Cos'è il metallo? Definizione, proprietà, tipi e usi

Cos'è il metallo? Una guida scientifica sui materiali alla definizione, alle proprietà e alla classificazione

I metalli sono ovunque - dalle travi utilizzate per sostenere i ponti, al cablaggio utilizzato all'interno, all'involucro utilizzato nel telefono Tuttavia, mentre potresti avere familiarità con i nomi e gli usi, la maggior parte delle persone sarebbe spinta a dare una spiegazione a livello atomico su ciò che rende un materiale un metallo Questa guida mira a spiegare esattamente che - che cosa è il metallo, quali proprietà gli consentono di qualificarsi per la classificazione, in che modo le principali categorie differiscono e quali sono le loro industrie di scelta? quella che segue è una raccolta di molte fonti di dati sui materiali, che dovrebbero fornire le informazioni necessarie per un ingegnere di produzione in erba o uno scienziato dei materiali nelle fasi di pianificazione.

Cos'è il metallo? Definizione e struttura atomica

Un metallo è una sostanza - sia nella sua forma elementare, una lega o un composto - che conduce elettricità, conduce calore, riflette la luce e che può essere deformata senza rompersi Dei 118 elementi elencati da IUPAC nella tavola periodica, circa 91 sono tipicamente genitori diversi in metallo, con una vasta gamma.

Di cosa sono fatti i metalli a livello atomico Tutti gli atomi di atomi metallici hanno un nucleo (protoni e neutroni) circondato da gusci di elettroni, ma è il fatto che l'atomo trattiene i suoi elettroni di mantovana in modo lasco che lo rende un elemento metallico, e quando un gran numero di atomi si aggregano, gli elettroni liberi delocalizzati possono lasciare il loro atomo genitore ed entrare in un numero collettivo, chiamato modello ‘electronsea’, che è stato suggerito dal fisico Paul Drde all'inizio del 1900.

A causa della natura uniforme del mare elettronico che centra il reticolo ionico in tutte le direzioni, i metalli tendono ad essere nella loro forma solida se usati a temperatura ambiente C'è un'eccezione Mercurio, con legami metallici insolitamente flaccidi che significano che fonde a soli 38,83 C.

Proprietà chiave dei metalli fisici e chimici

Le proprietà dei metalli rientrano in classificazioni ampiamente fisiche e chimiche Lo studio delle proprietà del metallo aiuta l'ingegnere progettista e produttore a decidere quali materiali sarebbero più adatti a qualsiasi progetto.

Proprietà fisiche

L'elevata conduttività termica ed elettrica dei metalli ha una spiegazione comune: gli elettroni delocalizzati possono trasportare la carica con poca resistenza quando viene applicata la tensione; l'argento ha la più alta conduttività elettrica di qualsiasi elemento in cima alla lista a 6,30 10 S/m. Tuttavia, costa dal 10 al 1/100 del prezzo del rame per chilogrammo, quindi non è commercialmente fattibile per l'uso, ad esempio, nel cablaggio elettrico. Il rame rimane uno dei principali conduttori di elettricità e calore nell'industria, offrendo prestazioni comparabili a una frazione del costo.

La malleabilità e la duttilità dipendono dalla struttura cristallina del materiale I metalli che esistono con una struttura cubica a facce centrate (FCC), come oro, argento, rame e alluminio, hanno più sistemi di scorrimento, ovvero quanti dei suoi piani atomici possono scorrere I metalli che esistono con una struttura cubica a corpo centrato (BCC) come tungsteno e ferro hanno meno sistemi di scorrimento, che, pur rendendoli più duri dei metalli FCC, non consentono un processo come la lavorazione a freddo, che a sua volta li rende meno duttili I metalli con una struttura esagonale a riempimento chiuso (HCP) come zinco e titanio sono in una croce tra i due sopra indicati.

Proprietà Chimiche

A livello chimico i metalli hanno la tendenza a perdere quando subiscono reazioni, formando ioni caricati positivamente Questi processi sono coniati ossidazione I metalli alcalini come sodio e potassio sono estremamente reattivi, specialmente con l'acqua, mentre l'oro o l'argento sono quasi completamente resistenti alla corrosione Il blocco di gruppi di elementi noti come metalli di transizione, dove tutti gli elettroni di energia più alta sono in d-orbitali rappresentano la porzione più grande della tavola periodica e includono cromo, rame molibdeno e la loro combinazione di reattività e fornisce i cavalli di battaglia delle metallurgie industriali I metalli sono classificati dal più al meno reattivi nella serie di reattività.

Tipi di leghe ferrose, non ferrose e

I metalli industriali possono essere classificati in senso ampio come due, o più raramente tre, gruppi a seconda che si tratti di metalli ferrosi, metalli non ferrosi o leghe I requisiti per l'utilizzo di ciascun tipo sono quindi specifici per l'applicazione per quanto riguarda costo, peso, resistenza e resistenza alla corrosione.

Metalli Ferrosi

Metalli ferrosi varie leghe di ferro Quelli comuni sono ghisa, (una lega ferro-carbonio con un contenuto di carbonio di circa 4,5%), (con una composizione di circa 0,0022.141TPT (o 0.20.221.4 g/kg o 2021400 ppm) carbonio che rende le proprietà di principalmente ferro). Rapporto 2024 della World Steel Association vede la produzione globale annuale di acciaio grezzo raggiungere 1.885 milioni di tonnellate metriche L'acciaio al carbonio si forma con 0,2-2,1% in peso di carbonio nell'equazione (via ASTM A941) e colare il contenuto di carbonio oltre 2% crea una produzione di ghisa, che è fragile ma altamente colabile.

Metalli non ferrosi

Non ferroso non contiene ferro Includono Alluminio, Rame, zinco, Titanio, Nichel e Oro, Argento È probabile che il più grande di gran lunga è Alluminio in crescita USD 1183,9 miliardi nel 2024, raggiungendo USD 1746,9 miliardi nel 2033 a CAGR di 4.2% La forza trainante dietro l'aumento è la domanda nel settore automobilistico e aerospaziale dove la sua leggerezza costituita da una densità di 2,70 g/cmq inferiore a quella di 7,85 g/cmq rende per alleggerimento dei veicoli come queste condividono la fusione di un'oncia risparmiata in peso con miglia percorse potenziale. (per Rapporto di mercato del Gruppo IMARC).

Lega

Formate quando due o più elementi vengono miscelati in una proporzione specifica specificata, almeno un elemento è un metallo, le leghe sono progettate per avere la qualità o l'intensità desiderata difficile da ottenere con le proprietà di un singolo elemento. Ad esempio, l'ottone fornisce proprietà più dure del rame o dello zinco individualmente, insieme a una migliore resistenza alla corrosione, essendo il bronzo una lega di stagno e rame, e l'aggiunta di cromo (10.5%) all'acciaio per produrre acciai inossidabili significa uno strato di forme protettive di ossido che significa che il metallo stesso non arrugginisce.

Esempi comuni di metalli e applicazioni industriali

Diversi tipi di metalli soddisfano diversi requisiti di costruzione, come mostrato di seguito per vari esempi.

Il riciclaggio dei metalli è una sezione in costante crescita della catena di fornitura globale. Dati del Bureau of International Recycling (BIR) 2024 suggerire che circa 630 milioni di tonnellate di acciaio riciclato entrano nella produzione di nuovo acciaio ogni anno; questo riciclaggio impedisce il rilascio di 950 milioni di tonnellate di emissioni di CO. Solo negli Stati Uniti l'acciaio riciclato costituisce 69,2% di produzione di acciaio grezzo, uno dei più alti livelli di acciaio riciclato tra le principali economie mondiali.

Analogamente, alla sezione non ferrosa, il riciclaggio di metalli non ferrosi come l'alluminio, il rame ha guadagnato la sua quota Mentre il materiale ferroso, durante il riciclaggio si ossida leggermente e decade in qualità, i metalli non ferrosi possono essere riciclati all'infinito senza alcuna degradazione del riciclaggio dell'alluminio richiederebbe circa solo 5% dell'energia utilizzata per ottenere l'alluminio dal minerale di bauxite e dalla fonderia.

Metalli contro non metalli contro metalloidi

Tutti gli elementi sulla tavola periodica si trovano in tre grandi categorie che sono metalli, non metalli e metalloidi Una linea di gradini della scala che corre diagonalmente dal boro (B, numero 5) al polonio (Po, numero 84) divide la tavola periodica in due parti A sinistra si trovano i metalli, a destra i non metalli lungo la parte superiore, inferiore della diagonale appartiene ai metalloidi.

Uinteraliano.

I metalloidi sono particolarmente interessanti perché collegano due domini Silicio-elettrico ha una conduttività di circa 1,56 10 S/m. Quello (o qualsiasi elemento di transizione) ha un decennio di conduttività quello del rame (5,96 10 S/m), ma milioni di volte quello dello zolfo (conduttanza prossima allo zero) non implica mediocrità; fornisce la capacità di collegare il mondo con uno strato di silicio il prezzo di un motel L'industria globale del silicio valeva più di $600 miliardi di dollari.

Come sono modellati i metalli Lavorazione CNC e lavorazione dei metalli

Il metallo grezzo può diventare il prodotto finale attraverso vari processi di fabbricazione-fusione, forgiatura, saldatura, lavorazione Particolarmente vantaggioso per fare prodotti metallici con tolleranze dimensionali strette è la lavorazione CNC (Computer Numerical Control) Il processo di lavorazione prevede la rimozione del metallo da un blocco solido di metallo lungo percorsi utensile generati digitalmente, produce tolleranze di ±0,005 mm.

Ogni tipo di metallo detta i propri parametri di lavorazione L'alluminio, che ha una durezza di soli 2,75 Mohs è lavorato attraverso il taglio con testa affondata idealmente con una estesa e rapida dissipazione del calore attraverso un'elevata conduttività termica Il titanio, al confronto ha una reattività chimica molto elevata ad alta temperatura, e il lavoro si indurisce portando a velocità di taglio e alimentazione inferiori all'ideale con utensili molto rigidi D'altra parte l'acciaio inossidabile, per uno strato resistente alla corrosione di ossido di cromo, è molto duro, quindi nella lavorazione vengono utilizzate sia utensili potentemente affilati che raffreddati con silice.

Quando un progetto richiede Servizi di lavorazione dei metalli CNC, la decisione iniziale è quella di trovare una lega metallica appropriata per soddisfare le esigenze dell'applicazione: resistenza, peso, ambiente di corrosione, classe di tolleranza. Il team di ingegneri di Le Creator funziona con alluminio, acciaio, acciaio inossidabile, ottone, rame e titanio per applicazioni automobilistiche, mediche ed elettroniche.

Domande Frequenti