CHARAKTERYSTYKA NIEKTÓRYCH METALI
Żeliwo otrzymuje się z powtórnego przetopienia surówki odlewniczej z dodatkiem złomu i koksu w piecach żeliwiakach. Żeliwo jest stopem żelaza zawierającym do 4,5% węgla oraz domieszki fosforu, siarki i krzemu. Węgiel występuje w żeliwie w postaci wolnej jako grafit lub w postaci związanej jako węglik żelaza zwany cementytem. Cementyt jest jasny i błyszczący, grafit szary, stąd żeliwo ma w przełomie charakterystyczną, niejednolitą barwę.
Żeliwo szare zawiera dużo wolnego grafitu, charakteryzuje się stosunkowo łatwą obrabialnością, znaczną wytrzymałością na wysokie temperatury, małą kurczliwoścfą. Żeliwo białe zawiera dużo cementytu, cechuje je duża twardość oraz kruchość, mała kurczliwość. Żeliwo modyfikowane charakteryzuje się niemal trzykrotnie większą wytrzymałością na zerwanie w stosunku do żeliwa szarego, większą odpornością na korozję, lepszą odlewnością, cechuje je pewna ciągliwość. Jako modyfikatora do otrzymania tego rodzaju żeliwa stosuje się stop wapnia z krzemem lub aluminium. Modyfikatory dodaje się do płynnego żeliwa szarego tuż przed wykonaniem odlewów. Żeliwo sferoidalne charakteryzuje się jednolitą barwą, dużą wytrzymałością na uderzenia, na ścinanie, na działanie korozji, ma zdolność tłumienia drgań i dużą wytrzymałość na wysokie temperatury. Żeliwo sferoidalne otrzymujemy przez dodanie do żeliwa szarego manganu, miedzi, niklu i fosforu.
Charakterystyczne cechy żeliwa oraz jego taniość powodują, że żeliwo ma duże zastosowanie w budowie maszyn, a zwłaszcza korpusów, kół zębatych, bloków cylindrowych, tłoków, w budowie kotłów, części piecowych, elementów instalacji wodnej i kanalizacyjnej, a żeliwo sferoidalne służy do wyrobu panewek, niektórych łożysk wałkowych, wałów wykorbionych.
Stal jest stopem żelaza z węglem, manganem, krzemem, fosforem siarką i innymi pierwiastkami. Zawartość żelaza w stali wynosi 97-5-98,5%, węgla 0,05-5-1,7% i pozostałych składników do 1,3%. W zależności od składu chemicznego rozróżnia się stal węglową i stopową. Jeżeli w stali węglowej zawartość węgla stanowi 0,05-5-0,15%, nazywamy ją stalą miękką, przy zawartości do 0,35% C stal nosi nazwę średnio twardej, wreszcie stal twarda zawiera 0,75% C. Wśród stali stopowych wyróżniamy m.in. stal nierdzewną, zawierającą chrom, stal żaroodporną zawierającą wolfram, chrom, krzem i aluminium, stal kwasoodporną z zawartością chromu i niklu, stal magnetyczną uszlachetnioną kobaltem i niklem, stal antymagnetyczną zawierającą miedź, stal oporową zawierającą mangan, chrom, nikiel, krzem.
Ze względu na zastosowanie dzieli się stal na konstrukcyjną i narzędziową. Pręty stalowe, kształtowniki itp. wykonuje się ze stali węglowej, rdzenie transformatorów ze stali magnetycznej, obudowy zegarków ze stali antymagnetycznej, spirale grzejne ze stali oporowej. Stal węglową przeznacza się do produkcji narzędzi pracujących w niezbyt trudnych warunkach, np. pił ręcznych, siekier, młotków, nożyc (rys. 66). Ze stali stopowych, np. wolframowych, wykonuje się noże.
Właściwości technologiczne stali zależą również od składu chemicznego. Ogólnie można stwierdzić, że stale są spawalne, skra-walne, odlewane i kowalne.
Huty dostarczają stal w postaci wyrobów walcowanych, kutych, prasowanych i ciągnionych. Stal lana dostarczana w postaci odlewów nosi nazwę staliwa. W 1976 r. wyprodukowano w Polsce ok. 15,6 min ton stali.
Aluminium otrzymujemy metodą elektrolityczną z boksytów, a w Polsce również z glinokrzemianów. Aluminium, zwane także glinem, jest metalem lekkim, miękkim, dobrze przewodzącym ciepło i prąd elektryczny, daje się walcować w pręty, blachy i folie. Blachy te dają się łatwo i głęboko tłoczyć. Aluminium nie jest wytrzymałe na zginanie, skręcanie i kucie, daje się spawać, tworzy łatwo stopy z innymi metalami. Stop aluminium z miedzią i magnezem, zwany duraluminium, charakteryzuje się dużą twardością. Aluminium utlenia się tworząc na powierzchni ścisłą, trwałą warstwę tlenku aluminium chroniącą metal przed dalszym utlenianiem. Aluminium ulega działaniu zasad i kwasów nieorganicznych. Kwasy organiczne działają na aluminium bardzo powoli.
Ze względu na swe cenne właściwości aluminium znajduje wielorakie zastosowanie. Z aluminium produkujemy naczynia kuchenne. Folia aluminiowa służy jako opakowanie produktów spożywczych oraz na zastosowanie w elektrotechnice i elektronice. Znaczne ilości aluminium wykorzystujemy w produkcji sprzętu lotniczego i turystycznego oraz w budownictwie. Aluminium służy do zabezpieczenia stali przed korozją, stopy aluminium znajdują zastosowanie w wielu konstrukcjach, w urządzeniach wodno-ka-nalizacyjnych. Aluminium posiada duże walory estetyczne ze względu na srebrzystą barwę i łatwość polerowania.
Miedź jest metalem o charakterystycznej czerwonej barwie. Otrzymujemy ją z chalkopirytów i kuprytów zarówno metodą wytopu, jak i elektrolityczną. Miedź utlenia się dość łatwo, lecz powierzchownie, pokrywając się warstwą czarnego tlenku miedziowego, ściśle przylegającą do powierzchni metalu. Ponadto miedź wiąże z powietrza węgiel tworząc na swej powierzchni węglan miedzi, zielonkawy nalot zwany śniedzią. Miedź ulega działaniu . zasad i soli, jest odporna na działanie kwasów, jest dobrym przewodnikiem ciepła i elektryczności.
Miedź jest metalem bardzo plastycznym, daje się kuć, walcować i wyciągać w druty, nie jest natomiast wytrzymała na skręcanie, ściskanie i uderzanie. Łatwo tworzy stopy z innymi metalami. Znane są stopy miedzi z cyną lub aluminium zwane brązem, z cynkiem zwane mosiądzem i stopy miedzi z cynkiem, cyną i ołowiem zwane spiżem.
Miedź znajduje największe zastosowanie w elektrotechnice i elektronice. Z miedzi produkujemy przewody i urządzenia elektrotechniczne. Używa się jej do budowy aparatury chemicznej, do budowy maszyn. Ze stopów miedzi produkuje się aparaturę wodną, okucia meblowe i budowlane, z twardych stopów miedzi — panewki i koła zębate.
Produkcja miedzi elektrolitycznej w Polsce wyniosła w 1965 r. 37,4 tys. ton, pokrywając ok. 55% zapotrzebowania na ten metal. Po wybudowaniu nowych kopalń miedzi i rozbudowie huty miedzi w Legnicy oraz po uruchomieniu nowej huty miedzi pod Głogowem produkcja miedzi elektrolitycznej wzrosła w 1976 r. do 270,0 tys. ton.
Cynk otrzymujemy z rud zwanych galmanem i blendą cynkową stosując metodę wytopu lub elektrolityczną. Cynk jest metalem o barwie srebrzystej w odcieniu niebieskawym, topi się w temperaturze 419°C, jest kruchy, łamliwy. Podgrzany do temperatury 150°C staje się bardzo plastyczny. W tej temperaturze poddajemy cynk obróbce hutniczej. W temperaturach 200-^250°C cynk staje się metalem tak kruchym, że daje się łatwo zetrzeć na proszek.
Cynk nie jest metalem wytrzymałym na ścieranie, zginanie, skręcanie czy uderzenie. Stop cynku z innymi metal a-m i, zwłaszcza z miedzią i aluminium, ma znacznie lepsze właściwości mechaniczne.
Cynk w powietrzu suchym ulega bardzo powolnemu działaniu atmosferycznemu, natomiast w powietrzu wilgotnym lub w wodzie pokrywa się szybko cienką, dość ścisłą warstewką zasadowego węglanu cynkowego. Warstwa ta chroni cynk przed korozją. Cynk ulega natomiast łatwo działaniu kwasów, tworząc trujące dla żywych organizmów sole cynku.
Zastosowanie cynku jest szerokie. Jego odporność na działanie atmosferyczne czyni go niezastąpionym w produkcji blach i drutu. Duże ilości cynku przeznacza się na pokrywanie blach stalowych warstwą ochronną. Blacha ocynkowana ma barwę srebrzystą o charakterystycznym wzorze. Blachy ocynkowane są używane przede wszystkim do produkcji rynien, wanien i wiader, a także do pokrywania dachów.
Tlenek cynku jest cenionym białym barwnikiem znanym pod nazwą bieli cynkowej.
Produkcja cynku w Polsce w 1976 r. wynosiła 237 tys. ton. Zapotrzebowanie na cynk zostaje nie tylko w pełni pokrywane, ale pozwala na znaczny eksport cynku. W 1976 r. eksportowano ponad 61,6 tys. ton cynku.
Cyna jest metalem otrzymywanym metodą wytopu z rudy zwanej kasyterytem. Cynę ze złomów i odpadów otrzymujemy najczęściej metodą elektrolityczną. Cyna ma barwę srebrzystą, silny połysk, bardzo niską temperaturę topnienia. Temperatury ujemne są szkodliwe dla cyny, cyna kruszy się. Jest metalem charakteryzującym się dużą plastycznością, daje się walcować na blaszki o grubości do setnych części milimetra, wyciągać w druty o przekroju dziesiętnych części milimetra. Nie jest wytrzymała na skręcanie, zgniecenie i rozerwanie. Jest metalem krystalicznym, wydającym charakterystyczny szelest przy zgirianiu. Brak szelestu świadczy o dużym zanieczyszczeniu cyny. Jedną z podstawowych zalet cyny jest jej odporność na działanie tlenu, kwasów organicznych, słabych zasad i soli oraz znaczna odporność na działanie kwasów mineralnych.
Znaczne ilości cyny przeznacza się do powlekania blach stalowych. Blachy te noszą nazwę blach białych, służą głównie do produkcji puszek do konserw. Ponadto używa się cyny do powlekania warstwą ochronną wyrobów gotowych, do produkcji folii zwanej cynfolią, która służy jako opakowanie niektórych produktów spożywczych.
Ważniejsze stopy cyny — to lutowie, powstałe ze stopienia cyny z ołowiem, stopy łożyskowe i brązy.
W Polsce zapotrzebowanie na cynę jest pokrywane niemal całkowicie importem, głównie z Wielkiej Brytanii i Chińskiej Republiki Ludowej.
Ołów otrzymuje się metodą wytopu z rudy zwanej galeną. Ma on barwę szaroniebieską, jest metalem ciężkim, mało wytrzymałym na zginanie, rozciąganie i uderzenia. Charakteryzuje się małą przewodnością prądu elektrycznego i ciepła. Ulega działaniu tlenu zwłaszcza w wilgotnym otoczeniu. Powstały tlenek ołowiu pokrywa metal ścisłą warstewką, chroniąc go przed dalszym utlenianiem. Ołów jest odporny na działanie kwasów mineralnych z wyjątkiem kwasu azotowego. Czysty ołów jest odporny także na działanie kwasów organicznych, zasad i soli, jednakże niewielkie zanieczyszczenia czynią go łatwo rozpuszczalnym nawet w słabych roztworach kwasów, zasad i soli. Sole i pary ołowiu są trujące.
Ołowiu używa się na powłoki ochronne kabli i urządzeń podwodnych, do produkcji amunicji, do budowy akumulatorów, opornic. Płyty ołowiane są dobrym materiałem ochronnym przed promieniowaniem radioaktywnym. Stopy ołowiu z innymi metalami mają zastosowanie w przemyśle maszynowym. Powszechne zastosowanie ma stop ołowiu z cyną, zwany lutowiem.
Produkcja ołowiu w Polsce nie pokrywa krajowego zapotrzebowania na ten metal. Importujemy ołów głównie z Bułgarii i ZSRR.
Nikiel otrzymuje się z siarczków niklowo-żelazowych zarówno metodą wytopu, jak i elektrolityczną. Nikiel jest metalem srebrzystym o odcieniu żółtym. Posiada cenne właściwości technologiczne, daje się kuć, walcować, spawać, odlewać oraz łatwo polerować. Jest wytrzymały na zgniatanie, skręcanie, ściskanie i uderzanie, daje się wyciągać w druty. Ważną zaletą niklu jest jego duża odporność na działanie tlenu. Spośród kwasów jedynie kwas azotowy rozpuszcza nikiel.
Ponad 90% produkcji niklu przeznaczamy na stopy z żelazem i innymi metalami. Poza tym używamy niklu do powlekania blach i wyrobów gotowych. Czystego niklu używamy w elektronice.
W Polsce nie produkujemy niklu w ilości mającej większe znaczenie przemysłowe.
Srebro jest metalem szlachetnym, występuje w postaci siarczków. Otrzymuje się je metodą elektrolityczną. Czyste srebro jest metalem miękkim, kowalnym i ciągliwym. Jest bardzo dobrym przewodnikiem elektryczności i ciepła. Charakteryzuje się dużą odpornością na działanie atmosferyczne, nie utlenia się nawet w wysokich temperaturach. Rozpuszcza się w kwasie azotowym, w roztworze cyjanku potasu lub sodu.
Czyste srebro znajduje zastosowanie głównie w elektronice i elektrotechnice. Stopów srebra używamy do produkcji wyrobów jubilerskich, do posrebrzania niektórych wyrobów ze stali, do produkcji luster. Soli srebra używamy między innymi do produkcji papierów i błon fotograficznych.
W Polsce otrzymujemy srebro, jako produkt uboczny, w produkcji ołowiu i innych metali.