W przyrodzie występują takie pierwiastki, które można podzielić na metale i niemetale.
Metale to pierwiastki chemiczne charakteryzujące się obecnością w sieci krystalicznej elektronów
swobodnych (niezwiązanych). W przeważającej większości wykazują one następujące własności:
tworzenie połyskliwej, gładkiej powierzchni w stanie stałym (bardziej reaktywne metale tworzą na
powierzchni warstwę tlenków), ciągliwość i kowalność, dobre przewodnictwo cieplne, szybkie
wypromieniowywanie ciepła, bardzo dobre przewodnictwo elektryczne (za przewodnictwo
odpowiedzialne są ujemnie naładowane cząsteczki czyli elektrony , które poruszają się w sieci
krystalicznej między jonami dodatnimi. Jest to typ wiązania metalicznego), skłonność do tworzenia
związków chemicznych o właściwościach raczej zasadowych i nukleofilowych niż kwasowych i
elektrofilowych, stały stan skupienia (wyjątkiem jest rtęć) i z reguły dość wysoka temperatura
topnienia, bezwonność. Metale charakteryzują się wiązaniem metalicznym. Układy
wieloskładnikowe złożone z więcej niż jednego pierwiastka, charakteryzujące się przewagą
wiązania metalicznego tworzą stopy metali.
Pierwiastki metaliczne występują w przyrodzie przeważnie w postaci rud, które są
przerabiane na czyste metale na drodze różnych procesów metalurgicznych. Z powodu swoich
bardzo dobrych własności mechanicznych metale są powszechnie wykorzystywane do produkcji
maszyn, urządzeń i wielu innych wyrobów, a także jako materiały konstrukcyjne w budownictwie.
Olbrzymia większość pierwiastków w układzie okresowym to właśnie metale. Ze względu
na własności i miejsce w układzie okresowym tradycyjnie rozróżnia się: metale alkaliczne, metale
ziem alkalicznych, metale przejściowe, metale ziem rzadkich.
Stop to tworzywo składające się z metalu stanowiącego osłonę, do którego wprowadzono co
najmniej jeden pierwiastek e celu zmiany jego właściwości w żądanym kierunku. W stanie ciekłym
składniki stopów rozpuszczają się zwykle bez ograniczeń tworząc roztwory ciekłe o
nieograniczonej rozpuszczalności.
Metale otrzymuje się z rud, będących najczęściej tlenkami. Procesy metalurgiczne polegają
zwykle na redukcji prowadzącej do ekstrakcji metalu z rudy oraz na rafinacji, usuwającej z metalu
pozostałe zanieczyszczenia. Elementy metalowe zwykle wykonywane są metodami odlewniczych,
przeróbki plastycznej lub obróbki skrawaniem, a często także metalurgii proszków. Własności
metali i stopów są kształtowane metodami obróbki cieplnej, a powierzchnia elementów metalowych
często jest uszlachetniana metodami inżynierii powierzchni, zwiększającymi m.in. odporność na
korozję lub odporność na zużycie.
Najczęściej używanymi spośród materiałów metalowych są stale, czyli stopy żelaza z
węglem i innymi pierwiastkami, a także stopy odlewnicze żelaza, tzn. staliwa i żeliwa. Liczną grupę
stosowanych materiałów metalowych stanowią również metale nieżelazne i ich stopy.
WA
AŚĆIWOŚCI FIZYCZNE METALI I STÓP
Do właściwości fizycznych metali i stóp zaliczamy:
* gęstość (stosunek masy ciała do objętości), zgodnie z obowiązującym układem jednostek SI  w
kg/m3 lub t/m3; Małą gęstością wyrajają się odznaczają się metale lekkie i ich stopy np. lit,
magnez, aluminium i ich stopy a dużą gęstością ciężkie metale np. żelazo, platyna.
* temperaturę topnienia (wyrażana jest w �C) to temperatura, w której dane ciało stałe topnieje,
czyli zamienia się w ciecz; wszystkie metale są topliwe a ich temperatura topnienia waha się w
szerokich granicach. Można podzielić metale na łatwo topliwe, których temperatura topnienia
wynosi do 650�C. Są to cyna, cynk, kadm, magnez itp. Metale trudno topliwe maja temperaturę
topnienia do 2000�C (chrom, kobalt, nikiel, żelazo...). Natomiast do metali trudno topliwych
zalicza się molibden, tantal, wolfram. Ich temperatura topnienia tych metali wynosi ponad 2000�C.
Metale mają stałą temperaturę topnienia, natomiast temperatura topnienia stopów jest zwykle niższa
od temperatury topnienia składnika o najwyższej temperaturze topnienia.
* temperaturę wrzenia dla większości metali jest dość wysoka. A
atwo wrzącymi metalami są
kadm (767�C) i cynk (907�C).
* ciepło właściwe to ilość ciepła potrzebna do ogrzania 1 g danego ciała o jeden stopień (1�C ).
Ciepło właściwe mierzy się zazwyczaj w dżulach na kilogram i kelwin (J/(kg*K)) lub w
kilodżulach na kilogram i kelwin (kJ/(kg-K)).
Zależy ono od rodzaju substancji, temperatury i sposobu ogrzewania.
* przewodność elektryczną czyli zdolność przewodzenia prądu. Najlepszym przewodnikiem prądu
jest srebro, także miedz
, aluminium, złoto. Dlatego nie używa się tych materiałów na przewody
elektryczne. Przewodność maleje wraz ze wzrostem temperatury przewodnika.
* właściwości magnetyczne (zdolność magnesowania się) najlepsze właściwości magnetyczne
maja żelazo, nikiel, kobalt, a ze stopów stal. Buduje się z nich magnesy trwałe.
* rozszerzalność cieplna przejawia się we wzroście wymiarów liniowych i objętości pod wpływem
wzrostu temperatury i kurczeniu się podczas chłodzenia. Największą rozszerzalność cieplną
wykazuje kadm, a najmniejszą wolfram.
Zjawisko rozszerzalności cieplnej ma duże znaczenie podczas konstruowania mostów, urządzeń
pracujących w zmiennych temperaturach i silnikach cieplnych.
* przewodnictwo cieplne najlepszym przewodnikiem ciepła jest srebro, także miedz
, złoto,
aluminium. Najgorzej ciepło przewodzi kadm, bizmut, nikiel, ołów, tantal.
Miarą przewodnictwa cieplnego jest ilość ciepła, jaka przepływa przez przewodnik o długości 1
metra o przekroju 1m2 w ciągu jednej godziny przy różnicy temperatury 1�C.
WA
AŚĆIWOŚCI MECHANICZNE METALI I STÓP
(zdolność do przeciwstawiania się działaniu sił zewnętrznych i zmian temperatury. Pod wpływem
działania tych sił mogą nastąpić odkształcenia, a nawet zniszczenia danej części.
Zalicza się do nich:
* wytrzymałość na rozciąganie to odporność materiału na działanie sił zewnętrznych
rozciągających. Za pomocą badań mechanicznych sprawdza się, czy własności wytrzymałościowe
danego metalu odpowiadają zamierzonemu przeznaczeniu. Analogicznie określa się wytrzymałość
na ściskanie, zginanie, skręcanie, ścinanie i wyboczenie.
* twardość to odporność materiału na odkształcenia trwałe, występujące pod wpływem sił
skupionych działających na małą powierzchnię (zazwyczaj zaciskanie odpowiednio
ukształtowanego, twardego wgłębnika w materiał o mniejszej twardości). Twardość jest ważną
własnością metalu. Na ogół im twardszy jest metal, tym większą wykazuje odporność na ścieranie.
Twardość metalu można mierzyć różnymi sposobami i każdemu z tych sposobów odpowiadają inne
jednostki twardości. Próby twardości dokonuje się sposobem Brinella, Rockwella, Vickersa.
* udarność to odporność metalu na uderzenia. Badania udarności, w odróżnieniu od poprzednio
opisanych prób statycznych, wchodzą w zakres zadań dynamicznej wytrzymałości materiałów.
Udarność określa się w megadżulach na metr kwadratowy (MJ/ma) lub w kilodżulach na metr
kwadratowy (kJ/m8).
WA
AŚĆIWOŚCI TECHNOLOGICZNE METALI I STÓP
Właściwości technologiczne danych metali i stóp określają przydatność tego materiału w danym
procesie produkcyjnym danego przedmioty.
Do tych właściwości zaliczamy:
 lejność: zdolność ciekłego metalu lub stopu do wypełniania formy odlewnicze, zależy od składu
chemicznego, struktury i temperatury ciekłego metalu. Dla określenia lejności stosuje się próbę
odlewania spirali o znormalizowanych wymiarach. Im większa jest lejność metalu, tym dłuższy
odcinek spirali zostaje w czasie odlewania wypełniony metalem.
 plastyczność metalu to zdolność do zmiany jego kształtu pod wpływem siły zewnętrznej oraz do
zachowania nowego kształtu po ustaniu działania siły odkształcającej. Umożliwia ona
kształtowanie metalu stosownie do potrzeb.
 skrawalność czyli podatność materiału do obróbki skrawaniem. Bada się ją stosując próby,
podczas których określa się powierzchnię skrawaną oraz rodzaj wiórów.
WA
AŚĆIWOŚCI CHEMICZNE METALI I STÓP
Do własności chemicznych zalicza się:
* odporność metalu na korozję atmosferyczna czyli na działania składników chemiczny powietrza
* odporność na działanie wysokiej temperatury
* odporność na działanie czynników chemiczny
Ujemną własnością metali w procesach spawalniczych jest skłonność do szybkiego utleniania się,
zwłaszcza gdy znajdują się w stanie nagrzania. Utlenianie jest procesem chemicznym, polegającym
na łączeniu się tlenu z niektórymi metalami. W wyniku tego procesu tworzy się tlenek (np.
utleniające się żelazo  tlenek żelaza). Proces utleniania zależy od warunków, w jakich metal się
znajduje. Na wolnym powietrzu proces ten odbywa się znacznie wolniej, niż w podwyższonej
temperaturze. Tlenek jest zazwyczaj bardzo twardy i dlatego przy pracach spawalniczych utlenienia
jest procesem szkodliwym.