Eigenschaften, Verarbeitung und Gewinnung von Metallen

Eigenschaften von Metallen

Metalle zeichnen sich durch folgende Eigenschaften aus:

• Elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit
• Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beanspruchung
• Zähigkeit, Duktilität und Verformbarkeit (Malleabilität)
• Fest bei Raumtemperatur (außer Quecksilber)
• Wirtschaftlichkeit
• Hohes Gewicht (schwer)
• Teilweise magnetisch
• Hohe Schmelztemperaturen

Klassifizierung von Metallen

Die meisten Metalle werden nicht rein, sondern in Legierungen verwendet. Man unterscheidet zwischen Eisen- und Nichteisenmetallen (NE-Metalle).

Eisenmetalle

• Reineisen: Silberfarben, oxidiert leicht.
• Stähle: Duktil und verformbar, gut schmiedbar und schweißbar. Die Härte steigt mit dem Kohlenstoffgehalt; sie sind sehr zäh.
• Gusseisen: Weniger duktil und verformbar als Stahl, aber härter. Sie schmelzen bei niedrigeren Temperaturen, sind jedoch schwer schweißbar.

Nichteisenmetalle (NE-Metalle)

• Kupfer: Rot, exzellenter Wärme- und Stromleiter, korrosionsbeständig, gut schweißbar, sehr duktil.
• Zinn: Bläulich-weiß, glänzend, weich.
• Zink: Weiß, sehr korrosionsbeständig gegen Oxidation.
• Aluminium: Weiß glänzend, leicht, ungiftig, korrosionsbeständig, weich.
• Magnesium: Leichtestes Metall, reagiert heftig mit Sauerstoff.
• Titan: Sehr teuer, zäh, korrosionsbeständig, gute mechanische Eigenschaften, biokompatibel.

Wichtige Legierungen

• Messing (Kupfer + Zink): Gelb, gut verformbar, höhere Zugfestigkeit als reine Metalle.
• Bronze (Kupfer + Zinn): Gelb, widerstandsfähiger gegen Zug als Messing, korrosionsbeständig, sehr flüssig beim Schmelzen.
• Magnesium-Aluminium-Kupfer: Höhere Widerstandsfähigkeit als reines Aluminium.
• Magnesium + Aluminium: Verbessert die mechanischen Eigenschaften von Magnesium.
• Titan + Aluminium: Macht Aluminium kostengünstiger.

Werkzeuge und Bearbeitung

Werkzeuge

• Messen und Markieren: Metalllineal, Reißnadel, Zirkel.
• Halten und Biegen: Schonhammer, Schraubstock, Zangen.
• Schneiden: Blechschere, Metallsäge, Bolzenschneider.
• Bohren: Bohrer, Meißel.
• Entgraten und Polieren: Metallfeilen, Stahlwolle, Schleifpapier.

Fertigungsverfahren

• Umformen: Metall wird durch hohen Druck in einer Matrize verformt.
• Stanzen: Ausschneiden von Metallteilen mittels Presse und scharfen Kanten.
• Punktschweißen: Verbinden von Metallplatten durch Schweißpunkte.
• Bohren: Erzeugen von Löchern mittels Vertikalbohrmaschine.
• Trennen: Schneiden von Metallprofilen mittels Trennscheibe.
• Fräsen und Drehen: Spanabhebende Bearbeitung durch rotierende Werkzeuge.
• Computergestützte Fertigung (CAM): Integration von Computern in den Fertigungsprozess.

Gewinnung und Umwelt

Metalle werden bei hohen Temperaturen in Hochöfen gewonnen oder durch Elektrolyse (Trennung des Metalls von anderen Stoffen) isoliert. Dies betrifft insbesondere Kupfer, Magnesium, Titan und Zink.

Umweltauswirkungen: Bergbau, metallverarbeitende Industrie sowie Abfallmanagement (Recycling, Sammlung und Wiederverwendung).