Металл ― популярный конструкционный материал, область применения которого зависит от принадлежности к черной или цветной группе. Давайте разберемся, чем отличаются эти группы, какими свойствами они обладают, где применяются и как обрабатываются.
Что такое черный металл
В черную группу попадают все разновидности железоуглеродистых сплавов:
- Стали ― так называют сплавы с содержанием углерода менее 2,14 процента;
- Чугуны ― под этим термином понимают сплавы с содержанием углерода более 2,14 процента.
Основа любого черного сплава ― железо, которое определяет базовые свойства подобных конструкционных материалов. Для чермета характерна высокая прочность и стойкость к износу. Оба качества более явно выражены у чугунов, а для всех сортов стали характерна пластичность (ковкость) и способность поглощать нагрузку без потери формы изделия. Все железоуглеродистые сплавы легко магнитятся, а также страдают от коррозии. Этим они в корне отличаются от цветных металлов, которые не магнитятся и не страдают от коррозии.
Основы классификации
Основной принцип классификации ― по содержанию углерода, мы уже разобрали, поэтому давайте рассмотрим эту проблему более подробно. Классификация сталей предполагает определение сортов:
- По химсоставу ― в этом случае основой классификации является выделение низкоуглеродистого (до 0,25%), среднеуглеродистого (до 0,6%) и высокоуглеродистого (до 2%) сорта;
- По проценту легирующих присадок ― этот способ классификации подразделяет сортамент на низколегированную (до 2,5% в сумме) и высоколегированную (более 2,5%) группу.
Чугуны делят на четыре базовых сорта ― серый, ковкий, высокопрочный и белый. В основе классификации ― структура и вид графита в железоуглеродистом сплаве. У серых сортов графит принимает форму пластины, у ковких ― хлопьев, у высокопрочных ― шариков, у белых ― железокарбида (цементита). Форма графита влияет на сферу применения чугуна точно также, как химсостав и процент присадок влияет на судьбу сталей.
Области применения
Сферы применения всех разновидностей черных металлов можно перечислять очень долго. Вместо этого мы выделим:
- Конструкционную группу сталей, которые используются в строительстве металлоконструкций любого типа ― от цельнометаллических мостов до станин обрабатывающих линий.
- Инструментальную группу сталей, к которой относятся сплавы для производства режущего инструмента, штампов, измерительных приборов, ответственных деталей машин. Обычно инструментальные сплавы имеют высокую твердость и износостойкость.
- Нержавеющую группу сталей, в которую входят высокоуглеродистые сплавы с содержанием хрома не менее 12%. Они не магнитятся и остаются устойчивыми к коррозии даже при контакте с нагретыми кислотами, но относятся к черным металлам, а не к цветной группе. Сфера применения нержавейки очень широка ― от медицины до химпрома.
- Литейную группу чугуна ― в нее входят сорта, применяемые при отливке деталей любой формы.
- Передельную группу чугуна ― сюда входят полуфабрикаты, из которых делается вся сталь.
Типичные сферы применения чермета ― машиностроение, строительство, транспорт, бытовая техника, металлургия и другие отрасли, где есть потребность в прочном, износостойком, простом в обработке материале на основе железа.
Что такое цветной металл
Термином «цветной» обозначают любой металл, кроме железа. Поэтому в список цветных металлов попадает и сверхпрочный титан, и мягкий свинец. Однако в чистом виде цветные металлы практически не используются. На их основе делают сплавы с нужными промышленности свойствами, например, латунь (медь + цинк) или бронзу (медь + олово). Характерные свойства цветмета:
- Небольшой удельный вес (исключение ― свинец);
- Устойчивость к коррозии за счет мгновенного появления оксидной пленки (но нержавейка не считается цветметом);
- Высокая теплопроводность и низкое электрическое сопротивление;
- Высокая пластичность (даже у сверхпрочного титана), допускающая простую механическую обработку.
Цветмет используют там, где нет места сталям и чугунам. Однако он может идти с черметом рука об руку. Примеры такого сотрудничества ― хром и никель, превращающие легированную сталь в нержавейку, а также цинк, которыми покрывают листовой прокат и литые изделия. Цветмет увеличивает срок службы изделий, снижает их вес, улучшает эксплуатационные характеристики.
Классификация и сфера применения цветмета
В разнообразии цветмета можно выделить:
- Электротехническую группу (чистая медь и алюминий) ― в нее входят материалы для производства проводов любого сечения;
- Конструкционные разновидности (титан, силумин, бронза, латунь) ― из них делают металлоконструкции, корпуса, отдельные детали и целые узлы механизмов;
- Драгметаллы (золото, серебро, платина) ― используются в ювелирном деле, а также в финансовом секторе (как инвестиционный актив);
- Редкоземельные и тугоплавкие разновидности (литий, неодим, рений, вольфрам) ― применяются в химпроме, электротехнике, сталелитейном производстве.
Некоторые металлы могут входить в несколько групп, например, алюминий, из которого делают электропроводку и силумин для корпусов электродвигателей. Часть металлов практически никогда не используют в чистом виде, например, никель 67% которого идет на производство легированной стали. Поэтому в основе классификации цветмета находятся не физические и химические характеристики, а практика использования.
Различия между черными и цветными металлами
Чермет отличается от цветмета значительной массовой долей железа. Если содержание железа в сплаве измеряется десятыми долями процента ― пред вами цветмет. Поэтому удельный вес цветмета намного ниже, чем у сталей и чугунов. Титан может быть прочнее любой легированной стали, а свинец ― тяжелее чугуна, но это исключение, подтверждающее правило. Общая для всех цветных металлов черта ― пластичность, которая упрощает обработку и короткий срок окисления, объясняющий возникновение на поверхности оксидной пленки, защищающей основу от коррозии. Железо окисляется не так быстро и красиво, поэтому ржавчина может буквально съесть металлоконструкцию.
Нюансы обработки цветных и черных металлов
Высокая твердость и прочность чугунов и сталей повышают требования к режущему инструменту, а также режимам токарной, фрезерной и абразивной обработки. Склонность к образованию искр вынуждает прибегать к мерам защиты рабочего места от возгорания. Обработанную зону лучше сразу же защитить от коррозии.
Защищающая цветмет от коррозии оксидная пленка мешает некоторым способам обработки металлов. Лазерная резка, сварка алюминия и некоторых других разновидностей возможна только в среде инертных газов. Высокая пластичность цветмета затрудняет резку ― стружка и обрезки могут прилипнуть к инструменту, а высокая теплопроводность повышает риски перегрева, поэтому точение и шлифования сопровождается введением в зону обработки смазочно-охлаждающей жидкости.
У нашей компании есть опыт сварки и резки любого цветмета. Мы делаем мелкосерийные партии деталей и конструкционных элементов любой сложности. По вопросам сотрудничества звоните по телефону +7 (495) 142-23-68 или пишите в WhatsApp + 7 (926) 905-54-50.
