Erde aufgrund seiner guten Eigenschaften wie Langlebigkeit, Leichtgewicht, Korrosionsbeständigkeit, gute elektrische Leitfähigkeit, Fähigkeit, Legierungen mit Metallen zu bilden, nicht-magnetisch und leicht zu bearbeiten.

Kupfer:

Kupfer sind Nichteisenmetalle, die nicht unerwähnt bleiben können. Es existiert seit langem, weil es leicht formbar ist und heute noch in der Industrie verwendet wird. Kupfer kommt in der Natur nicht in reiner Form vor. Es wird aus Erz gewonnen und verhüttet.

Kupfer ist der beste Leiter im Vergleich zu anderen, außer Silber. Deshalb wird es als Leiter in elektrischen Schaltkreisen verwendet. Auch Küchenutensilien werden oft aus Kupfer hergestellt, aufgrund ihrer ausgezeichneten Wärmeleitfähigkeit.

Blei:

Blei ist ein korrosionsbeständiges Nichteisenmetall und hoch bearbeitbar. Es wird als Klopffestigkeitsverbesserer in Benzin verwendet und kann in einigen Fällen für Rohrleitungen und Farbe eingesetzt werden. Blei ist immer noch in Munition, Autobatterien, Strahlenschutz, Kabelummantelungen, Gewichte etc. verbreitet.

Messing (Brass):

Messing ist eine Legierung aus Kupfer und Zink in nennenswertem Anteil, abhängig von den elektrischen und mechanischen Eigenschaften, die das Metall erfordert. Es enthält auch Mengen anderer metallischer Elemente wie Aluminium, Blei und Mangan.

Diese Metalltypen werden für Reibungsarme Anwendungen wie Sanitär, Musikinstrumente, Lager, Schlösser, Werkzeuge und Armaturen verwendet. Messing bietet Sicherheitsvorteile für Anwendungen zur Vermeidung von Funken und kann in brennbaren Umgebungen eingesetzt werden.

Titan:

Titan ist ein großartiger Typ von Konstruktionsmetallen aufgrund seines Leichtgewichts und seiner Festigkeit. Es hat auch hohe thermische Stabilität sogar bei Temperaturen von 480 °C. Aufgrund dieser Eigenschaften wird es in der Luft- und Raumfahrtindustrie, bei militärischen Geräten und in medizinischen Anwendungen aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit eingesetzt. Schließlich wird Titan in der chemischen und Sportartikelindustrie verwendet.

Bronze:

Bronze ist eine Kupferlegierung, enthält aber Zinn statt Zink. Andere Elemente wie Mangan, Phosphor, Silizium und Aluminium können hinzugefügt werden, um ihre Eigenschaften für eine bestimmte Anwendung zu verbessern. Bronze ist hart, spröde und ermüdungsfest. Sie hat auch gute elektrische und thermische Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit.

Diese Nichteisenmetalltypen werden zur Herstellung von Spiegeln und Reflektoren verwendet. Sie wird auch als elektrischer Verbinder aufgrund ihrer Leitfähigkeit eingesetzt. Sie wird auch in untergetauchten Teilen und Schiffsausrüstungen aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit verwendet.

Zink:

Zink sind beliebte Metalltypen, die in medizinischen und industriellen Bereichen verwendet werden. Seine primäre Verwendung ist das Verzinken von Stahl, um es vor Korrosion zu schützen. Es wird auch zur Herstellung von Druckguss Teilen für die Elektro-, Hardware- und Automobilindustrie verwendet. Da Zink ein niedriges elektrochemisches Potenzial hat, wird es in marinen Anwendungen eingesetzt, um Korrosion anderer Metalle durch Kathodenschutz zu verhindern. Opferzinkanoden können Ventile, Tanks und Pipelines schützen.

Fazit

Metalle sind heute etwas, worauf wir nicht verzichten können; tatsächlich sind sie Teil der menschlichen Zivilisation seit Entdeckungen an ihnen. In diesem Artikel haben wir die verschiedenen Arten von Eisen- und Nichteisenmetallen erklärt und auch ihre Klassifizierung erwähnt.

Ich hoffe, Sie haben die Lektüre genossen. Falls ja, kommentieren und teilen Sie mit anderen technischen Studierenden. Danke!