Metalele

                                            Metale

   Cu aproximativ doua sute de ani in urma, Lomonosov,in lucrarea sa “Bazele metalurgiei si arta mineritului” definea metalele astfel: “ Metalele sunt corpuri stralucitoare care se pot ciocani “

            Intr-un lexicon german publicat in 1897 metalele erau caracterizate dupa cum urmeaza: “ Acele elemente care sunt bune conducatoare de caldura si electricitate, poseda luciu metallic, sunt netransparente in anumite proportii in grosime”.

            Pe baza cunostintelor capatate pana in prezent, metalele pot fi definite ca elemente chimice cu structura cristalina care, spre deosebire de nemetale, prezinta proprietati fizico – chimice, mecanice si tehnologice.

 Proprietati fizico – chimice

-          culoare – variaza de la cenusiu inchis la alb stralucitor ( exceptie face aurul si cuprul cu aliajele lor care sunt de culoare galbena si roscata)

-          luciu metallic

-          densitatea – de la 530 kg/mc ( litiu)   la   22 500 kg/mc (osmiul)

-          Fuzibilitatea – proprietatea metalelor de ase topi

-          Dilatarea termica

-          Conductibilitatea termica

-          Conductibilitatea electrica

-          Magnetismul – proprietatea de a fi atras ( diamagnetice ) sau respins (paramagnetice) intr-un camp magnetic; fierul, cobaltul si nichelul sunt feromagnetice ( isi pastreaza magnetizarea)

-          Rezistanta la coroziune

-          Starea de agregare – toate metalele se afla in stare solida la temperatura ambianta cu exceptia mercurului care este lichid 

Proprietati mecanice

-          plasticitatea

-          elasticitatea

-          rezistenta la rupere (rezistenta mecanica)

-          duritatea

-          rezistenta la soc 

Proprietati tehnologice

-          capacitatea de turnare

-          maleabilitatea (proprietatea de a fi tras in foi foarte subtiri )

-          ductibilitatea ( prprietatea de a fi tras in fire subtiri prin trefilare )

-          deformarea al cald

-          sudabilitatea

-          prelucrabilitatea prin aschiere ( strunjire, gaurire, frezare, etc. – operatii in urma carora rezulta aschii).

 Fierul si otelul 

Fierul si principalul sau aliaj,otelul, sunt cele mai larg folosite metaleFierul este metalul cel mai raspandit pe Pamant si, in afara de aluminiu, este cel mai abundent in scoarta terestra. Principalele minereuri de fier sunt:hematitul, magnetitul (magnetul natural), sideritul, taconitul si piritaMajoritatea zacamintelor de fier se afla aproape de suprafata Pamantului, astfel ca se pot extrage destul de usor, prin exploatare in cariera sau prin exploatare miniera la suprafata. Fierul se obtine din minereuri prin incalzirea acestora cu carbon , in forma de cocs. Se adauga calcar la amestec pentru a ajuta la indepartarea impuritatilor cu continut de siliciu, precum nisipul si argila. Materialele adaugate pentru a indeparta impuritatile se numesc fondanti.

            In procesele mai vechi, amestecul de minereu, cocs si calcar formeaza sarja, sau incarcatura, care se incarca in capatul de sus al furnalului. Acesta este un turn inalt de otel, captusit cu caramizi termorezistente. Dar in sistemele moderne, amestecul de minereu de fier,cocs si calcar este intai prajit pentru a produce un material numit sinter. Prajirea scoate impuritatile, precum apa, dioxidul de carbon si arsenicul,astfel sinterul are un continut relativ mare de fier. O cantitate de minereu netratat se amesteca cu sinterul pentru a forma sarja furnalului.

            Fierul poate fi turnat in lingouri mari, numite blocuri, sau poate fi transportat in forma topita la otelarie.

            Fierul produs se numeste fier bazic. Dupa turnare, fierul basic este dur,friabil si greu de prelucrat.Se numeste si fonta alba de turnatorie.

            In cazul in care continutul de calcar al sarjei este ridicat se obtine fonta cenusie de turnatorie. Aceasta are o larga utilizar in turnarea de masini.

            Otelul este un aliaj de fier si carbon, dar obtinerea otelului nu se realizeaza prin simpla adaugare a carbonului in fier. Otelul contine o proportie foarte mica de carbon- mult mai mica decat fonta de turnatorie.

            Producerea otelului implica indepartarea carbonului si altor impuritati din fier, si adaugarea ulterioara a unor cantitati exacte de carbon si alte metale, precum cromul, manganul, nichelul si vanadiul. Carbonul confera otelului capacitatea de a se intari prin tratare termica, iar alte metale se adauga pentru a ii spori calitatile, cum ar fi duritatea, maleabilitatea, rezistenta la coroziune si termorezistenta.

Metale neferoase

        

         Metale care nu contin fier se numesc metale neferoase. Acest grup include aproximativ 70 de elemente, de la aluminiu- metalul cel mai raspandit in scoarta terestra – pana la elementele artificiale cum este plutoniul, care nu se gaseste niciodata in natura.

            In industrie, cele mai importante metale neferoase sunt aluminiul, cuprul, zincul, plumbul, staniul si nichelul. Metalele pretioase aur, platina si argint au, pe langa rolul lor decorative si comercial, multe utilizari industriale importante.  

                        Aluminiul

Aluminiu este metalul cel mai raspandit din scoarta terestra,dar o mare parte din el nu poate fi extrasa economic. Aluminiul este un metal ce reactioneaza usor cu alte substante,de aceea nu se gaseste niciodata singur in stare “libera”.Majoritatea aluminiului este combinata chimic cu elemente de care nu poate fi separat cu usurinta. Argila contine aproximativ 25% aluminiu in greutate, metalul fiind combinat cu siliciu si oxigen in compusi ce se numesc silicati de aluminiu. Totusi extractia aluminiului din argila este mult prea costisitoare pentru a fi interesanta comercial.

Principalul minereu din care se extrage aluminiu este bauxita care este bogata in alumina hidratata – oxid de aluminiu  combinat cu apa

Produse din aluminiu:piese usoare pentru aeronave, cabluri pentru retele electrice, tocuri de fereastrasi panele de protectie pentru cladiri, ustensile, folii pentru gatit, metalizarea sticlei pentru obtinerea oglinzilor, vopsele de aluminiu, etc.

Cuprul

Cuprul a fost unul dintre primele metale folosite, deoarece cantitati mici din el apar in unele locuri in stare libera. Principalele minereuri ale cuprului sunt: calcozina, calcopirita sau criscolul, cupritul si malachitul si azuritul.

 Cuprul este folosit la fabricare conductelor de gaz si apa, a materialelor pentru acoperisuri, a ustensilelor si a unor obiecte ornamentale. Deoarece cuprul este un bun conducator de caldura, se utilizeaza la boilere si alte dispozitive ce implica transferul de caldura.Cuprul mai pur este utilizat pentru aplicatiile electrice

Plumbul

Plumbul era cunoscut de vechii egipteni, dar primii utilizatori pe scara larga ai acestui metal  au fost romanii, care l-au folosit la fabricare conductelor de apa. Principala sursa de plumb este galena (sulfura de plumb).

Mai demult ,plumbul era folosit in principal la plumbuire si la acoperisuri, dar in aceste aplicatii a  fost inlocuit de materiale mai usoare. Cantitati mari de plumb se folosesc la fabricarea bateriilor de masini, si rezistenta sa la ctiunea acidului sulfuric il face util in industria chimica.Plumbul se foloseste pentru mantale de cabluri,blindaje contra radiatiilor in laboratoarele de cercetari nucleare si in centralele electrice, si la obtinerea unor aliaje, ca aliajul alb, aliajul de lipit si bronzurile de plumb.

Staniul

Staniul face parte din metalele neferoase  mai scumpe, deoarece minereul sau principal caseritul ( oxidul de staniu) se gaseste in concentratii foarte mici. Pentru extragerea a 200g de minereu e necesar exploatarea unei tone de pamant. Staniul a fost prima data aliat cu cuprul , obtinaindu-se bronzul. Astazi cea mai importanta utilizare a staniului este cea  de invelis protector pentru  tabla de  otel. Acest material numit tabla galvanica se foloseste la fabricarea asa numitelor cutii de tabla. Staniul se aliaza cu plumbul pentru obtinerea unor materiale de lipit folosite la imbinarea metalelor.

               Zincul

Prima utilizare a zincului a fost pentru obtinerea alamei, un aliaj de cupru si zinc.Principalul minereu de zinc folosit astazi este sfaleritul, sau blenda.

   Utilizari: aproximativ a cincea parte din zincul produs in lume este folosit la fabricarea alamei. O proportie similara este folosita pentru acoperirea fierului si otelului impotriva ruginirii;tablele de zinc se folosesc la acoperisuri,iar din aliaje ale zincului se toarna piese pentru autovehicule si de jucarii..

  Prelucrarea materialelor metalice

               Procedee de elaborare a semifabricatului

   Pentru a obtine o piesa finita se porneste de la un semifabricat.

   Procedeele de obtinere a semifabricatelor: turnarea,deformare plastica( forjarea, matritarea, laminarea, extrudarea,etc.)

   Turnarea esteprocedeul tehnologic destinat obtinerii semifabricatelor si pieselo metalice prin curgerea metalului topit intr-o forma care are conturul si dimensiunile identice sau foarte apropiate de cele ale piesei finite.

   Deformarea plastica este metoda de prelucrare a metalelor si a aliajelor prin actiunea unor forte exterioare, in scopul obtinerii unor semifabricate. Deformarea este permanenta, fiind realizata in stare solida,la cald sau la rece.

               Procedee de obtinere a pieselor finite

-          sudarea

-          lipirea

-          procedee de prelucrare:

§         gaurire

§         filetare

§         strunjire

-procedee de finisare:

-          rodarea

-          lepuirea

-          honuirea

-          vibronetizarea