Die Eigenschaftsbasis der Klassifizierung
Es gibt nur etwas mehr als achtzig metallische Elemente, die als Nichteisenmetalle gelten, aber die Zahl der daraus hergestellten nützlichen Legierungen ist weitaus größer. Nichteisenlegierungen haben im Allgemeinen eine höhere Festigkeit und Härte als reine Metalle, einen höheren elektrischen Widerstand, einen kleineren Temperaturkoeffizienten des Widerstands und ein gutes Gleichgewicht der mechanischen Eigenschaften, weshalb sie als Struktur- und Funktionsmaterialien in Maschinen, Bauwesen, Elektronik, Luft- und Raumfahrt sowie Energieausrüstung verwendet werden.
In der alltäglichen Technik werden die Metalle praktisch in fünf Gruppen eingeteilt: Leichtmetalle mit einer Dichte unter etwa 4500 kg pro Kubikmeter, Schwermetalle darüber, Edelmetalle, Halbmetalle und seltene Metalle. Die Dichtelinie ist eher eine Konvention als ein physikalisches Gesetz, sie ist jedoch ein nützlicher erster Filter, wenn das Gewicht eine Designbeschränkung darstellt.
Die fünf Gruppen und was zu jeder gehört
| Gruppe | Basis | Typische Mitglieder |
|---|---|---|
| Leichtmetalle | Dichte unter etwa 4500 kg/m3 | Aluminium, Magnesium, Titan, Kalium, Natrium, Calcium, Strontium |
| Schwermetalle | Dichte über etwa 4500 kg/m3 | Kupfer, Nickel, Kobalt, Blei, Zink, Zinn, Antimon, Wismut, Cadmium |
| Edelmetalle | hohe Kosten, geringe Krustenhäufigkeit, schwierig zu verfeinern | Gold, Silber, Metalle der Platingruppe |
| Halbmetalle | Eigenschaften und Wert zwischen Metallen und Nicht{0}}metallen | Silizium, Selen, Tellur, Arsen, Bor |
| Seltene Metalle | knapp, verstreut oder schwer zu extrahieren | Lithium, Cäsium, Wolfram, Molybdän, Titan und Zirkonium als feuerfeste Qualitäten, Gallium, Indium, Germanium, seltene Erden |
Leichtmetalle: Aluminium, Magnesium und Titan
Aluminium ist der Volumenführer, mit einem Knetlegierungssystem, das durch GB/T 3190 für die Zusammensetzung und durch Produktnormen wie ASTM B209 für Bleche und Platten und ASTM B221 für Strangpressteile reguliert wird. Seine Kombination aus geringer Dichte, nützlicher Leitfähigkeit, natürlichem Oxidschutz und einfacher Extrusion macht es zur Standardwahl für Transportstrukturen, Wärmetauscher, Architekturplatten und Verpackungen.
Magnesium ist noch leichter und wird für gewichtskritische Gussteile und tragbare Geräte verwendet, wobei Schmiedequalitäten in China durch GB/T 5153 abgedeckt sind. Titan befindet sich knapp innerhalb der Leichtmetalldichtelinie und wird in der Praxis separat behandelt, da sein Wert von der Korrosionsbeständigkeit und der spezifischen Festigkeit abhängt und nicht nur vom Gewicht; Qualitäten und Zusammensetzung sind in GB/T 3620.1 aufgeführt und die Produkte unterliegen ASTM B348 für Stangen und Knüppel. Titan wird für Chemieanlagen, Entsalzungsanlagen, Schifffahrts- und medizinische Zwecke eingesetzt, wo kein anderes Metall die Umwelt überlebt.
Schwermetalle und die Kupferfamilie
Kupfer ist das älteste vom Menschen genutzte Schwermetall und bleibt aufgrund seiner Leitfähigkeit das wichtigste in der Elektrotechnik. Die Bezeichnungen für Knetkupfer und Kupferlegierungen sind in GB/T 5231 festgelegt, während die Aluminium-, Magnesium-, Titan- und Kupferfamilien auch jeweils eigene Produktnormen für Platten, Bleche, Bänder, Rohre, Stangen und Drähte haben. Nickel und Kobalt sorgen für Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit; Zink und Zinn sind die Hauptlegierungspartner für Messing und Bronze; Blei unterliegt mittlerweile in den meisten Verbraucher- und Wasserkontaktanwendungen Beschränkungen und wird hauptsächlich in Batterien, Strahlungsabschirmungen und bestimmten Automatenlegierungen verwendet.
Elektrische und elektronische Aufgaben: Kupfer und seine verdünnten Legierungen mit hoher -Leitfähigkeit, wobei Aluminium verwendet wird, wenn das Gewicht wichtiger ist als die Volumenleitfähigkeit.
Korrosion und Einsatz auf See: Kupfer-Nickel, Nickellegierungen und Titan, ausgewählt nach der Wasserchemie und den Strömungsbedingungen.
Lager- und Verschleißbelastung: Gussteile aus Zinnbronze, Bleibronze und Aluminiumbronze.
Leichte Strukturaufgabe: Aluminium- und Magnesiumlegierungen in extrudierter, gewalzter und gegossener Form.
Hochtemperatureinsatz: Nickellegierungen und hochschmelzende Metalle wie Molybdän und Wolfram.
Edel-, Halbmetall- und seltene Gruppen
Edelmetalle werden in kleinen Mengen für Kontakte, Katalysatoren, Hartlöten und Plattieren verwendet, und ihre Rückgewinnung aus dem Anodenschlamm von Schmelzhütten macht sie kommerziell wichtig, selbst wenn das Primärprodukt unedles Metall ist. Halbmetalle wie Silizium und Selen haben Eigenschaften zwischen Metallen und Nichtmetallen und sind für die Halbleiter-, Legierungs- und Glasindustrie von zentraler Bedeutung. Seltene Metalle werden eher nach Knappheit und Verarbeitungsschwierigkeiten als nach einer einzelnen Eigenschaft gruppiert: Lithium für Batterien, Gallium und Indium für Elektronik und Beschichtungen, Germanium für Optik und Fasern, Wolfram und Molybdän für strukturelle Hochtemperaturanwendungen und die seltenen Erden für Magnete, Katalysatoren und Polierpulver.
Der praktische Wert der Klassifizierung besteht darin, dass sie auf die Standardfamilie und den Eigenschaftssatz hinweist, die wichtig sind. Wenn ein Design das geringste Gewicht erfordert, entscheiden Sie sich für Leichtmetalle. zur Leitung, zu Kupfer und Aluminium; für Meerwasser, zu Kupfer-Nickel und Titan; für hohe Temperaturen, bis hin zu Nickellegierungen und hochschmelzenden Metallen; für eine harte, verschleißfeste Lageroberfläche, eher für die Bronzegussteile als für die Leichtmetallfamilie überhaupt.
Überlegungen zu Angebot und Qualität
Nichteisenmetalle werden international in einer Vielzahl von Formen gehandelt, von Kathoden und Barren über Platten, Bleche, Bänder, Rohre, Stangen, Drähte bis hin zu fertigen Gussteilen. Da sich das Legierungsverhalten mit Spurenelementen ändert, sollten in der Spezifikation für jeden Kauf die Norm und die Bezeichnung, die Produktform, der Härte- oder Wärmebehandlungszustand, die Abmessung und Toleranz sowie die mechanische oder Leitfähigkeitsklasse angegeben werden. Eine chemische Analyse pro Schmelze, mechanische Prüfergebnisse pro Charge und, sofern die Endverwendung dies erfordert, Prüfdokumente gemäß EN 10204 Typ 3.1 sind die Dokumente, die eine Nichteisen-Bestellung nachweisbar machen.
Zwei Kontrollen verhindern die meisten Ansprüche. Die erste besteht in der Trennung von Schrott und Rückläufern nach Legierungsfamilien im Lager und in der Schmelzerei, da eine einzige gemischte Ladung dazu führen kann, dass eine ganze Schmelze außerhalb der Spezifikation liegt. Die zweite Möglichkeit ist die Überprüfung des eingehenden Metalls anhand der Norm anhand einer Analyse und nicht anhand eines Zertifikats allein, insbesondere bei recyceltem Material, da Restbestandteile in der Gussphase nicht korrigierbar sind.
Häufig gestellte Fragen
F: Wie werden Nichteisenmetalle klassifiziert?
A: In fünf praktische Gruppen eingeteilt: Leichtmetalle mit einer Dichte unter etwa 4500 kg pro Kubikmeter, Schwermetalle über dieser Grenze, Edelmetalle, Halbmetalle und seltene Metalle. Die Dichteeinteilung ist eine Arbeitskonvention zur schnellen Auswahl von Materialien.
F: Ist Titan ein Leichtmetall oder ein seltenes Metall?
A: Es werden beide Beschreibungen verwendet. Seine Dichte von etwa 4,51 g pro Kubikzentimeter platziert es an der Spitze der Leichtmetallgruppe, während seine Extraktionsschwierigkeit es zu den seltenen Refraktärmetallen zählt.
F: Welches Nichteisenmetall wird am häufigsten für elektrische Leiter verwendet?
A: Kupfer, weil es die höchste praktische Leitfähigkeit mit guter Duktilität und gutem Fügeverhalten vereint. Aluminium wird dort eingesetzt, wo die Gewichtsersparnis die geringere Leitfähigkeit pro Volumeneinheit überwiegt.
F: Welche Familie sollte für den Meerwasserbetrieb ausgewählt werden?
A: Kupfer-Nickel-Legierungen für Rohre und Rohre, Nickel-Aluminium-Bronze für Gusspumpen und Propeller sowie Titan, wo höchste Korrosionsbeständigkeit oder geringstes Gewicht erforderlich sind.
F: Welche Normen decken die Legierungszusammensetzung dieser Familien ab?
A: In China gelten die GB/T 3203-Reihe und verwandte nationale Normen, zum Beispiel GB/T 3190 für bearbeitetes Aluminium, GB/T 5153 für bearbeitetes Magnesium, GB/T 5231 für bearbeitetes Kupfer und Kupferlegierungen und GB/T 3620.1 für Titan. Produkt- und Prüfanforderungen ergeben sich aus den entsprechenden Platten-, Blech-, Rohr- und Stangennormen.
F: Welche Unterlagen sollten einem Kauf von Nichteisenmetallen beiliegen?
A: Eine chemische Analyse pro Schmelze, mechanische Testergebnisse pro Charge, Maßaufzeichnungen und Inspektionsdokumente gemäß EN 10204 Typ 3.1, wenn die Endverwendung Druck, Schifffahrt oder Elektrik betrifft.
