O que é metal? Definição, propriedades, tipos e usos

O que é metal? Um guia de ciência de materiais para definição, propriedades e classificação

Os metais estão por toda parte - desde os feixes usados para suportar pontes, até a fiação usada no interior, até o invólucro usado em seu telefone No entanto, embora você possa estar familiarizado com os nomes e os usos, a maioria das pessoas seria pressionada para dar uma explicação em nível atômico sobre o que torna um material um metal Este guia visa explicar exatamente o que é metal, quais propriedades permitem que ele se qualifique para a classificação, de que maneiras as principais categorias diferem e quais são suas indústrias de escolha? a seguir está uma compilação de muitas fontes de dados de materiais, que devem fornecer as informações necessárias para um engenheiro de fabricação iniciante ou um cientista de materiais nas etapas de planejamento.

O que é metal? definição e estrutura atômica

Um metal é uma substância - seja na sua forma elementar, uma liga ou composto - que conduz eletricidade, conduz calor, reflete luz e que pode ser deformada sem quebrar Dos 118 elementos listados por IUPAC na tabela periódica, cerca de 91 são tipicamente parentes de metal diverso, de alcance extensivo.

De que são feitos os metais a nível atómico? todos os átomos de átomos metálicos têm um núcleo (prótons e nêutrons) rodeado por camadas de elétrons, mas é o fato de que o átomo mantém seus elétrons de valência frouxamente que o torna um elemento metálico, e quando um grande número de átomos agrega, os elétrons livres deslocalizados podem deixar seu átomo pai e entrar em um número coletivo, chamado de modelo ‘electronsea’, que foi sugerido pelo físico Paul Drde no início dos anos 1900.

Devido à natureza uniforme do mar eletrônico centralizando a rede iônica em todas as direções, os metais tendem a estar em sua forma sólida quando usados à temperatura ambiente. Há uma exceção ao Mercúrio, com ligações metálicas incomumente flácidas que significam que ele derrete a apenas 38,83°C.

Principais propriedades dos metais físicos e químicos

As propriedades do metal se enquadram em classificações amplamente físicas e químicas O estudo das propriedades do metal ajuda o engenheiro de projeto e fabricação a decidir quais materiais seriam mais adequados para qualquer projeto.

Propriedades Físicas

A alta condutividade térmica e elétrica dos metais tem uma explicação comum - os elétrons deslocalizados podem transportar a carga com pouca resistência quando a tensão é aplicada; a prata tem a maior condutividade elétrica de qualquer elemento no topo da lista, 6,30 10 S/m. No entanto, custa 10 a 1/100 do preço do cobre por quilograma, portanto não é comercialmente viável para uso, por exemplo, na fiação elétrica. O cobre continua a ser um dos principais condutores de eletricidade e calor na indústria, proporcionando um desempenho comparável por uma fração do custo.

A maleabilidade e a ductilidade são dependentes da estrutura cristalina do material Os metais que existem com uma estrutura cúbica de face centrada (FCC), como ouro, prata, cobre e alumínio, têm mais sistemas de deslizamento, que é quantos dos seus planos atómicos podem deslizar Os metais que existem com uma estrutura cúbica de corpo centrado (BCC) como o tungsténio e o ferro têm menos sistemas de deslizamento, o que, embora os torne mais duros que os metais FCC, não permite um processo como o trabalho a frio, que por sua vez os torna menos dúcteis Os metais com uma estrutura hexagonal compactada (HCP) como o zinco e o titânio estão num cruzamento entre os dois acima.

Propriedades Químicas

Em um nível químico os metais têm uma tendência a perder elétrons quando sofrem reações, formando íons carregados positivamente Estes processos são cunhados oxidação Metais alcalinos como sódio e potássio são extremamente reativos, especialmente com água, enquanto ouro ou prata são quase completamente resistentes à corrosão O bloco de grupos de elementos conhecidos como metais de transição, onde todos os elétrons de maior energia estão em d-orbitais representam a maior porção da tabela periódica e incluem cromo, cobre e molibdênio (sua combinação de reatividade e estabilidade fornece os cavalos de trabalho das metalurgias industriais Os metais são classificados da maioria para a menos reativa na série de reatividade.

Tipos de metais ferrosos, não ferrosos e ligas

Os metais industriais podem ser classificados amplamente como dois, ou mais raramente três, grupos, dependendo se são metais ferrosos, metais não ferrosos ou ligas. Os requisitos para a utilização de cada tipo são então específicos da aplicação no que diz respeito ao custo, peso, resistência e resistência à corrosão.

Metais Ferrosos

Os metais ferrosos contêm ligas variadas de ferro Os comuns são o ferro fundido, (uma liga de ferro-carbono com um teor de carbono de cerca de 4,5%), (com uma composição de cerca de 0,002.14% (ou 0,02.002.4 g/kg ou 2021400 ppm) carbono fazendo as propriedades do ferro principalmente). Relatório de 2024 da Associação Mundial do Aço vê a produção global anual de aço bruto atingindo 1.885 milhões de toneladas métricas O aço carbono é formado com 0,2-2,11TP3 T em peso de carbono na equação (via ASTM A941) e fundir o teor de carbono acima de 21TP3 T cria uma produção de ferro fundido, que é frágil, mas altamente fundível.

Metais Não Ferrosos

Não ferroso não contém ferro Eles incluem Alumínio, Cobre, zinco, Titânio, Níquel e Ouro, Prata É provável que o maior de longe é Alumínio crescendo USD 1183,9 bilhões em 2024, atingindo USD 1746,9 bilhões em 2033 no CAGR de 4,21TP3 T. A força motriz por trás do aumento é a demanda nas indústrias automotiva e aeroespacial, onde sua leveza consistindo de uma densidade de 2,70 g/cm2 abaixo da de 7,85 g/cm2 faz para o clareamento de veículos como estes compartilham a onça economizada em peso com milhas percorridas potencial. (per Relatório de mercado do Grupo IMARC).

Ligas

Formadas quando dois ou mais elementos são misturados em uma proporção específica especificada, pelo menos um elemento sendo um metal, as ligas são projetadas para terem a qualidade ou intensidade desejada difícil de alcançar com propriedades de um único elemento. Por exemplo, o latão fornece propriedades que são mais duras que o cobre ou o zinco individualmente, juntamente com melhor resistência à corrosão, sendo o bronze uma liga de estanho e cobre, e a adição de cromo (10,5%) ao aço para produzir aços inoxidáveis significa uma camada de formas protetoras de óxido, o que significa que o metal em si não enferrujará.

Exemplos comuns de metais e aplicações industriais

Diferentes tipos de metais atendem a diferentes requisitos de construção, conforme mostrado abaixo para vários exemplos.

A reciclagem de metais é uma seção em constante crescimento da cadeia de suprimentos global. Dados de 2024 do Bureau of International Recycling (BIR) sugerir que cerca de 630 milhões de toneladas de aço reciclado entrem em fazer aço novo a cada ano; esta reciclagem impede a liberação de 950 milhões de toneladas de emissões de CO Só nos EUA o aço reciclado constitui 69,21TP3 T de produção de aço bruto, um dos mais altos níveis de aço reciclado entre as principais economias mundiais.

Da mesma forma, na seção não ferrosa, a reciclagem de metais não ferrosos como alumínio, cobre ganhou sua parte Enquanto o material ferroso, durante a reciclagem oxida ligeiramente e morre em qualidade, os metais não ferrosos podem ser reciclados ad infinitum sem qualquer degradação do material A reciclagem de alumínio levaria cerca de apenas 51TP3 T da energia usada para obter alumínio do minério de bauxita e fundição.

Metais vs. Não-metais vs. Metalóides

Todos os elementos na tabela periódica encontram-se em três grandes categorias que são metais, não-metais e metalóides Uma linha de degrau de escada que corre diagonalmente de boro (B, número 5) para polônio (Po, número 84) divide a tabela periódica em duas partes À esquerda encontra-se os metais, à direita os não-metais ao longo da parte superior, inferior da diagonal pertence aos metalóides.

Uinter-aliano.

Os metalóides são especialmente interessantes porque conectam dois domínios O silício-elétrico tem uma condutividade de aproximadamente 1,56 10 S/m. Que (ou qualquer elemento de transição) tem uma década de condutividade a do cobre (5,96 10 S/m), mas milhões de vezes a do enxofre (condutância quase zero) não implica mediocridade; ele fornece a capacidade de conectar o mundo com uma camada de silício o preço de um motel A indústria global de silício valia mais do que US $600 bilhões.

Como os metais são moldados Usinagem CNC e fabricação de metais

O metal bruto pode se tornar o produto final através de vários processos de fabricação - fundição, forjamento, soldagem, usinagem Particularmente benéfico para fazer produtos metálicos com tolerâncias dimensionais apertadas é a usinagem CNC (Controle Numérico Computadorizado) O processo de usinagem envolve a remoção de metal de um bloco sólido de metal ao longo de caminhos de ferramentas gerados digitalmente, produz tolerâncias de ±0,005 mm.

Cada tipo de metal dita seus próprios parâmetros de usinagem O alumínio, que tem uma dureza de apenas 2,75 Mohs é usinado através de corte com cabeça afundada idealmente com dissipação de calor extensa e rápida através de alta condutividade térmica O titânio, em comparação, tem reatividade química muito alta a alta temperatura, e o trabalho endurece levando a velocidades menos do que ideais de corte e alimentação com ferramentas muito rígidas Por outro lado, o aço inoxidável, para uma camada resistente à corrosão de óxido de cromo, é muito duro, então ferramentas poderosamente afiadas e sílica resfriada ambas são usadas na usinagem.

Quando um projeto exige Serviços usinagem metal CNC, a decisão inicial da engenharia é encontrar uma liga metálica apropriada para corresponder às necessidades da aplicação, resistência, peso, ambiente de corrosão, classe de tolerância. A equipe de engenharia do Le Creator trabalha com alumínio, aço, aço inoxidável, latão, cobre e titânio para aplicações automotivas, médicas e eletrônicas.

Perguntas frequentes