Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι μετάλλων με διαφορετικές ταξινομήσεις για να διαλέξετε. Τα μεταλλικά στοιχεία αποτελούν το 75% των στοιχείων του περιοδικού πίνακα. Μέταλλα όπως ο σίδηρος, ο χάλυβας, ο χαλκός, ο μπρούντζος, ο ορείχαλκος, το αλουμίνιο, το τιτάνιο και ο μόλυβδος χρησιμοποιούνται με χιλιάδες διαφορετικούς τρόπους στην καθημερινή ζωή.
Σημασία των ιδιοτήτων του μετάλλου
Αν και τα μέταλλα έχουν παρόμοιες ιδιότητες, η καταλληλότητα ενός διαφέρει ανάλογα με την προβλεπόμενη χρήση. Υπάρχουν πολλές σημαντικές ιδιότητες: σημείο τήξης, ευκολία μηχανικής κατεργασίας και συγκόλλησης, αντοχή, ανθεκτικότητα, αισθητική, ανοχή θερμοκρασίας, θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα και, φυσικά, κόστος.
Αυτές οι ιδιότητες και χαρακτηριστικά καθορίζονται από το εάν το μέταλλο είναι σιδηρούχο ή μη σιδηρούχο (που υποδηλώνει την παρουσία σιδήρου) ή/και από την προσθήκη άλλων καθαρών μετάλλων (για τη δημιουργία κραμάτων). Επομένως, η ταξινόμηση των μετάλλων είναι ένα πολύτιμο εργαλείο για την επιλογή του κατάλληλου μετάλλου για έναν συγκεκριμένο σκοπό.
Ταξινόμηση μετάλλων
Υπάρχουν δύο κύριοι τρόποι ταξινόμησης μετάλλων: κατά περιεκτικότητα σε σίδηρο ή κατά ατομική δομή:
Ταξινόμηση ανάλογα με την περιεκτικότητα σε σίδηρο
Το αν ένα μέταλλο περιέχει σίδηρο καθορίζει την πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδο ταξινόμησης. Αυτό καθορίζει ότι το μέταλλο είναι σίδηρος, για παράδειγμα, χάλυβας, χυτοσίδηρος, σφυρήλατος σίδηρος. Ο σίδηρος δίνει στο μέταλλο μαγνητικές ιδιότητες και το κάνει επιρρεπές στη διάβρωση. Τα μέταλλα χωρίς σίδηρο δεν έχουν μαγνητικές ιδιότητες και ονομάζονται μη σιδηρούχα μέταλλα. Παραδείγματα περιλαμβάνουν αλουμίνιο, μόλυβδο, ορείχαλκο, χαλκό και ψευδάργυρο.
Ταξινόμηση σύμφωνα με την ατομική δομή
Τα μέταλλα ταξινομούνται επίσης σύμφωνα με την ατομική τους δομή όπως καθορίζεται από τον περιοδικό πίνακα. Αυτά τα μέταλλα ταξινομούνται περαιτέρω ως μέταλλα αλκαλίων, μετάπτωσης ή αλκαλικών γαιών. Τα μέταλλα της ίδιας ομάδας τείνουν να συμπεριφέρονται παρόμοια, όπως να έχουν χαμηλά σημεία τήξης και να σκουραίνουν όταν εκτίθενται στον αέρα.
Ποιες είναι οι κατηγορίες των μετάλλων;
Τα μέταλλα χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες με βάση την περιεκτικότητά τους σε σίδηρο: σιδηρούχα μέταλλα, μη σιδηρούχα μέταλλα και κράματα μετάλλων.
Σιδήρου μέταλλα
Σχεδόν το 90% όλων των μετάλλων που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή είναι σιδηρούχα μέταλλα, όπως ο χάλυβας. Η λέξη “ferrous” προέρχεται από τη λατινική λέξη “ferrum”, που σημαίνει “σίδερο”. Στα σιδηρούχα μέταλλα περιλαμβάνονται ο χάλυβας, ο χυτοσίδηρος και τα κράματα σιδήρου με άλλα μέταλλα (όπως ο ανοξείδωτος χάλυβας). Τα χαρακτηριστικά τους:
- Αντοχή
- Αντοχή σε εφελκυσμό
- Ηλεκτρική αγωγιμότητα
- Χαμηλή αντοχή στη διάβρωση
- Ανακυκλωμένο
- Κυρίως μαγνητικά
- Ασημί χρώμα
Η αντοχή και η ανθεκτικότητα των σιδηρούχων μετάλλων, όπως ο χυτοσίδηρος και ο χάλυβας, χρησιμοποιούνται ευρέως στον κατασκευαστικό τομέα για την κατασκευή γεφυρών και ουρανοξυστών. Τα σιδηρούχα μέταλλα βρίσκονται επίσης σε πλοία, σωλήνες, αυτοκίνητα, σιδηροδρόμους και διάφορες εμπορικές και οικιακές συσκευές.
Τα περισσότερα σιδηρούχα μέταλλα έχουν υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα, επομένως τείνουν να σκουριάζουν. Ωστόσο, ο σφυρήλατος σίδηρος αποτελεί εξαίρεση λόγω της καθαρότητάς του, η οποία του προσδίδει αντοχή στη διάβρωση. Με τη σύντηξη των στοιχείων, ο χάλυβας γίνεται πιο ανθεκτικός στη σκουριά σε υγρές συνθήκες, όπως η προσθήκη χρωμίου στον ανοξείδωτο χάλυβα.
Μη σιδηρούχα μέταλλα
Τα μη σιδηρούχα μέταλλα είναι κράματα ή μέταλλα που δεν περιέχουν καθόλου (ή πολύ λίγο) σίδηρο. Είναι γενικά πιο ακριβά από τα σιδηρούχα μέταλλα λόγω της ελαφρότητάς τους. Άλλα χαρακτηριστικά:
- Μη μαγνητικές ιδιότητες
- Εύκολη επεξεργασία (συμπεριλαμβανομένης της μηχανικής κατεργασίας, της χύτευσης και της συγκόλλησης)
- Υψηλή αντοχή στη διάβρωση
- Καλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα
- Χαμηλή πυκνότητα
- Μη μαγνητικό
- Ποικιλία χρωμάτων
Τα μη σιδηρούχα μέταλλα λαμβάνονται συνήθως από ορυκτά όπως ανθρακικά, πυριτικά και σουλφίδια και εξευγενίζονται με ηλεκτρόλυση. Αυτά περιλαμβάνουν αλουμίνιο, χαλκό, μόλυβδο, νικέλιο, κασσίτερο, τιτάνιο και ψευδάργυρο, καθώς και κράματα χαλκού όπως ορείχαλκος και μπρούντζος. Άλλα σπάνια ή πολύτιμα μη σιδηρούχα υλικά περιλαμβάνουν χρυσό, ασήμι, πλατίνα, κοβάλτιο, υδράργυρο, βολφράμιο, λίθιο και ζιρκόνιο.
Τα μη σιδηρούχα μέταλλα χρησιμοποιούνται σε ποικίλες εμπορικές, βιομηχανικές και οικιακές εφαρμογές. Μερικά, όπως το αλουμίνιο ή τα κράματα τιτανίου, μπορούν να αντικαταστήσουν τον χάλυβα, αλλά είναι γενικά πιο ακριβά και πιο κατάλληλα για χρήση λόγω των ειδικών ιδιοτήτων τους. Όντας πιο μαλακά και πιο ελατά, τα μη σιδηρούχα μέταλλα όπως ο χρυσός και το ασήμι μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πιο αισθητικά περιβάλλοντα.
Κράματα μετάλλων
Τα κράματα μετάλλων είναι συνδυασμοί περισσότερων του ενός στοιχείων, συμπεριλαμβανομένου ενός άλλου μετάλλου. Για παράδειγμα, ο ορείχαλκος είναι ένα κράμα δύο μετάλλων, του χαλκού και του ψευδαργύρου. Ο χάλυβας είναι ένα κράμα ενός μεταλλικού στοιχείου (σίδηρος) και περίπου 2% ενός μη μεταλλικού στοιχείου (άνθρακας).
Λιώνοντας ένα μέταλλο, μπορούμε να ενισχύσουμε μια συγκεκριμένη ιδιότητα. Κάθε συστατικό κράματος φέρνει κάτι διαφορετικό στο μείγμα, δημιουργώντας ένα μοναδικό προϊόν που είναι πιο σκληρό, πιο ανθεκτικό, πιο ανθεκτικό στη διάβρωση ή έχει μεγαλύτερη χωρητικότητα φορτίου. Για τους λόγους αυτούς, έχουν μεγάλη ζήτηση σε διάφορους τομείς και βιομηχανίες όπως η μεταποίηση, τα ηλεκτρονικά είδη, τα είδη οικιακής χρήσης, η αρχιτεκτονική, τα υδραυλικά, η αυτοκινητοβιομηχανία και η αεροδιαστημική.
Ο σίδηρος και τα κράματά του και οι ιδιότητές τους
Ο σίδηρος είναι το πιο σημαντικό από όλα τα μέταλλα στη σύγχρονη κοινωνία. Δεδομένου ότι περίπου το 5% του φλοιού της Γης είναι σίδηρος, είναι σχετικά εύκολο να βρεθεί.
Το κύριο ακατέργαστο μέταλλο είναι ο ορείχαλκος σίδηρος, ο οποίος επεξεργάζεται περαιτέρω σε καθαρό σίδηρο. Αν και ο καθαρός σίδηρος είναι ισχυρότερος από άλλα μέταλλα, δεν είναι ανθεκτικός στη διάβρωση και είναι εξαιρετικά βαρύς λόγω της υψηλής πυκνότητάς του. Με την προσθήκη άνθρακα στο σίδηρο (για τη δημιουργία ανθρακούχου χάλυβα), αυτά τα μειονεκτήματα μειώνονται κάπως. Είναι η ικανότητα δημιουργίας πολλών διαφορετικών τύπων χάλυβα που κάνει το σίδερο τόσο σημαντικό στη ζωή μας, από συνδετήρες έως ουρανοξύστες.
Διαφορετικοί τύποι μετάλλων
Εδώ είναι μερικά μέταλλα που χρησιμοποιούνται συνήθως:
Σίδερο
Ο σίδηρος είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο και φθηνότερο μέταλλο. Υπάρχουν τρεις τύποι: ο ορείχαλκος, ο χυτοσίδηρος και ο σφυρήλατος σίδηρος.
- Ορείχαλκος: Ακατέργαστη μορφή σιδήρου που χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη για την παραγωγή διαφόρων άλλων σιδηρούχων μετάλλων όπως ο χυτοσίδηρος και ο χάλυβας.
- Χυτοσίδηρος: Κατασκευάζεται με τήξη ορείχαλκου με οπτάνθρακα και ασβέστη. Ο χυτοσίδηρος είναι εύθραυστος και δύσκολο να συγκολληθεί. Ωστόσο, είναι ένα εξαιρετικό υλικό μηχανικής με ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, ιδιαίτερα στην αυτοκινητοβιομηχανία, λόγω του σχετικά χαμηλού σημείου τήξεως, της ικανότητας χύτευσης, της εξαιρετικής μηχανικής ικανότητας και της αντοχής του σε παραμόρφωση και φθορά.
- Σφυρήλατο σίδηρος: Σκληρός, όλκιμος και ανθεκτικός στη διάβρωση, ο σφυρήλατος σίδηρος είναι μια πολύ καθαρή μορφή μετάλλου με μικρές ποσότητες πυριτικής σκωρίας συμπιεσμένες στις ίνες. Αυτό σημαίνει ότι είναι ιδανικό για τη διαμόρφωση προϊόντων όπως κάγκελα, πύλες και έπιπλα κήπου. Ωστόσο, ο μαλακός χάλυβας (βλ. παρακάτω) αντικατέστησε σε μεγάλο βαθμό τον σφυρήλατο σίδηρο.
Ατσάλι
Ο χάλυβας είναι ένα κράμα που αποτελείται από πολλά χημικά στοιχεία, μαζί με σίδηρο και άνθρακα, το οποίο δημιουργεί ένα ισχυρό και ανθεκτικό στη θραύση μέταλλο. Η υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό και το χαμηλό κόστος το καθιστούν το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο υλικό για μια μεγάλη ποικιλία προϊόντων, από κτίρια, όπλα και μηχανήματα μέχρι ηλεκτρικό εξοπλισμό και μια ποικιλία συσκευών.
- Ανθρακούχο χάλυβα: Ορίζεται ως βασικός χάλυβας που αποτελείται από άνθρακα και σίδηρο, μερικές φορές με πολύ μικρές ποσότητες άλλων στοιχείων που προστίθενται. Αυτά τα κράματα περιλαμβάνουν μαγγάνιο, βανάδιο, χρώμιο, νικέλιο και βολφράμιο. Διαφέρουν ως προς την αντοχή, την αντοχή στην τριβή και τη φθορά, και επίσης επηρεάζουν τις ηλεκτρικές και μαγνητικές ιδιότητες. Χρησιμοποιείται για σωλήνες, ειδικά σε εφαρμογές που σχετίζονται με την ενέργεια, είναι ένα πολύ κοινό μέταλλο επειδή παραμένει σχετικά φθηνό στην παραγωγή του.
- Ανοξείδωτος χάλυβας: Ο ανοξείδωτος χάλυβας έχει υψηλή περιεκτικότητα σε χρώμιο που τον καθιστά 200 φορές πιο ανθεκτικό στη διάβρωση από τον μαλακό χάλυβα. Είναι ένα μέταλλο υψηλής αξίας όπου η υγιεινή και οι υψηλές απαιτήσεις καθαριότητας είναι σημαντικές – για παράδειγμα σε χειρουργεία, οδοντιατρεία και κουζίνες.
