Metalin tek ve basit bir tanımı yoktur. Ancak genel olarak, “metalik özellikler” ya da metal özellikleri sergileyen herhangi bir kimyasal element, metal olarak sınıflandırılır. Tipik metal özellikleri arasında parlaklık, iyi ısı ve elektrik iletkenliği ile oda sıcaklığında kalıcı olarak şekillendirilebilme veya deforme edilebilme yeteneği sayılabilir. Metallerin bu özellikleri arasındaki geniş çeşitlilik, tam da onları günlük yaşamda pek çok farklı kullanım için uygun kılan şeydir.
Bu tipik metal özelliklerinden yoksun kimyasal elementler, ametaller olarak sınıflandırılır. Metaloidler olarak bilinen az sayıdaki element, bazen metal gibi, bazen de ametaller gibi davranış gösterir. Bu ara gruba örnek olarak karbon, fosfor, silikon ve kükürt verilebilir.
Metallerin farklı özellikleri, iki veya daha fazlasını birbiriyle karıştırarak birleştirilebilir; bu şekilde “alaşım” adı verilen bir madde elde edilir. Saf elementel metaller genellikle pratik kullanım için çok yumuşak olduğundan, metalurjinin büyük bir kısmı faydalı alaşımların formülasyonuna odaklanır. Belirli bir bileşime sahip bir alaşım oluşturarak, önceden belirlenmiş bir uygulama için belirli bir metal özelliği veya bir dizi özellik elde etmek mümkündür.
Örneğin çelik, demirin az miktarda karbon ve diğer elementlerle karışımından oluşur. Pirinç (bakır ve çinko) ve bronz (bakır ve kalay) gibi diğer alaşımlar ise şekillendirilmesi kolay ve görünüşü çekici malzemelerdir. Bronz, deniz suyunun neden olduğu korozyona dayanıklı olduğu için gemi yapımında da sıklıkla kullanılır.
Her bir metal ve alaşımın özellikleri, bunların hangi alanlarda kullanılacağını belirler. Titanyum, çelikten çok daha hafif ve daha az yoğundur, ancak aynı derecede sağlamdır. Alüminyumla karşılaştırıldığında daha ağırdır, ancak iki kat daha dayanıklıdır. Titanyum ayrıca korozyona karşı son derece dayanıklıdır ve bu metalik özelliklerin bir araya gelmesi onu mükemmel bir malzeme haline getirir. Titanyum alaşımları uçaklarda, gemilerde ve uzay araçlarının yanı sıra boyalarda, bisikletlerde ve hatta dizüstü bilgisayarlarda da kullanılır.
Bakır, iyi bir elektrik iletkenidir ve sünektir; bu nedenle elektrik kablolarında yaygın olarak kullanılır. Altın ve gümüş ise oldukça dövülebilir, sünek ve büyük ölçüde reaktif değildir; bu özellikleri onları karmaşık mücevherler için ideal kılar. Altın, kararmadığı için bu amaç için özellikle uygundur ve ayrıca oksidasyona uğramayan elektrik bağlantıları için de kullanılabilir.
Demir ve çelik hem sert hem de sağlamdır; bu nedenle köprü ve binaların yapımında kullanılırlar. Demirin bir dezavantajı paslanma eğiliminde olmasıdır; çeliklerin çoğu da paslansa da paslanmayan şekilde üretilebilirler. Alüminyum iyi bir ısı iletkenidir ve dövülebilir bir maddedir; bu özelliği, tencere ve folyo yapımında kullanılmasının yanı sıra, çok hafif olması sayesinde uçak gövdelerinin yapımında da yararlı olmasını sağlar.
Zorlu ortamlarda malzeme seçimi özellikle önem kazanır. Korozyona karşı direnç hayati önem taşıdığı durumlarda paslanmaz çelik ve galvanizli çelik kullanılırken, hem mukavemet hem de hafiflik gerektiren uygulamalar için alüminyum ve magnezyum alaşımları tercih edilir.
Özellikle zorlu koşullar için, Monel gibi bakır-nikel alaşımları, yüksek korozif ortamlarda ve manyetik olmayan uygulamalarda kullanılır. Inconel gibi nikel bazlı süper alaşımlar, turboşarjlar, basınçlı kaplar ve ısı eşanjörleri dahil olmak üzere yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılır. Sıcaklıkların aşırı derecede yüksek olduğu durumlarda, sünmeyi en aza indirmek için tek kristal alaşımlar kullanılır.
Şekil 1: Metal Özellikleri, Performans Avantajları ve Mühendislik Uygulamaları Arasındaki İlişki
Özellikler, bir metalin nasıl davrandığını gösterir; ancak bu özelliklerin nereden kaynaklandığını ve nasıl kullanıldığını anladığınızda tam anlamını kazanırlar. “Metal” serisindeki diğer kılavuzlar bu tabloyu tamamlar. Metal Bileşimi, bir malzemenin kimyasal yapısının özelliklerini nasıl belirlediğini açıklarken, Metal Sınıfları ise bu malzemelerin sizin belirlediğiniz ve satın aldığınız ailelere nasıl sınıflandırıldığını gösterir. Bir malzemenin gereksinimlerinin nasıl yazıldığı ve resmi olarak kabul edildiğini görmek için, tanımlayıcı belgeleri ve bunların arkasındaki sistemleri ele alan Metal Şartnameleri ve Metal Standartları bölümlerini okuyun. Son olarak, Metal Eşdeğerleri ve Çapraz Referanslar kılavuzu, bir sistemdeki bir sınıfın başka bir sistemdeki eşdeğeriyle nasıl eşleştirildiğini açıklar; bu, burada açıklanan özelliklere doğrudan bağlıdır.
Metallerin tipik özellikleri arasında parlaklık, iyi ısı ve elektrik iletkenliği ile oda sıcaklığında kalıcı olarak şekillendirilebilme veya deforme edilebilme yeteneği sayılabilir. Bu özellikler arasındaki farklılıklar, farklı metallerin farklı uygulamalar için uygun olmasını sağlar.
Metaller tipik metalik özellikler gösterirken, ametallerde bu özellikler bulunmaz. Metaloidler, bazen metal gibi, bazen de ametal gibi davranan ve bu ikisi arasında bir ara konumda yer alan elementlerdir.
Saf elementel metaller, pratik kullanım için genellikle çok yumuşaktır. İki veya daha fazla metalin birleştirilmesi, belirli bir uygulama için belirli bir özellik ya da özellikler kombinasyonu sağlayacak şekilde bileşimi ayarlanabilen bir alaşım oluşturur. Çelik, pirinç ve bronz yaygın örneklerdir.
Paslanmaz çelik ve galvanizli çelik, korozyon direncinin önemli olduğu alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bronz, deniz suyunun neden olduğu korozyona karşı direnç gösterir ve gemi yapımında yaygın olarak kullanılır; Monel gibi bakır-nikel alaşımları ise son derece korozif ortamlarda iyi performans gösterir.
Inconel gibi nikel bazlı süper alaşımlar, turboşarjlar, basınçlı kaplar ve ısı eşanjörleri gibi yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılır. Aşırı yüksek sıcaklıklarda ise sünmeyi en aza indirmek için tek kristal alaşımlar kullanılır.
Titanyum, düşük yoğunluğu yüksek mukavemet ve mükemmel korozyon direnciyle birleştirir. Çelikten daha hafiftir ancak ona kıyasla aynı derecede mukavemetlidir ve alüminyumdan yaklaşık iki kat daha mukavemetlidir; bu nedenle uçaklarda, gemilerde, uzay araçlarında, bisikletlerde ve pek çok başka üründe kullanılır.