Черный металл отличается от цветного основой сплава: в черных металлах это железо, в цветных железа как базового компонента нет. К черным относятся сталь, чугун и ферросплавы. Они прочные, твердые, притягиваются магнитом и без защиты ржавеют. Цветные металлы (медь, алюминий, латунь, титан и другие) лучше сопротивляются коррозии и стоят дороже, медь и алюминий лучше проводят ток, а алюминий и титан заметно легче стали.
В статье используется это, наиболее распространенное определение; узкая трактовка, по которой к цветным не относят еще хром и марганец, разобрана ниже.
Коротко
Есть железо в основе — металл черный, нет — цветной. Черные выбирают ради прочности и невысокой цены. Цветные выбирают ради малого веса, стойкости к коррозии и электропроводности.
Схема показывает, как металл относят к черным или цветным по основе сплава, где трактовки расходятся и почему цветной металл не всегда легче стали.
Содержимое обзора:
Чем отличаются черные металлы от цветных по составу
Черный металл — это железо и сплавы на его основе. Сталь и чугун различаются долей углерода. В стали его до 2,14%, в чугуне от 2,14% до 6,67%. Чем больше углерода, тем тверже и одновременно более хрупким становится сплав. Поэтому чугун хорошо работает в литье, но плохо переносит изгиб.
Цветными чаще всего называют все остальные металлы. Внутри группы выделяют подгруппы:
- легкие — алюминий, титан;
- тяжелые — медь, свинец, никель;
- благородные — золото, серебро, платина;
- в части классификаций отдельно идут редкоземельные (лантан, скандий, иттрий) и радиоактивные (уран, торий).
Встречается и узкая трактовка, по которой к цветным не относят еще хром и марганец. Это позиция отдельных авторов, а не общепринятая норма. Никель и кобальт по составу цветные, но из-за магнитных свойств и применения в ферросплавах их иногда условно причисляют к черным.
Из черного металла делают балки, швеллеры, арматуру и листовую сталь. Цветной прокат выпускают из меди, алюминия, латуни и титана. Ассортимент обоих видов в одном месте можно посмотреть, например, в каталоге металлопроката profi-dom.kz: разница в сортаменте хорошо показывает, для каких задач нужен каждый вид металла.
Чем черный металл отличается от цветного по свойствам
| Параметр | Черные (сталь, чугун) | Цветные (медь, алюминий) |
|---|---|---|
| Плотность, г/см³ | Сталь — около 7,8 | Алюминий — около 2,7; медь — около 8,9 |
| Магнитность | Ферромагнитны | Как правило, не магнитятся |
| Коррозия | Ржавеют без покрытия | Образуют защитную пленку |
| Электропроводность, % IACS | В 6–8 раз ниже, чем у меди | Медь — около 100, алюминий — около 60 |
| Прочность и твердость | Высокие | Зависят от металла и сплава |
| Цена | Ниже | Выше: производство энергоемкое |
Отсюда и сферы применения. Черный металл идет в строительство, машиностроение и судостроение, то есть туда, где важны прочность и цена. Цветной востребован в электротехнике, авиастроении, производстве бытовой техники, декоративной отделке и ювелирном деле. Отдельный случай — нагрев. Углеродистые стали теряют прочность уже при 400–500 °C. Титановые сплавы и никелевые суперсплавы в инженерной практике используют при 700–800 °C и выше.
Сколько весит одна и та же деталь из стали, алюминия и меди
Возьмем лист 1 × 1 м толщиной 10 мм. Его объем — 0,01 м³, или 10 000 см³. Массу получаем, умножив объем на плотность:
- сталь: 10 000 × 7,8 = 78 000 г, то есть около 78 кг;
- алюминий: 10 000 × 2,7 = 27 000 г, то есть около 27 кг;
- медь: 10 000 × 8,9 = 89 000 г, то есть около 89 кг.
Алюминиевая деталь почти втрое легче стальной, а медная тяжелее ее. Значит, «цветной» не всегда означает «легкий»: малый вес дают алюминий и титан, а медь и латунь весят больше стали. Этот расчет пригодится, когда нужно оценить нагрузку на конструкцию или стоимость доставки.
Как отличить черный металл от цветного без приборов
- Магнит. Если деталь притягивается сразу и сильно, это почти наверняка сталь или чугун.
- Вес в руке. Алюминий заметно легче стальной детали того же размера.
- Цвет среза. У стали срез серый. Медь на срезе красноватая, латунь желтая, алюминий светлый и матовый.
- Искра при резке. Сталь под болгаркой дает сноп искр, медь и алюминий почти не искрят.
- Звук. Сталь при ударе звенит, свинец и медь звучат глухо.
Надежнее всего проверять сразу по двум-трем признакам. Один признак может подвести, особенно если деталь покрыта краской или цинком.
Частые ошибки при определении и выборе металла
- Путать нержавейку с цветным металлом. Формально нержавеющая сталь — черный металл, так как ее основа — железо. Однако пункты приема лома из-за хрома и никеля в составе нередко принимают ее как отдельную дорогую категорию наравне с цветметом. Для проектирования действует формальная классификация, для сдачи лома — правила конкретного пункта.
- Принимать оцинковку за алюминий. Светлое покрытие похоже на алюминий, но под ним сталь. Это легко проверить магнитом или зачисткой среза.
- Ставить обычную сталь во влажную или агрессивную среду без защиты. Без покрытия она ржавеет. Такой конструкции нужна окраска или другой материал.
- Выбирать сталь вместо меди или алюминия для токопроводящих частей. Проводимость стали в разы ниже, поэтому такая деталь сильнее греется и теряет энергию.
- Сваривать и резать чугун как сталь. Высокое содержание углерода делает чугун хрупким, поэтому его сваривают с подогревом.
Вопросы и ответы
Почему цветные металлы дороже черных?
Их производство требует больше энергии, а сырье встречается реже. Сталь и чугун выпускают в огромных объемах, поэтому они дешевле.
Нержавеющая сталь — черный или цветной металл?
По составу это черный металл, потому что основа сплава — железо. При сдаче лома ее часто оценивают отдельно и дороже обычной стали.
Чем отличается цветной металл от черного, если под рукой только магнит?
Сталь и чугун магнитятся, а медь, алюминий и латунь, как правило, нет. Если результат сомнительный, дополнительно оцените вес и цвет среза.
Какой металл выбрать для каркаса здания?
Обычно черный прокат: балки, швеллеры и арматуру. Он прочный, твердый и обходится дешевле цветного.
Все ли цветные металлы легче стали?
Нет. Алюминий почти втрое легче стали, а медь с плотностью около 8,9 г/см³ тяжелее ее.
