Состав металла, то есть входящие в него элементы и их соотношение, в конечном счете определяет его группу, свойства и области применения. По составу металлы обычно подразделяются на три группы: черные металлы, цветные металлы и сплавы.
Группа черных металлов состоит преимущественно из железа. Для придания необходимых свойств в них могут добавляться небольшие количества других металлов или элементов, таких как углерод, марганец, никель, хром, кремний, титан и вольфрам. Цветные металлы, напротив, не содержат железа. К распространённым чистым металлам относятся алюминий, медь, свинец, цинк, олово, серебро и золото. Сплав — это новый металл, получаемый путём смешивания двух или более металлов, а иногда и других элементов. К наиболее широко используемым металлам в целом относятся железо, алюминий, медь, титан, цинк и магний.
Железо является основным компонентом стали. При добавлении к железу углерода — неметалла — в количестве до 2,1 % получается сплав, известный как сталь. В более широком смысле сталь представляет собой сплав железа и других элементов, таких как углерод, марганец, фосфор, сера, никель, хром, вольфрам, ниобий (колумбий) и титан. Каждый элемент, добавляемый к железной основе, влияет на свойства стали, и именно эти легирующие добавки определяют многие различия между различными видами и марками стали.
В зависимости от содержания углерода стали подразделяются на три основные группы. К низкоуглеродистым сталям относятся марки от AISI 1005 до AISI 1026, а также стали IF, HSLA, TRIP и TWIP. Среднеуглеродистые стали варьируются от AISI 1029 до AISI 1053, а высокоуглеродистые — от AISI 1055 до AISI 1095.
В соответствии со стандартом EN марки стали подразделяются на несколько групп: нелегированные стали (например, EN DC01–DC06, S235 и S275), легированные стали (например, 20CrMo4 и 25CrMo4), нержавеющие стали, инструментальные стали (например, DIN-EN 1.1545, AISI/SAE W110 и DIN-EN 1.2436 или AISI/SAE D6), стали для листов и лент, а также стали для электротехнических листов и лент (например, EN 1.0890 и EN 1.0803).
В алюминиевой промышленности алюминий используется в виде литейных и кованых алюминиевых сплавов. Эти два класса можно далее подразделить на группы в зависимости от химического состава и обозначения состояния. Согласно общепринятой системе обозначений стандартов CEN, наиболее распространенные марки алюминия относятся к следующим сериям:
Титановые сплавы классифицируются не столько по отдельным элементам, сколько по соотношению свойств, обеспечиваемых их составом. Регулируя добавки легирующих элементов — в первую очередь алюминия, ванадия, молибдена, олова, циркония и палладия — можно придать металлу свойства, характерные для одной из трёх практических категорий: коррозионная стойкость, высокая прочность или высокотемпературные характеристики.
Группа коррозионно-стойких сплавов основана на коммерчески чистом титане (марки от 1 до 4) и слаболегированных вариантах, в состав которых добавлены небольшие количества палладия, молибдена и никеля для повышения стойкости в агрессивных химических средах. Поскольку прочность в данном случае не является приоритетом, эти составы близки к чистому титану. Типичными примерами являются марки Ti-Pd (7, 11, 16 и 17) и Ti-0,3Mo-0,8Ni (марка 12), которые предпочтительно используются в химической промышленности и в морских условиях эксплуатации.
В группе высокопрочных сплавов используются более значительные добавки алюминия и ванадия, а также зачастую молибдена, хрома или олова, что позволяет повысить механическую прочность для применения в конструкциях и несущих элементах. Основным сплавом этой группы, а также всей титановой промышленности в целом, является Ti-6Al-4V (марка 5). Другими примерами являются Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-10V-2Fe-3Al и Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al — все они разработаны для обеспечения высокой прочности при сохранении характерной для титана низкой массы.
Группа высокотемпературных сплавов разработана с целью сохранения прочности и сопротивления ползучести при повышенных температурах, что делает эти сплавы пригодными для изготовления деталей двигателей и других элементов горячей части. Их состав, как правило, сочетает алюминий и олово с цирконием, молибденом и небольшими добавками кремния, которые повышают стабильность при высоких температурах. К типичным маркам относятся Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, серия IMI, например IMI 685 и IMI 834, а также TIMETAL 1100.
Чистота, или проба, золота в ювелирных изделиях обозначается количеством карат. Золото 24 карата (24K) является самой чистой категорией ювелирного золота. Оно также известно как «чистое золото» и имеет чистоту более 99,7 %. Золото «Proof» обладает ещё более высокой пробой — более 99,95 %, но оно используется исключительно в целях стандартизации и не применяется в ювелирном деле.
Наиболее широко используемыми видами меди и её сплавов являются латуни и бронзы. Латунь — это медно-цинковый сплав, содержащий от 5% до 42% цинка, например CuZn28, CuZn37 и CuZn42. На немецком языке она называется Messing (например, Ms58 соответствует CuZn42), и латуни обычно имеют желтый цвет.
Бронза — это сплав меди с другими металлами. Наиболее распространённым добавочным элементом является олово (например, CuSn6, CuSn10 и CuSn14), за ним следуют фосфор (например, PB1C, PB4C, PB3 и LPB1C) и марганец (например, HTB1, HTB2 и HTB3), однако бронзы могут также содержать алюминий (например, AB1C и AB2C) и свинец (например, LG1C, LG2C и LG3C).
Состав металла — это лишь одна из составляющих понимания того, как определяются, сравниваются и выбираются материалы. Чтобы составить полное представление, ознакомьтесь со статьями из нашей серии «Металлы». Узнайте, как описываются физические и механические свойства материалов в разделе «Свойства металлов», а также подробнее изучите, как материалы классифицируются по семействам в разделе «Марки металлов». Ознакомьтесь с документами, определяющими материалы, в разделе «Технические условия на металлы», а также с согласованными рамками, регулирующими их применение, в разделе «Стандарты на металлы». Наконец, узнайте, как обозначения из разных систем соотносятся друг с другом, в разделе «Эквиваленты и перекрестные ссылки на металлы». В совокупности эти руководства объединяют состав, свойства, марки, технические условия, стандарты и эквиваленты в единый, взаимосвязанный справочник.
По составу металлы подразделяются на три группы: черные металлы, основным компонентом которых является железо; цветные металлы, не содержащие железа; и сплавы, получаемые путем соединения двух или более металлов или элементов. Наличие определенных элементов и их соотношение определяют свойства каждого металла.
При добавлении углерода в железо в количестве до 2,1 % получается сталь. По содержанию углерода различают три основные группы: низкоуглеродистые стали (AISI 1005–1026), среднеуглеродистые стали (AISI 1029–1053) и высокоуглеродистые стали (AISI 1055–1095). Другие элементы, такие как марганец, хром и никель, дополнительно изменяют свойства стали.
Алюминий используется в виде литейных и кованых сплавов, которые подразделяются на серии в зависимости от основных легирующих элементов — от серии 1xxx (практически чистый алюминий) до серии 8xxx. Каждая серия отличается своим уникальным набором свойств.
Латунь — это медно-цинковый сплав, содержащий от 5 % до 42 % цинка и обычно имеющий желтый цвет. Бронза — это сплав меди с другими металлами, чаще всего с оловом, а также с фосфором, марганцем, алюминием или свинцом.
Число карат указывает на чистоту, или пробу, золота. 24-каратное (чистое) золото имеет чистоту более 99,7 %, что делает его самым чистым из всех видов, используемых в ювелирном деле. Золото пробы «Proof» с чистотой свыше 99,95 % используется исключительно для стандартизации и не применяется в ювелирном деле.