Со времен бронзового века многое произошло. Существуют тысячи различных типов и марок металла, и каждый из них разработан для очень специфических применений.
Каждый день вы будете регулярно соприкасаться с десятками видов металлов. Вот интересное руководство, которое познакомит вас с некоторыми из этих распространенных металлов и с тем, где вы их найдете. Кстати, изделия из металла доступны на странице специализированного сайта.
Сталь
Это самый распространенный металл в современном мире.
Сталь, по определению, это просто железо (элемент), смешанный с углеродом. Обычно это соотношение составляет около 99% железа и 1% углерода, хотя это соотношение может немного варьироваться.
Забавный факт: в 2017 году в мире было произведено более 1,8 миллиарда тонн стали (половина из которых была произведена в Китае). Средний африканский слон весит около 5 тонн. Если бы вы поставили слонов одного на другого, чтобы получился действительно своеобразный мост на Луну (на самом деле это невозможно), он все равно был бы не таким тяжелым, как вес стали, которая производится каждый год.
На самом деле существует множество различных видов стали. Вот обзор основных типов:
Углеродистая сталь
Это базовая сталь, хороший старый углерод и железо, хотя могут быть добавлены некоторые другие, очень небольшие количества других элементов.
Три основные категории — низкоуглеродистая, средне- и высокоуглеродистая сталь. Чем больше углерода, тем тверже и прочнее. Чем меньше углерода, тем дешевле, мягче и проще в производстве.
Углеродистая сталь чаще всего используется в качестве конструкционного строительного материала, в простых механических компонентах и в различных инструментах.
Легированная сталь
Думайте об этом как о генетически модифицированной стали. Легированная сталь производится путем добавления других элементов в смесь. Это изменяет свойства и, по сути, делает металл настраиваемым. Это чрезвычайно распространенный тип металла, потому что его производство, как правило, все еще очень дешево.
Распространенные легирующие элементы для стали включают марганец, ванадий, хром, никель и вольфрам. Каждый из этих элементов по-разному изменяет свойства металла.
Например, легирующая сталь может придать дополнительную прочность высокопроизводительным шестерням, большую устойчивость к коррозии и износу медицинских имплантатов и увеличить давление, которое могут выдерживать трубопроводы. Его обычно считают рабочей лошадкой в мире металла.
Нержавеющая сталь
Технически это разновидность легированной стали, но существует так много видов в таких огромных количествах, что ей обычно присваивается отдельная категория. Это сталь, которая специально разработана для защиты от коррозии.
По сути, это просто сталь с заметным содержанием хрома. При коррозии хром создает сверхтонкий барьер, который замедляет образование ржавчины. Если вы поцарапаете барьер, немедленно образуется новый.
Вы увидите много такого на кухнях: ножи, столы, столовые приборы, все, что соприкасается с пищевыми продуктами.
Не очень забавный факт: только потому, что что-то сделано из нержавеющей стали, это не значит, что оно не может заржаветь. Различные составы в разной степени предотвращают ржавление. Нержавеющая сталь, используемая в соленой воде, должна быть особенно устойчивой к коррозии, чтобы не подвергаться гниению. Но все виды нержавеющей стали ржавеют, если их не чистить и за ними не ухаживать должным образом.
Железо (кованое или литое)
Несмотря на то, что это очень старомодный металл (особенно распространенный в “железном веке”), у него все еще много современных применений.
Во-первых, это основной ингредиент стали. Но помимо этого, вот несколько других применений и объяснение, почему используется железо:
- Кухонная посуда (например, сковородки) – Пористая поверхность позволяет растительному маслу пригорать и создает естественную поверхность с антипригарным покрытием
- Дровяные печи – Чугун имеет чрезвычайно высокую температуру плавления, поэтому печь может выдерживать высокие температуры
- Основания и рамы для тяжелой техники – этот тяжелый металл снижает вибрацию и обеспечивает жесткость
Забавный факт: Железо является шестым наиболее распространенным элементом во Вселенной.
Алюминий
Что касается металлов, то это действительно современный вариант. Алюминий впервые был изготовлен в 1825 году, и с тех пор он стал основой для ряда масштабных достижений.
Например, из-за его удивительного соотношения прочности к весу именно этот металл в значительной степени отвечает за полет человека на Луну. Он легко поддается обработке и не ржавеет, что делает его отличным для банок из-под газировки. И, что (возможно) важнее всего, из него можно сделать действительно тонкий лист, который можно использовать для приготовления барбекю из свежевыловленной рыбы до идеальной влажности.
Хотя процесс получения алюминия немного сложнее, чем некоторых других металлов, на самом деле это чрезвычайно распространенный металл. Это самый распространенный цветной (не содержащий железа) металл на планете.
Хотя он не ржавеет, он будет окисляться. Железо — фактически единственный металл, который “ржавеет” по определению. Алюминий подвержен коррозии при контакте с солью. Тем не менее, он не подвержен коррозии при контакте с водой. Это делает алюминий действительно полезным для изготовления таких вещей, как лодки для пресной воды.
Вероятно, вы ежедневно сталкиваетесь с алюминием чаще, чем думаете. В этой статье будет объяснено, почему.
Магний
Магний — действительно классный металл. Это примерно на 2/3 меньше веса алюминия, и он обладает сопоставимой прочностью. Из-за этого это становится все более распространенным.
Чаще всего вы увидите, что это сплав. Это означает, что его смешивают с другими металлами и элементами для получения гибридного материала со специфическими свойствами. Это также может упростить использование в производственных процессах.
Одно из самых популярных применений магния — в автомобильной промышленности. Магний считается шагом вперед по сравнению с алюминием, когда дело доходит до высокопрочного снижения веса, и он не астрономически дороже.
Некоторые места, где вы увидите магний на автомобилях повышенной проходимости, находятся в колесных дисках, блоках двигателя и коробках передач.
Однако у магния есть недостатки. По сравнению с алюминием, он легче подвержен коррозии. Например, он подвержен коррозии при контакте с водой, в отличие от алюминия.
В целом это примерно вдвое дороже алюминия, но, как правило, быстрее в производстве.
Забавный факт: магний действительно легко воспламеняется, и горит он очень горячо. Металлическую стружку, опилки и порошок необходимо аккуратно утилизировать, чтобы предотвратить взрыв.
Медь
Медь — еще один старомодный металл. Сегодня вы часто увидите его в виде сплава (подробнее об этом позже) или в достаточно чистом состоянии.
Распространенные области применения включают электронику, водопроводные трубы и гигантские статуи, олицетворяющие свободу. Медь образует патину, или окисленный слой, который фактически предотвращает дальнейшую коррозию. По сути, он позеленеет и перестанет подвергаться коррозии. Это может прослужить столетия.
Латунь
Латунь на самом деле представляет собой сплав меди и цинка. Полученный желтый металл действительно полезен по ряду причин.
Его золотистый цвет делает его действительно популярным для украшения. Этот металл часто используется в антикварной мебели в качестве ручек.
Он также чрезвычайно ковкий, что означает, что его можно выковывать и формировать. Вот почему он используется для изготовления духовых инструментов, таких как тубы, трубы и тромбоны. Им легко придать форму (условно говоря), и они долговечны.
Бронза
Это делается в основном из меди, но также содержит около 12% олова. В результате получается металл, который тверже обычной меди.
Бронза также может быть сплавом с другими элементами. Например, алюминий, никель, цинк и марганец являются распространенными легирующими элементами. Каждый из них может очень заметно изменить металл.
Бронза имеет огромное историческое значение (например, в бронзовом веке), и ее легко выбрать. Его часто можно увидеть в массивных церковных колоколах. Бронза прочная, поэтому она не трескается и не гнется, как другие металлы, когда по ней звонят. Это также звучит лучше.
Современные виды использования включают скульптуры и предметы искусства, пружины и подшипники, а также гитарные струны.
Забавный факт: бронза была первым искусственным сплавом.
Цинк
Это интересный металл из-за того, насколько он полезен.
Сам по себе он имеет довольно низкую температуру плавления, что делает его очень легким для литья. Материал легко течет при расплавлении, и получающиеся изделия относительно прочные. Его также очень легко расплавить и переработать.
Цинк — действительно распространенный металл, который используется в покрытиях для защиты других металлов. Например, часто можно увидеть оцинкованную сталь, которая в основном представляет собой просто сталь, пропитанную цинком. Это поможет предотвратить появление ржавчины.
Интересный факт: ежегодно производится около 12 миллионов тонн цинка, и половина из этого количества используется для цинкования.
Титан
Это действительно удивительный современный металл. Впервые он был обнаружен в 1791 году, впервые создан в чистом виде в 1910 году и впервые изготовлен вне лаборатории в 1932 году.
Титан на самом деле действительно распространен (7-й по распространенности металл на Земле), но его действительно трудно перерабатывать. Вот почему этот металл такой дорогой. Это также действительно полезно:
- Титан биосовместим, а это значит, что ваше тело не будет сопротивляться и отторгать его. Медицинские имплантаты обычно изготавливаются из титана.
- Его соотношение прочности к весу выше, чем у любого другого металла. Это делает его чрезвычайно ценным для всего, что летает.
- Он действительно устойчив к коррозии
- Нитрид титана (титан, вступающий в реакцию с азотом в высокоэнергетическом вакууме) — невероятно твердое покрытие с низким коэффициентом трения, которое наносится на металлорежущие инструменты.
Забавный факт: Причина, по которой титан устойчив к коррозии, заключается в том, что он мгновенно вступает в реакцию с кислородом, создавая действительно тонкий и прочный барьер, защищающий металл. Если соскрести барьер, мгновенно образуется новый. Это похоже на то, что он самовосстанавливается.
Бонусный забавный факт: титан не встречается в природе сам по себе. Он всегда соединяется с другим элементом.
Вольфрам
Вольфрам обладает самой высокой температурой плавления и самой высокой прочностью на разрыв из всех чистых металлов. Это делает его чрезвычайно полезным.
Около половины всего вольфрама используется для производства карбида вольфрама. Это невероятно твердый материал, который используется для изготовления режущих инструментов (для добычи полезных ископаемых и металлообработки), абразивов и тяжелого оборудования. С его помощью можно легко резать титан и высокотемпературные суперсплавы.
Свое название он получил от шведских слов “tung sten“, что означает “тяжелый камень”. Его плотность примерно в 1,7 раза превышает плотность свинца.
Вольфрам также является популярным легирующим элементом. Поскольку температура плавления металла очень высока, его часто сплавляют с другими элементами для изготовления таких предметов, как ракетные сопла, которые должны выдерживать экстремальные температуры.
Никель
Никель — действительно распространенный элемент, который используется повсюду. Его наиболее распространенное применение — в производстве нержавеющей стали, где он повышает прочность металла и коррозионную стойкость. На самом деле, почти 70% никеля в мире используется для производства нержавеющей стали.
Интересно, что никель составляет всего 25% от состава пятицентовой американской монеты.
Никель также является распространенным металлом, используемым для нанесения покрытий и легирования. Его можно использовать для покрытия лабораторного и химического оборудования, а также всего, что должно иметь действительно гладкую, полированную поверхность.
Забавный факт: никель получил свое название из немецкого фольклора средневековой эпохи. Никелевая руда очень похожа на медную, но когда старые шахтеры не могли добыть из нее медь, они обвинили в этом озорного эльфа по имени Никель.
Кобальт
Это металл, который долгое время использовался для получения синего пигмента в красках и красителях. Сегодня он в основном используется для изготовления износостойких, высокопрочных стальных сплавов.
Кобальт очень редко добывается сам по себе, на самом деле это побочный продукт производства меди и никеля.
Олово
Олово действительно мягкое и податливое. Он используется в качестве легирующего элемента для изготовления таких изделий, как бронза (1/8 олова и 7/8 меди). Это также основной ингредиент в оловянной посуде (85-99%).
Забавный факт: Когда вы сгибаете брусок жести, вы можете услышать нечто, называемое “жестяной крик”. Это дребезжащий звук реорганизации кристаллической структуры (называемый двойникованием).
Свинец
Свинец действительно мягкий и податливый, а также очень плотный и тяжелый. К тому же у него действительно низкая температура плавления.
В 1800-х годах было обнаружено, что свинец на самом деле довольно токсичный материал. Вот почему он не так распространен в наше время, хотя не так давно его все еще можно было найти в таких предметах, как краски и пули.
Свинец — это нейротоксин, который, помимо прочего, может вызывать повреждение мозга и поведенческие проблемы.
Тем не менее, у него все еще есть современное применение. Например, он отлично подходит для защиты от радиации. Его также иногда добавляют в медные сплавы, чтобы их было легче резать. Медно-свинцовая смесь часто используется для улучшения эксплуатационных характеристик подшипников.
Кремний
Технически говоря, кремний — это металлоид. Это означает, что он обладает как металлическими, так и неметаллическими свойствами.
Например, это выглядит как металл. Он твердый, блестящий, гибкий и имеет высокую температуру плавления. Однако он плохо проводит электричество. Отчасти поэтому он не считается цельнометаллическим.
Тем не менее, это обычный элемент, который можно найти в металлах. Использование его для легирования может немного изменить свойства металла. Например, добавление кремния в алюминий облегчает сварку.