Metale można podzielić na kilka łatwych do opanowania grup, a zrozumienie tych grup stanowi podstawę pracy z gatunkami metali. Z fizycznego punktu widzenia metal to substancja o jasnym połysku, dobrze przewodząca ciepło i prąd elektryczny; metale różnią się między sobą twardością, gęstością, plastycznością i ciągliwością. Można je wyginać, rozciągać, wiercić, odlewać, nitować, spawać, ciąć, skręcać i zaginać – wszystko to z dużą precyzją. Ogólnie rzecz biorąc, gatunki metali dzielą się na trzy grupy: metale żelazne, metale nieżelazne i stopy.
Grupa metali żelaznych składa się głównie z żelaza. W celu uzyskania wymaganych właściwości można dodawać niewielkie ilości innych metali lub pierwiastków, takich jak węgiel, mangan, nikiel, chrom i wolfram. Większość stopów żelaza, choć nie wszystkie, wykazuje niewielką magnetyczność i ma niską odporność na korozję. Na przykład stopy żelaza mają tendencję do pewnego stopnia utleniania, znanego jako rdza, która ma charakterystyczny czerwonawy kolor. Chociaż większość metali żelaznych jest tylko nieznacznie magnetyczna, niektóre z nich, w tym żelazo, nikiel, kobalt i ich stopy, wykazują wyraźne właściwości magnetyczne – zjawisko znane jako ferromagnetyzm.
Metale nieżelazne to takie, które nie zawierają żelaza. Nie są one magnetyczne i zazwyczaj wykazują większą odporność na korozję niż metale żelazne. Do typowych przykładów należą aluminium, miedź, ołów, cynk i cyna.
Niektóre metale nieżelazne są metalami czystymi, co oznacza, że składają się z jednego pierwiastka, a zatem zawierają tylko jeden rodzaj atomów. Do typowych metali czystych należą: aluminium, miedź, żelazo, ołów, cynk, cyna, srebro i złoto.
Stop to nowy metal powstały w wyniku połączenia dwóch lub więcej metali, a czasem także innych pierwiastków. Zakres możliwych stopów jest praktycznie nieograniczony, a każda kombinacja charakteryzuje się własnymi, unikalnymi właściwościami. Ta możliwość dostosowywania właściwości jest jednym z głównych powodów, dla których gatunki metali są tak wszechstronne.
Metale są materiałem szczególnie nadającym się do produkcji masowej; wykorzystuje się je w budynkach, mostach, samochodach, statkach, aluminiowych patelniach, monetach i niezliczonych innych produktach. Natomiast metale szlachetne, takie jak złoto i srebro, są często przerabiane przez wykwalifikowanych rzemieślników na pierścionki, puchary i inne przedmioty o wielkiej urodzie.
Niektóre metale mają wysoce wyspecjalizowane zastosowania. Metale radioaktywne, takie jak uran i pluton, są wykorzystywane w elektrowniach jądrowych do wytwarzania energii w procesie rozszczepienia jądrowego. Rtęć, która w temperaturze pokojowej ma postać cieczy, jest stosowana w przełącznikach, gdzie przepływając przez styki przełącznika, zamyka obwód. Stopy z pamięcią kształtu znajdują zastosowanie m.in. w rurach, elementach złącznych i stentach naczyniowych.
Do najczęściej stosowanych metali należą żelazo, aluminium, miedź, tytan, cynk i magnez.
Rysunek 1: Typowe zastosowania i przeznaczenie gatunków metali
Podział metali na grupy metali żelaznych, nieżelaznych i stopów stanowi przydatny punkt wyjścia, ale jest to tylko jeden z wielu punktów widzenia na opisywanie i dobór materiałów. W pozostałych częściach naszej serii poświęconej metalom przyjrzymy się pozostałym aspektom. W rozdziale „Skład metali” zagłębiamy się w poszczególne gatunki, aby pokazać, w jaki sposób mieszanka pierwiastków wpływa na właściwości materiału, natomiast w rozdziale „Właściwości metali” wyjaśniamy zachowanie mechaniczne i fizyczne, które decyduje o tym, gdzie dany gatunek najlepiej się sprawdza. Gdy zaczynasz pracować na prawdziwych dokumentach, rozdział „Specyfikacje metali” omawia dokumentację, która precyzyjnie definiuje materiał, a rozdział „Normy dotyczące metali” wyjaśnia szersze ramy, w których te dokumenty funkcjonują. A gdy klasę materiału trzeba dopasować do jej odpowiednika w innym systemie, sekcja „Metal Equivalents and Cross-Referencing” pokazuje, jak to zrobić.
Gatunki metali dzieli się zazwyczaj na trzy grupy: metale żelazne, których głównym składnikiem jest żelazo; metale nieżelazne, które nie zawierają żelaza; oraz stopy, powstające w wyniku połączenia dwóch lub więcej metali lub pierwiastków.
Metale żelazne składają się głównie z żelaza, są zazwyczaj lekko magnetyczne i mają skłonność do korozji lub rdzewienia. Metale nieżelazne nie zawierają żelaza, są na ogół niemagnetyczne i zazwyczaj bardziej odporne na korozję. Typowymi przykładami metali nieżelaznych są aluminium, miedź, ołów, cynk i cyna.
Czysty metal składa się z jednego pierwiastka, a zatem zawiera tylko jeden rodzaj atomów. Do typowych czystych metali należą: aluminium, miedź, żelazo, ołów, cynk, cyna, srebro i złoto.
Stop to nowy metal powstały w wyniku połączenia dwóch lub więcej metali, a czasem także innych pierwiastków. Dzięki stopowaniu można wytwarzać niemal nieskończoną gamę materiałów, z których każdy ma swoje indywidualne właściwości.
Do najczęściej stosowanych metali należą żelazo, aluminium, miedź, tytan, cynk i magnez, z których każdy jest ceniony ze względu na specyficzne połączenie właściwości i zastosowań.