Кольорові метали

Легкі та важкі метали

Кольорові метали і сплави умовно підрозділяють на легкі і важкі. До легких відносяться метали, у яких густина не перевищує 5 г/см³: магній, берилій, алюміній, титан і ін. (найлегший метал — літій — 0,536 г/см³). До важких відносять 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 Т_пл. до 600 °C (цинк, свинець, кадмій, бісмут, олово й ін.). Середню Т_пл. (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 σ_в < 50 МПа (олово, свинець, бісмут, кадмій). Практично всі метали, що є основою сучасних конструкційних сплавів (алюміній, магній, мідь, цинк, нікель та інші) мають σ_в 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 відносяться 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]

				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	${\displaystyle \geqslant 310}$	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	${\displaystyle \geqslant 180}$	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	${\displaystyle \geqslant 725}$	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	${\displaystyle \geqslant 63}$	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	${\displaystyle \geqslant 430}$	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	${\displaystyle \geqslant 545}$	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	${\displaystyle \geqslant 1215}$	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	${\displaystyle \geqslant 1260}$	<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	${\displaystyle \geqslant 1050}$	24мгnbsp;8·10-4 Fr   Th
	Чорні	3	Cr, Mn, Fe	7,2...7,9 Fe	1244...1890 Mn  Cr	${\displaystyle \geqslant 545}$	2·10-2 5,1·105 Cr  Fe
	Кремній	1	Si	2,3	1423	880	27,6

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 же 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.

• Цветные металлы (журнал)
• Руди кольорових металів

• 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.

• 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.

• 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