鉄金属と非鉄金属:定義、例、特性および用途

最も基本的な金属分類方法の 1 つは、金属を鉄または非鉄に分類することです。この記事では、鉄金属材料と非鉄金属材料とは何か、またその特性、例、用途、違いについて理解しましょう。

鉄金属とは何ですか?

鉄金属は、組成中に鉄の割合が高い金属として定義されます。 「鉄」という用語は、鉄を意味するラテン語のferrumに由来しています。鉄は磁性を持っているため、鉄金属も磁石に引き寄せられる可能性があります。このタイプの材料は、その強度、硬度、耐久性、および重荷重や過酷な条件に耐える能力でもよく知られています。ただし、鉄合金の注目すべき欠点は、湿気や酸素にさらされると錆や腐食を受けやすいことであり、そのため、耐性を向上させるために保護コーティングや合金化が必要になることがよくあります。鉄金属は、建設、自動車、機械製造などの業界で広く使用されています。

金は鉄ですか、それとも非鉄ですか?

金（Au）は鉄を含まないため、非鉄金属です。他の貴金属には銀やプラチナなどがあります。水銀やタングステンなどのレアメタルも非鉄です。

すべての貴金属は非鉄ですか?

はい。 Da Cihai によれば、非鉄金属は鉄、クロム、マンガンを除くすべての金属元素として定義されます。それらは 4 つのカテゴリに分類できます。銅、鉛、亜鉛、ニッケルなどの重金属。アルミニウム、マグネシウム、チタンなどの軽金属。金、銀、プラチナなどの貴金属。タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ、希土類元素などのレアメタルも含まれます。レアメタルは現代産業において非常に重要であるため、他の非鉄金属とは別のカテゴリーとして扱われることがよくあります。

鉄金属とその用途の例

鉄ベースの金属にはいくつかのサブタイプがあります。これらの一般的な鉄金属がさまざまな業界で何に使用されているかを調べてください。

炭素鋼
最も典型的で一般的に使用される種類の鉄金属の 1 つは、低、中、高炭素鋼を含む炭素鋼 (非合金鋼) です。炭素鋼は主に鉄と炭素を約 0.05% ～ 1% (最大 2.1%) 含有して作られています。他の元素も存在しますが、その含有量は非常に低いです。炭素鋼は超高層ビル、橋、機械の建設に使用されています。耐久性と費用対効果の高さから、工具、自動車部品、構造部品にも使用されています。

合金鋼
もう 1 つのグループは合金鋼で、クロム、ニッケル、モリブデン、バナジウムなどのさまざまな元素で構成されており、重量の 1% ～ 50% を占めます。これらの添加元素により、強度、耐食性、靱性などの特定の特性が向上し、金属を特殊な用途に合わせて調整できるようになります。合金鋼は、建築、工作機械、自動車部品、電気部品に広く使用されています。

鋳鉄
鋳鉄は、炭素含有量が高い (1.5 ～ 4%) ため、非常に硬いですが脆い鉄合金です。シリコンの添加により鋳造性に優れています。鋳鉄は耐摩耗性が高く、融点が低いため、調理器具、自動車のブレーキ部品、パイプ、重機の部品などに最適です。ただし、鋳鉄は応力がかかると亀裂が入る可能性があり、柔軟性に欠けるため、その使用は脆さがそれほど問題にならない用途に限定されます。

ステンレス鋼
ステンレス鋼には少なくとも 10.5% のクロムが含まれており、多くの場合ニッケルと結合しています。その最も注目すべき特性はその耐食性です。クロムは不動態の酸化クロム層を形成し、母材金属への酸素の拡散を防ぎます。そのため、ステンレス鋼は光沢があり、きれいな状態を保つことができます。ステンレス鋼部品は、厨房、病院、食品加工機器、家電製品などで幅広く使用されています。また、刃物、手術器具、建築物にも好まれています。

錬鉄
錬鉄は、炭素含有量が非常に低く (0.08% 未満)、不純物が少量含まれている、ほぼ純粋な鉄です。柔らかく、可鍛性があり、延性があり、加熱やハンマーでの成形が容易です。さびや腐食に対する耐性があるため、装飾フェンス、門扉、手すり、釘、農具などとして歴史的に人気がありました。今日では主に鋼に取って代わられていますが、錬鉄は依然として装飾品や修復作業で価値があり続けています。

鉄金属の特性

• 強度と耐久性:鉄金属は一般に高い引張強度、耐久性、堅牢性を備えており、構造用途や機械で長期にわたるパフォーマンスを保証します。
• 磁気特性:多くの鉄金属は、鉄の組成により磁気特性を示します。磁気は電気機器にとって重要です。
• 腐食のしやすさ:鉄金属は湿気や酸素にさらされると錆びて腐食する傾向がありますが、ステンレス鋼は例外です。
• 費用対効果:多くの鉄金属、特に鋳鉄は手頃な価格であることが特徴です。これにより、大規模プロジェクトではより経済的な選択肢となります。
• リサイクル可能性:鉄金属はリサイクルでき、品質を維持できます。そのため、新しい素材の需要が減り、天然資源が節約されます。
• 外観:ほとんどの鉄金属は銀色または灰色がかっています。最終的な外観は、特定の合金と処理プロセスによって異なります。
• 電気伝導率:鉄金属は電気の良導体であるため、銅ほど伝導率は高くありませんが、特定の電気用途では有益です。

非鉄金属とは何ですか?

鉄金属とは対照的に、非鉄金属は、重大な量の鉄を含まない (通常は 1% 未満) という特徴があります。鉄が含まれていないため、これらの金属は錆びず、磁石に引き寄せられません。非鉄金属は、軽量、優れた導電性、耐食性などの特性で高く評価されています。自然な耐食性は、その下の金属をさらなる損傷から保護する酸化層によってもたらされ、合金の寿命を延ばします。非鉄金属は、電気配線、配管、航空宇宙、装飾品などの用途に最適です。

非鉄金属の特性

• 軽量:非鉄材料は密度が低いため、一般に鉄材料よりも軽量であるため、軽量化が重要な用途に適しています。
• 電気伝導性:銅やアルミニウムなどの多くの非鉄金属は電気をよく通し、ほとんどエネルギー損失なく電流が容易に流れます。
• 生体適合性:チタンや金などの特定の例は、有害な反応を引き起こさないため、人体内で安全に使用できます。
• 耐食性:非鉄金属は一般に、鉄材料よりも錆びや腐食に強いです。これが最大の違いの 1 つです。
• リサイクル可能性:ほとんどの非鉄金属は何度もリサイクルできるため、鉱石から製造するよりもエネルギーの使用量が少なくなります。
• 熱伝導率:銅やアルミニウムなどの非鉄金属は効率的に熱を伝えます。そのため、熱交換器、調理器具、冷却システムでの使用に適しています。
• 展性と延性:多くの非鉄金属は、壊れることなく、簡単に成形、曲げ、または引き伸ばすことができます。ゴールドとシルバーは特に柔らかく、柔軟性があります。
• 非磁性:鉄金属とは異なり、ほとんどの非鉄金属は磁石を引き付けず、磁気特性を保持しないため、磁気干渉を回避する必要がある場合に使用されます
• 美的魅力:非鉄金属は、自然な輝きとゆっくりとした酸化プロセスにより魅力的な外観を備えていることが多いため、ジュエリーや装飾用途に選ばれています。

非鉄金属とその用途の例

銅からアルミニウムまで、CNC 機械加工やその他の技術で製造できる一般的な非鉄材料のリストは次のとおりです。

銅
銅は何千年も前から使用されており、その優れた電気伝導性と熱伝導性により現在でも人気があります。耐食性に優れ、延性が高いため、容易に成形できます。炭素鋼と比較すると、銅は強度が低くなります。銅と、真鍮 (銅と亜鉛) や青銅 (銅と錫) などの合金は、コネクタ、電気配線、配管、屋根材、調理器具、装飾品などに使用されます。銅も時間の経過とともに酸化し、表面が緑っぽくなります。

真鍮
真鍮は銅と亜鉛から作られるイエローゴールド合金です。多くの金属よりも重く、優れた耐食性と機械加工性を備えています。真鍮は配管、楽器、装飾品、さまざまな工業部品に使用されています。レッドブラスなどの種類があり、銅の含有量が多く、バルブやポンプなどの用途に重宝されています。

ブロンズ
青銅は主に銅と錫の合金で、耐久性と耐食性で知られています。温かみのある茶色がかった色で、彫刻、海洋機器、楽器、建築装飾などに使用されます。青銅は道具や武器において歴史的に重要であり、現在でも芸術的および実用的な用途で高く評価されています。

アルミニウム
アルミニウムは軽量で加工しやすく、腐食に強い銀白色の金属です。純アルミニウムは延性に優れています。銅ほどではありませんが、熱と電気をかなりよく伝えます。この金属は飛行機、自動車、船舶、自転車のフレーム、家庭用品、建築資材などに広く使用されています。 CNCLATHING のアルミニウム機械加工サービスは、さまざまな形状、表面仕上げ、厳しい公差を提供します。

リード
鉛は非常に重い非鉄金属で、その柔らかさと耐食性で知られています。多くの化学物質と反応しにくいため、歴史的に銃弾、パイプ、塗料に使用されてきました。現在、鉛は主にバッテリー、電力ケーブル、酸タンクに使用されています。鉛は毒性があるため、取り扱いには注意と専門的なリサイクル プロセスが必要です。

ニッケル
ニッケルは他の金属と合金化すると靭性と耐食性が加わり、高温および低温で優れた性能を発揮します。表面を保護し、光沢のある仕上がりを与えるために電気メッキにも使用されます。ニッケル合金は、航空宇宙、エレクトロニクス、製造などの多くの業界で使用されています。

錫
錫は柔らかく、展性があり、融点が低いです。主に、食品缶などの錆を防ぐための鋼の保護コーティングとして使用されます。錫は、電子機器や配管の金属部品を接合するはんだの主要成分でもあります。

チタン
チタンは、腐食や高温に耐える、強力でありながら軽量な金属です。その強度重量比は多くの鋼鉄を上回っており、航空機、自動車、医療用インプラント、スポーツ用品に最適です。チタン合金は、アルミニウムやバナジウムなどの他の元素と組み合わせて、厳しい環境に適した材料を作成します。

亜鉛
亜鉛は、表面に保護層を形成することで他の金属を錆びから守ります。亜鉛めっきと呼ばれるプロセスで鋼をコーティングするために一般的に使用されます。亜鉛はガードレール、フェンス、自動車部品、バッテリーなどの製品に含まれています。また、塗料、ゴム製造、海洋用途での腐食を防ぐための犠牲陽極としても使用されます。

マグネシウム
もう 1 つの人気のある非鉄金属 マグネシウムは非常に軽く、強度対重量比が優れています。機械加工が容易で、耐食性にも優れています。この金属は、航空宇宙、自動車部品、電子機器、スポーツ用品、医療機器で一般的です。

鉄金属と非鉄金属を識別するにはどうすればよいですか?

鉄金属と非鉄金属を識別するには、簡単な磁石テストを使用できます。鉄金属には鉄が含まれているため磁性があり磁石がくっつきますが、非鉄金属は磁石に付きません。鉄金属は通常、重く、柔軟性が低く、錆びやすいため、強度と耐久性を向上させるために合金元素が含まれていることがよくあります。これらの金属は、工具、自動車部品、建設資材などの品目によく見られます。対照的に、非鉄金属は一般に軽いです。

鉄金属と非鉄金属 – 鉄金属と非鉄金属の違い

１．鉄分
鉄金属には多量の鉄が含まれており、多くの場合その組成の半分以上を占めます。この鉄の存在がその核となる特性を定義します。一方、非鉄金属には鉄がほとんどまたはまったく含まれていないため、物理的および化学的特性が大きく異なります。

２．磁気特性
鉄を含むため、ほとんどの鉄金属は磁性を持っています。つまり、磁石に引き寄せられ、磁性を帯びた挙動を示す可能性があります。非鉄金属は通常、磁気特性を示さないため、磁気干渉を回避する必要がある電子機器で役立ちます。

３．耐食性
鉄金属は、湿気や酸素と接触すると、時間の経過とともに錆びて腐食する傾向があります。この脆弱性は、鉄が環境と反応することに起因します。対照的に、非鉄金属は耐腐食性に優れているため、屋根や配管などの屋外または湿った環境によく選択されます。

４．密度と重量
鉄金属は一般に密度が高く重いため、過酷な用途における強度と耐久性に貢献します。非鉄金属は通常、重量が軽く、密度が低いため、航空宇宙部品や自動車部品など、軽量性が重要な場合に適しています。

５．強度と耐久性
鉄金属は、その優れた強度と靭性で知られています。重い荷重や過酷な条件に耐えることができるため、建設、機械、車両などに使用されています。非鉄金属の強度は大きく異なります。チタンのように非常に強いものもあれば、アルミニウムのように軽さと適度な強度を兼ね備えたものもあります。

６．電気伝導率と熱伝導率
鉄金属は通常、非鉄金属ほど電気や熱を伝えません。 2 つの一般的な非鉄金属である銅とアルミニウムは優れた導体であるため、電気配線、電子機器、熱交換システムに最適です。

７．展性と延性
非鉄金属は多くの場合、可鍛性と延性が高いため、壊れることなく、より簡単に成形したり伸ばしたりすることができます。鉄金属は柔軟性に劣る傾向がありますが、特定の用途に合わせて合金化または処理してこれらの特性を向上させることができます。

８．コスト
鉄は豊富に存在し、入手が容易であるため、一般に鉄金属は安価です。非鉄金属は、その相対的な希少性と抽出と加工の複雑さにより、価格が高くなる傾向があります。金や銀などの貴金属はこのカテゴリに分類され、特に価値があります。

９．リサイクル
鉄金属と非鉄金属はどちらもリサイクルできますが、鉄金属は磁気特性と潜在的な汚染物質のため、より詳細な選別と処理が必要です。非鉄金属は識別が容易で、品質を損なうことなく繰り返しリサイクルできます。

10．特性に基づいたアプリケーション
鉄金属は、自動車、建物、重機など、強度、耐久性、磁気特性が不可欠な場所で主に使用されます。非鉄金属は、配線、屋根、電子機器、装飾品など、耐食性、軽量性、導電性が要求される状況で好まれます。

11．歴史的な使用
銅、金、銀などの非鉄金属は、人類が使用した最初の金属の 1 つです。考古学的証拠は、人類が紀元前 9000 ～ 8000 年頃に天然銅を使用してビーズの装飾品や小さな道具を作り始めたことを示唆しています。その後、鉄の道具や武器が青銅製の道具や武器に取って代わり始めたときに、鉄金属が普及し、大きな技術進歩をもたらしました。