Кольорові метали
Кольоро́ві мета́ли — це промислова назва всіх металів, крім заліза та елементів його групи. Зазвичай ознакою кольорового металу був його специфічний колір, відмінний від темно-сірого, наприклад, білий (алюміній, срібло), жовтий (золото), червоний (мідь) тощо.
Кольорові метали, такі, як мідь а також олово, свинець почали застосовувати раніше від заліза і його сплавів, початок їх застосування належить до «бронзової доби».
Властивості кольорових металів визначаються особливістю їхньої атомної будови. Установлена чітко виражена періодична залежність багатьох властивостей елементів від їхнього атомного номера.
Характеристики[ред. | ред. код]
| Характеристики кольорових металів та сплавів[1] | |||
|---|---|---|---|
| Назва матеріалів | Густина, кг/м³ | Температура плавлення, °С | Питомий опір при 20°С, Ом·мм²/м |
| Алюміній | 2 700 | 660 | 0,027—0,030 |
| Бронза | 8 800—8 900 | 890—1 050 | 0,02—0,05 |
| Вольфрам | 18 000—19 300 | 3 370—3 400 | 0,053—0,055 |
| Латунь | 8 400—8 700 | 900—960 | 0,03—0,08 |
| Мідь | 8 700—8 900 | 1 080 | 0,0175—0,018 |
| Нікель | 8 800—8 900 | 1 450 | 0,068—0,072 |
| Олово | 7 300 | 232 | 0,012 |
| Платина | 21 450 | 1 755 | 0,096—0,10 |
| Свинець | 11 340 | 327 | 0,217—0,227 |
| Срібло | 10 500 | 960 | 0,015—0,016 |
| Цинк | 6 900—7 100 | 420 | 0,054—0,063 |
| Ніхром | 8 200 | 1 360 (1 000)[2] | 1,10 |
| Фехраль | 7 600 | 1 450 (850) | 1,20 |
| Константан | 8 800 | 1 270 (500) | 0,50 |
| Манганін | 8 300 | 940 (300) | 0,46 |
| Нейзильбер | 8 400 | 1 050 (250) | 0,35 |
Класифікація за фізико-хімічними властивостями[ред. | ред. код]
- Легкі та важкі метали
Кольорові метали і сплави умовно підрозділяють на легкі і важкі. До легких належать метали, у яких густина не перевищує 5 г/см³: магній, берилій, алюміній, титан і ін. (найлегший метал — літій — 0,536 г/см³). До важких належать метали, у яких щільність перевищує 5 г/см³. Найважчими елементами є осмій (22,48 г/см³), іридій (22,46 г/см³), золото і вольфрам (19,3 г/см³).
- Класифікація за температурою плавлення
Кольорові метали підрозділяють також за температурою плавлення. Легкоплавкі мають Тпл. до 600 °C (цинк, свинець, кадмій, бісмут, олово й ін.). Середню Тпл. (600 — 1600 °C) має мідь. Тугоплавкими вважаються метали, що плавляться при температурах вище 1 600 °C — титан, хром, ванадій, цирконій і ін.
- Міцнісні характеристики
Серед кольорових металів є маломіцні, з границею міцності при розтягу σв < 50 МПа (олово, свинець, бісмут, кадмій). Практично всі метали, що є основою сучасних конструкційних сплавів (алюміній, магній, мідь, цинк, нікель та інші) мають σв до 500 МПа.
За пластичністю кольорові метали поділяють на пластичні з відносним подовженням, δ, понад 3 — 5 % і крихкі. Більше кольорових металів є пластичними. До крихких металів належать бісмут, стибій, марганець. Пластичність металів суттєво залежить від концентрації в них природних домішок. Чим чистішим є метал, тим він має більшу пластичність.
- Електропровідність
Більшість кольорових металів мають високу електропровідність (срібло, мідь, золото, алюміній).
- Корозійна стійкість
Корозієстійкими є золото, хром, ніобій, тантал, свинець. Кольорові метали є дорогими.
Часто з кольорових металів умовно виділяють такі групи:
- легкі метали: алюміній, титан і магній;
- важкі метали: мідь, цинк, нікель, олово і свинець, застосовуються в машинобудуванні;
- дорогоцінні метали: золото, срібло і платина, використовуються переважно в ювелірній промисловості;
- лужні метали: калій, натрій і літій
- лужноземельні метали: кальцій, барій і стронцій, застосовуються в хімії.
- рідкісні важкі метали: кадмій, вольфрам, молібден, манган, кобальт, ванадій, бісмут, використовуються в сплавах з важкими металами.
Характеристика кольорових металів та сплавів[3][ред. | ред. код]
| Фізико-хімічні характеристики | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| №№ груп та підгруп | Назва групи (підгрупи) | Кількість елементів | Елементи | Густина, кг/м³ | Температура плавлення, °С | Тепловий ефект утворення нижчого оксиду, кДж/моль, O2 | Кларк. % мас. |
| I 1 | Важкі основи | 5 | Ni, Cu, Zn, Sn, Pb | 7,3...11,3 Sn Pb |
232...1455 Sn Ni |
6·10-4 2·10-2 Sn Zn | |
| I 2 | Важкі малі | 6 | Co, As, Cd, Sb, Hg, Bi | 5,7...13,6 As Hg |
-39...1493 Hg Co |
7·10-6 5·10-4 Hg As | |
| II | Легкі | 8 | Na, Mg, Al, K, Ca, Ti, Sr, Ba | 0,9...4,3 K Ti |
63...1677 K Ti |
4·10-2 8,8·102 Sr Al | |
| III | Благородні | 8 | Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, Au | 10,5...29,5 Ag Os |
962...3000 Ag Os |
5·10-7 2·10-5 Au Pt | |
| IV 1 | Рідкісні тугоплавкі | 8 | V, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Re | 6,1...21 V Re |
2125...3420 Zr W |
1·10-2 2·10-2 Re Zr | |
| IV 2 | Рідкісні розсіяні | 6 | Ga, Ge, Se, In, Te, Tl | 4,4...11,9 Se Tl |
30...936 Ga Ge |
1·10-4 1,5·10-3 Te Ga | |
| IV 3 | Рідкісні легкі | 4 | Li, Be, Rb, Cs | 0,5...1,9 Li Cs |
29...1285 Rb Be |
6·10-4 3·10-2 Be Rb | |
| IV 4 | Рідкісноземельні | 17 | Sc, Y, La лантаноїди |
3,0...6,8 Sc Ce |
804...1525 Ce Y |
<10-7 2,8·10-2 Лант. Y | |
| IV 5 | Радіоактивні | 24 | Tc, Po, Fr, Ra, Ac, Th, U, зауранові | 6,0...19,1 Ra U |
15...1750 Fr Th |
24мг 8·10-4 Fr Th | |
| Чорні | 3 | Cr, Mn, Fe | 7,2...7,9 Fe |
1244...1890 Mn Cr |
2·10-2 5,1·105 Cr Fe | ||
| Кремній | 1 | Si | 2,3 | 1423 | 880 | 27,6 | |
Класифікація за призначенням[ред. | ред. код]
За промисловим призначенням та використанням кольорові метали і їх сплави розділяють на дві групи:
- Конструкційні матеріали
До конструкційних належать кольорові метали і сплави, що використовуються для виготовлення різних деталей, вузлів машин і конструкцій. До них належать більшість сплавів на основі міді, алюмінію, магнію, титану тощо:
- матеріали з особливими технологічними властивостями (сплави на основі міді — латуні і бронзи);
- матеріали з малою густиною (сплави на основі алюмінію і магнію);
- матеріали з високою питомою міцністю (титан, берилій і сплави на їх основі);
- антифрикційні матеріали — підшипникові сплави (бабіти та ін.);
- матеріали, стійкі до впливу температури і робочого середовища — корозієстійкі (срібло, золото, платина та ін.), жаротривкі, жароміцні, холодотривкі, радіаційно-тривкі матеріали та ін.
- Матеріали з особливими фізичними властивостями
До кольорових металів і сплавів з особливими фізичними властивостями належать:
- матеріали з особливими електричними властивостями — з високою електропровідністю, з високим електричним опором для нагрівальних елементів і реостатів, припої, напівпровідникові матеріали;
- матеріали з особливими магнітними властивостями;
- матеріали з особливими тепловими властивостями.
З урахуванням того, що один і той самий метал часто є основою сплавів різного призначення, поширеною є класифікація металевих сплавів за основним металом. Найбільше застосування в техніці відповідно до цієї класифікаційної ознаки знаходять наступні матеріали:
- сплави на основі міді;
- сплави на основі алюмінію;
- сплави на основі титану;
- сплави на основі магнію;
- сплави на основі берилію
- сплави на основі легкоплавких металів — цинку, олова, свинцю та ін.;
- тугоплавкі метали (V, Nb, Zr, W, Mo, Ta) і сплави на їх основі;
- благородні метали (Ag, Au, Pt та ін.) і сплави на їх основі.
Примітки[ред. | ред. код]
- ↑ Карягин А. Г. Материалы для электромонтажных работ. — 2-е изд., перераб. — М.: Энергоиздат, 1981. —64 с., ил.— (Б-ка электромонтера; Вып. 520).
- ↑ У дужках наведена найбільша робоча температура сплавів з більшим питомим опором.
- ↑ Рабінович О. В. Металургія кольорових металів. — Дніпропетровськ.: НМетАУ, Журфонд 2009. —154 с.
Див. також[ред. | ред. код]
- Цветные металлы (журнал)
- Руди кольорових металів
Джерела[ред. | ред. код]
- Смирнов В. А, Бредихин В. Н., Шевелев А. И. Обогащение руд и отходов цветных металлов / Монография. — Донецк: Издат. дом Кальмиус, 2008. — 500 с.
- Лившиц Б. Г., Крапошин В. С., Линецкий Я. Л. Физические свойства металлов и сплавов. — М.: Металлургия. — 1980. — 316 с.
- Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение. — М.: Машиностроение. — 1980. — 493 с.
- Колачев Б. А., Ливанов В. А., Елагин В. И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. — М.: Металлургия. — 1981. — 414 с.
- Смирнов В. О. Металургія кольорових металів. Збагачення руд кольорових металів: [підручник] / В. О. Смирнов, В. М. Бредіхін, М. О. Маняк ; за ред. І. Ф. Червоного. — Запоріжжя: Вид-во ЗДІА, 2008. — Ч. 2. — 322 с.
Література[ред. | ред. код]
- Кольорові метали та сплави : навч. посіб. Ч.1. Мідь та мідні сплави / Л.І. Богун, Е.І. Плешаков, С.Г. Швачко, Т.Л. Тепла; за заг. ред. З. Дурягіної. – Львів : Львівська політехніка, 2017. – 124 с. – ISBN 966-941-051-1.
Посилання[ред. | ред. код]
- Кольорові метали // Термінологічний словник-довідник з будівництва та архітектури / Р. А. Шмиг, В. М. Боярчук, І. М. Добрянський, В. М. Барабаш ; за заг. ред. Р. А. Шмига. — Львів, 2010. — С. 110. — ISBN 978-966-7407-83-4.
- Кольорові метали