Wat is metaalindustrie?

Metaalindustrie is een verzamelnaam voor alle bedrijven die metaal uit erts produceren en op industriële wijze verwerken tot basismaterialen, halffabricaten en samengestelde constructies, machines, werktuigen en transportsmiddelen. De metaalindustrie wordt ook wel in verband met de elektrotechnische industrie genoemd. In dat geval heeft men het over metalektro, een voorbeeld hiervan is de metalektro cao.

Indeling metaalindustrie
Als men bovenstaande definitie hanteert dan komt men er achter dat de metaalindustrie een enorme omvangrijke sector is. Men kan de metaalindustrie op verschillende manieren indelen. Een voorbeeld hiervan is de volgende opsomming;

  • Basismetaalindustrie
  • Productie van enkelvoudige metalen producten
  • Productie van samengestelde metalen producten
  • Productie van onderdelen voor apparaten, machines en werktuigen
  • Productie van machines, apparaten, instrumenten en transportmiddelen

Deze verschillende segmenten van de metaalindustrie zijn in onderstaande alinea’s nader omschrijven.

Basismetaalindustrie
Bij de basismetaalindustrie begint de metaalindustrie. In dit deel van de metaalindustrie worden ertsen die ijzer en andere metalen bevatten opgespoord en wordt uit deze ertsen metaal gewonnen. In hoogovenbedrijven wordt ruwijzer geproduceerd. Daarnaast worden ook legeringen gemaakt waardoor de eigenschappen van metalen elkaar kunnen versterken. Verder wordt in de basismetaalindustrie plaatstaal, staafstaal, profielstaal en blik geproduceerd. In walserijen wordt plaatstaal gemaakt. Men kan ook oppervlaktebehandelingen toepassen zoals galvaniseren. Verder wordt staal doormiddel van harden toepasbaar voor specifieke metaalproductiebedrijven.

Productie van enkelvoudige metalen producten
In deze tak van de metaalindustrie worden eenvoudige producten gemaakt van metaal. Dit zijn vaak producten die verder in andere metaalbedrijven worden verwerkt zoals bouten, moeren en assen. Ook producten die in gieterijen worden gemaakt en in smederijen behoren tot de enkelvoudige metalen producten. Deze producten bestaan namelijk uit één geheel.

Productie van samengestelde metalen producten
Samengestelde metalen producten zijn constructies die onder andere worden vervaardigd in staalconstructiebedrijven. Deze constructies worden doormiddel lasprocessen aan elkaar bevestigd. Men heeft het in dit segment ook wel over samenstellers en lassers die constructies op basis van tekening kunnen samenstellen en aflassen. Lassers die niet kunnen samenstellen worden ook wel aflassers genoemd.

Productie van onderdelen voor apparaten en machines
Dit zijn bedrijven die toeleveranciers zijn voor de werktuigenbouw of werktuigbouw. Hier worden onderdelen en halffabricaten voor machines en apparaten geproduceerd. Dit zijn complexere producten dan de producten in het vorige segment van de metaalindustrie omdat ze uit meerdere kunnen onderdelen bestaan. Vaak worden onderdelen vervaardigd doormiddel van machinebankwerken. Er worden onderdelen doormiddel van verspaning vervaardigd. Verspaning is niet alleen draaien en frezen. Ook boren, eroderen en vonkverspaning behoort tot de verspanende technieken. Daarnaast wordt ook in dit segment samengesteld en gelast.

Productie van machines, apparaten, instrumenten en vervoersmiddelen
In dit segment zij machinefabrieken actief evenals bedrijven die zich bezig houden met de productie van transportmiddelen zoals auto’s, treinen en vliegtuigen. De scheepsbouw en de jachtbouw valt hier ook onder. Verder worden in dit segment ook landbouwwerktuigen gebouwd voor de landbouwmechanisatie. Ook huishoudelijke apparaten en elektrische gereedschappen worden hier gemaakt. Dit is een brede sector waar complexere producten worden gemaakt die uit meerdere onderdelen bestaan.

Wat zijn de verschillen tussen gietstaal en gietijzer?

In de werktuigbouwkunde of de metaalsector worden verschillende materialen en metalen gebruikt. Van alle metalen wordt staal het meeste gebruikt. Dit materiaal is ijzer met een klein percentage koolstof.  Staal kan op verschillende manieren in de gewenste vorm worden gebracht. Hierbij kan gedacht worden aan walsen, smeden en buigen. Ook kunnen producten in de juiste vorm worden gegoten. Er zijn echter een aantal verschillen tussen gietstaal en gietijzer. Deze verschillen zitten niet alleen in het materiaal, ook de verwerkingsprocessen tussen gietijzer en gietstaal zijn verschillend.

Sterkte van het materiaal
Gietstaal is sterker dan gietijzer. Daarom wordt gietstaal gebruikt bij producten die onder een grotere druk of belasting komen te staan. Gietstaal is minder breekbaar dan gietijzer. Hierdoor is gietstaal minder breekbaar en heeft het een smeltpunt van 1450-1550 gr C. Dit smeltpunt is 200 gr C hoger dan het smeltpunt van gietijzer. Hierdoor worden hogere eisen gesteld aan de oeverbekleding, de gietvormen en de smeltkroes.

Vormvullend vermogen
Verder is gesmolten gietstaal ook stroperiger dan gietijzer en is het vormvullend vermogen minder goed. Daardoor is het gegoten product minder strak en zal men rekening moeten houden met nabewerking. Gietstaal moet in ieder geval na het gieten worden gegloeid. Dit wordt ook wel spanningsarmgloeien genoemd en wordt gedaan om de spanning in het materiaal te verminderen. De inwendige spanning van gietstaal ontstaat door de grote krimp die veroorzaakt door het stollen van gietstaal. De krimp van gietstaal is 2 procent en dat is twee keer zo groot als de krimp die ontstaat dor het stollen van grijs gietijzer. Door deze grote krimp kunnen slinkholtes ontstaan in het gietstuk. Deze slinkholtes worden ook wel lunkers genoemd.

Wanddikte van gietstaal
Over het algemeen is gietstaal alleen geschikt voor het gieten van producten van een grote wanddikte. Deze wanddikte moet minimaal 7 millimeter zijn. Gietstaal is goed te bewerken en de sterkte en taaiheid van dit materiaal kunnen doormiddel van veredelen worden verbetert.

De prijs van gietstaal en gietijzer
Over het algemeen is gietstaal duurder dan gietijzer. Dit komt doordat de bewerking van gietstaal duurder is dan de bewerking van gietijzer. De kosten van de bewerking zitten vooral in de hogere verwerkingstemperatuur en de grotere bewerkingtoeslag/ nabewerking.

Wat zijn de fysische eigenschappen van metalen?

Metalen zijn scheikundige elementen die in het periodiek systeem der elementen zijn ondergebracht in de volgende categorieën: alkalimetalen,  aardalkalimetalen, overgangsmetalen en hoofdgroepmetalen. De indeling van metalen in de verschillende categorieën of groepen is gebaseerd op de fysische en chemische eigenschappen van de elementen. Het periodiek systeem der elementen wordt ook wel de tabel van Mendelejev genoemd omdat hij gezien wordt als de grondlegger van het periodiek systeem. In dit systeem staan alle elementen die bekend zijn. De elementen staan op volgorde van atoomnummer en elementen uit dezelfde periode staan naast elkaar. Elementen uit dezelfde groep staan boven elkaar. Hierdoor ontstaat een duidelijk overzicht voor mensen die een beeld willen krijgen van de eigenschappen van elementen.

Fysische eigenschappen van metalen
Met fysische eigenschappen van een element bedoelt men de eigenschappen die de natuurwetten volgen. Deze eigenschappen worden beïnvloed door de omgeving waarin het element zich bevind. Voorbeelden van omgevingsfactoren die invloed hebben op een element zijn de temperatuur en de vochtigheid. Elk element heeft fysische eigenschappen. Sommige fysische eigenschappen van elementen hebben overeenstemming met elkaar. Metalen hebben de volgende fysische eigenschappen die kenmerkend zijn:

  • Metalen hebben een hoge taaiheid.
  • Metalen zijn pletbaar.
  • Metalen hebben meestal een glimmend uiterlijk.
  • Metalen hebben met meestal een hoog smeltpunt. De meeste metalen zijn vaste stoffen bij standaardtemperatuur en standaarddruk bij kamertemperatuur. Het metaal kwik vormt hierop een uitzondering.
  • Metalen zijn goede geleiders van warmte.
  • Metalen zijn goede geleiders van elektriciteit.

De bovengenoemde eigenschappen gelden in het algemeen voor metalen. De fysische eigenschappen van metalen zijn onderling echter ook verschillend. Sommige metalen zijn zeer corrosiebestendig zoals goud en platina terwijl andere metalen zoals ijzer (ferro) zullen gaan roesten als ze niet tegen zuurstof beschermd worden. Daarnaast kunnen ijzer, nikkel  en een aantal andere metalen magnetisch worden gemaakt. Het smeltpunt van metalen en de mechanische sterkte van metalen is ook verschillend. Al deze eigenschappen zorgen er voor dat een bepaald soort metaal juist wel of juist niet geschikt is voor een bepaalde toepassing. De metallurgie is gericht op het onderzoeken en beschrijven van de eigenschappen van metalen. Mensen die in dit vakgebied werken noemt men metallurgen. De informatie van een metallurg over een metaal of metaallegering kan worden gebruikt door een engineer of constructeur bij sterkteberekeningen voor een bepaalde constructie of machine.

Wat zijn hoofdgroepmetalen en welke elementen behoren bij deze categorie?

Hoofdgroepmetalen zijn elementen waarbij een p-orbitaal het laatst toegevoegde elektron bevat. Hoofdgroepmetalen zijn de zwaardere elementen van de boorgroep, de stikstofgroep en de koolstofgroep. Door de aanduiding hoofdgroepmetalen worden deze elementen onderscheiden van overgangsmetalen, de actiniden en de lanthaniden. Men kan het begrip hoofdgroepmetalen ook breder bekijken door bijvoorbeeld ook elementen waarbij het elektron ook in een s-orbitaal geplaatst mag zijn tot de hoofdgroepmetalen te rekenen. In dat geval worden de aardalkalimetalen en de alkalimetalen ook tot gerekend tot de hoofdgroepmetalen.

Periodiek systeem der elementen
De indeling van hoofdgroepmetalen kan verschillen. Voor de verduidelijking wordt een tabel gehanteerd. Hoofdgroepmetalen staan in het ‘periodiek systeem der elementen’. Dit  is een tabel waarin alle scheikundige elementen systematisch zijn weergegeven. Door deze systematische weergave kunnen de fysische en chemische eigenschappen van elementen in kaart worden gebracht. Het is door deze tabel zelfs mogelijk om te voorspellen welke chemische en fysische eigenschappen elementen hebben. Het periodiek systeem der elementen wordt ook wel de tabel van Mendelejev genoemd. Dmitri Ivanovitsj Mendelejev was een Russische scheikundige en hij wordt gezien als de grondlegger van het periodiek systeem dat vandaag de dag wordt gebruikt. In het periodiek systeem staan alle bekende elementen op volgorde van atoomnummer. Deze indeling is zodanig dat alle elementen uit dezelfde periode naast elkaar gerangschikt zijn en elementen uit dezelfde groep boven elkaar staan. Ook elementen uit hetzelfde blok en uit dezelfde reeks staan in de buurt van elkaar in het periodiek systeem der elementen.

Eigenschappen van hoofdgroepmetalen
Hoofdgroepmetalen hebben eigenschappen met elkaar gemeen. Een belangrijke eigenschap van hoofdgroepmetalen is dat het metallieke geleiders zijn. De band waarin deze metallieke geleiding plaats vindt bestaat voornamelijk uit p- of s-golffuncties. De geleiding bestaat niet uit d- of f-functies. De p- en s-banden hebben een grotere overlap en zijn breder. Hierdoor benaderen de elektronen meer het ideaal van een vrij elektronengas. Verder is de chemie van hoofdgroepmetalen eenvoudiger. Dit komt omdat er minder oxidatietoestanden zijn die met elkaar kunnen concurreren. Omdat er minder concurrerende oxidatietoestanden zijn kan een betere geleiding plaatsvinden.

Zwaardere elementen kunnen wel te maken krijgen met het optreden van inertie in de s-orbitaal. De ionlading die het meest voorkomt wordt twee lager dan het groepsnummer. De ionen bevatten meestal geen kleur in tegenstelling tot de d- en f-metalen.

Welke hoofdgroepmetalen zijn er?
De indeling van elementen in de categorie hoofdgroepmetalen kan verschillen. Over het algemeen worden de volgende metalen tot de hoofdgroepmetalen gerekend:

  • Aluminium, symbool Al en atoomnummer 13
  • Gallium, symbool Ga en atoomnummer 31.
  • Indium, symbool In en atoomnummer 49.
  • Thallium, symbool Tl en atoomnummer 81.
  • Tin, symbool Sn en atoomnummer 50.
  • Lood, symbool Pb en atoomnummer 82.

Wat zijn coördinatieverbindingen of (metaal)complexen?

Chemische verbindingen die bestaan uit één of meerdere overgangsmetalen of één of meerdere liganden worden coördinatieverbindingen genoemd of (metaal)complexen. Overgangsmetalen zijn en speciale groep metalen waarvan de atoomnummers zijn ingedeeld in het D-blok van het periodiek systeem der elementen.

Een ligand is een negatief molecuul, een neutraal molecuul of een ion met een vrij elektronenpaar. Een ligand kan worden gebruikt om een binding aan de gaan met metalen of metaalionen. Men spreekt dan van een metaal-ligandbinding. Deze ligandverbinding kan ook worden beschreven als een interactie tussen een Lewiszuur en een Lewisbase. Deze termen voor bepaalde basen en zuren komen uit de zuur-basetheorie van Gilbert Lewis. Een Lewisbase is volgens deze theorie een molecule of ion dat beschikt over vrije elektronen. Deze kunnen worden gebruikt om een chemische binding aan te gaan met een Lewis-zuur. Bindingen tussen metaalionen en ligand zijn covalente bindingen en hebben een partieel ionair karakter. Het elektronenpaar dat voor de binding zorgt is alleen afkomstig van de ligand oftewel de Lewisbase. Een Lewisbase is een elektronenpaardonor.

Een coördinatieverbinding  kan neutraal zijn, deze niet geladen verbinding noemt men coördinatieverbinding. Indien een coördinatieverbinding geladen is spreekt men ook wel van een complex ion. De complex ion heeft een negatief of een positief tegenion bij zich. Coördinatieverbindingen hebben over het algemeen een specifieke kleur en hebben daarnaast bijzondere magnetische eigenschappen.

Wat zijn overgangsmetalen en welke overgangsmetalen zijn er?

Overgangsmetalen worden ook wel transitiemetalen óf nevengroepelementen genoemd. Deze groep elementen is ingedeeld in het D-blok van het zogenoemde periodiek systeem der elementen. Overgangsmetalen zijn beperkt aanwezig op aarde. Alleen het overgangsmetaal ijzer, aangeduid met symbool Fe, komt zeer veel voor op aarde. Dit komt omdat ijzer een stabiel element is. Veel overgangsmetalen zijn geschikt voor vormen het van coördinatieverbindingen. Dit komt omdat overgangsmetalen beschikken over vrije atoomorbitalen. Overgangsmetalen worden ook toegepast als katalysator in organische syntheses. Het aantal overgangsmetalen is zeer divers. In de techniek worden overgangsmetalen op verschillende manieren toegepast.

Welke overgangsmetalen zijn er?
Er zijn verschillende overgangsmetalen. Deze metalen worden onderverdeeld in vier groepen, deze groepen zijn als volgt:

  • 3D-overgangsmetalen van scandium tot zink
  • 4D-overgangsmetalen van yttrium tot cadmium
  • 5D-overgangsmetalen van hafnium tot kwik
  • 6D-overgangsmetalen van rutherfordium tot copernicium

Hieronder zijn de verschillende overgangsmetalen per groep benoemd. Hierbij wordt het symbool genoemd en het atoomnummer. Deze atoomnummers komen uit het D-blok van het periodiek systeem der elementen.

3D-overgangsmetalen

  • Scandium, symbool Sc en atoomnummer 21.
  • Titanium of titaan, symbool Ti en atoomnummer 22.
  • Vanadium, symbool V en atoomnummer 23.
  • Chroom of chromium, symbool Cr en atoomnummer 24.
  • Mangaan, symbool Mn en atoomnummer 25.
  • IJzer, symbool Fe (de afkorting is afkomstig van het Latijnse woord voor ijzer: ferrum) en atoomnummer 26.
  • Kobalt, symbool Co en atoomnummer 27.
  • Nikkel, symbool Ni en atoomnummer 28.
  • Koper, symbool Cu en atoomnummer 29.
  • Zink, symbool Zn en atoomnummer 30.

4D-overgangsmetalen

  • Yttrium, symbool Y en atoomnummer 39.
  • Zirkonium of zirkoon, symbool Zr en atoomnummer 40.
  • Niobium, symbool Nb en atoomnummer 41.
  • Molybdeen, symbool Mo en atoomnummer 42.
  • Technetium, symbool Tc en atoomnummer 43.
  • Ruthenium, symbool Ru en atoomnummer 44.
  • Rhodium, symbool Rh en atoomnummer 45.
  • Palladium, symbool Pd en atoomnummer 46.
  • Zilver, symbool Ag en atoomnummer 47.
  • Cadmium, symbool Cd en atoomnummer 48.

5D-overgangsmetalen

  • Hafnium, symbool Hf en atoomnummer 72.
  • Tantaal of tantalium, symbool Ta en atoomnummer 73.
  • Wolfraam, symbool W en atoomnummer 74.
  • Renium voorheen ook wel rhenium,  symbool Re en atoomnummer 75.
  • Osmium, symbool Os en atoomnummer 76.
  • Iridium, symbool Ir en atoomnummer 77.
  • Platina, symbool Pt en atoomnummer 78.
  • Goud, symbool Au en atoomnummer 79.
  • Kwik ook wel kwikzilver, symbool Hg (deze afkorting is afgeleid van van het Griekse hydrargyrum) atoomnummer 80.

6D-overgangsmetalen

  • Rutherfordium, symbool Rf en atoomnummer 104.
  • Dubnium, symbool Db en atoomnummer 105.
  • Seaborgium, symbool Sg en atoomnummer 106.
  • Bohrium,  symbool Bh en atoomnummer 107.
  • Hassium, symbool Hs en atoomnummer 108.
  • Meitnerium, symbool Mt en atoomnummer 109.
  • Darmstadtium, Ds en atoomnummer 110.
  • Copernicium (symbool Cn), werd in het verleden ook wel ununbium (symbool Uub) genoemd. Atoomnummer 112.

Wat zijn zware metalen en wat wordt met toxische metalen bedoelt?

Zware metalen of zwaar metaal is een groep metalen. Deze metalen worden zwaar genoemd omdat ze een hoge atoommassa bevatten. Daarnaast worden metalen die zwaarder zijn dan ijzer ook zware metalen genoemd. Dit houdt in dat de soortelijke massa van een metaal groter moet zijn dan 4,0 of 5,0 g/cm3 om tot de zware metalen te behoren. Over het algemeen bedoelt men met zware metalen vooral de giftige metalen die onder de zware metalen vallen. De eigenschappen van metalen worden onderzocht door metallurgen. Het vakgebied dat hierbij hoort is metallurgie. De metallurgie valt onder de metaaltechniek. Zware metalen hebben specifieke eigenschappen. Hieronder wordt een omschrijving weergegeven van zware metalen.

Definitie van zware metalen
De omschrijving en definities van zware metalen zijn verschillend. Doormiddel van atoomnummers kan ook duidelijk worden gemaakt welke metalen onder zware metalen vallen. Hierbij worden nummers toegekend aan metalen. Elke metaalsoort heeft een eigen atoomnummer en kan daardoor gecategoriseerd worden. De categorie zware metalen loopt van atoomnummer 23 van het metaal vanadium tot en met atoomnummer 83 die staat voor het zware metaal bismuth. De (aard)alkalimetalen vallen niet onder de zware metalen. Alle metalen zijn giftig maar giftigheid van metalen verschilt onderling sterk. Door de eeuwen heen heeft de mensheid ontdekt welke metalen extra giftig zijn voor de mens en welke minder schade veroorzaken aan het menselijk lichaam. In de categorie zware metalen bevinden zich veel giftige metalen.

Toxische metalen
Er zijn verschillende zware metalen die giftig zijn. Deze metalen worden ook wel toxische zware metalen genoemd. Een aantal bekende toxische zware metalen zijn kwik, lood, cadmium, thallium, barium en bismuth. Metalen zijn toxisch omdat ze een ionische verbinding aangaan met andere elementen. Deze verbindingen gaan metalen onder andere aan met de elementen, zwavel, stikstof en zuurstof. Daarnaast gaan metalen een verbinding aan met koolstof. Vrijwel alles dat leeft bestaat voor een groot deel uit koolstof. De verbinding die metaal aangaat met koolstof wordt een organische verbinding genoemd.

Waarom zijn metalen giftig?
Metalen hebben het vermogen om een elektron aan te trekken en een elektron af te staan. Hierdoor kunnen metalen zich goed hechten aan de atomen of ionen van biomolekulen. De metalen kunnen de eigenschappen van atomen en ionen veranderen. Door deze mogelijkheid tot het veranderen van biomolekulen kunnen metalen de chemische processen in een lichaam verstoren. Het veranderen van de eigenschappen van de atomen en ionen van biomolekulen is over het algemeen schadelijk voor het lichaam. Daarom worden metalen als giftig beschouwd. Het contact tussen het menselijk lichaam en metalen is niet te voorkomen. De metalen hopen zich door de jaren heen langzaam op in het lichaam. Dit hoeft echter niet meteen tot ziekte of afwijkingen te leiden. De schadelijkheid van metalen verschilt. Daardoor verschilt ook de schade die de metalen aan het lichaam van een mens kunnen aanrichten.  Met name zware metalen zijn zeer giftig.

Waarom is het onderzoeken van eigenschappen van materialen belangrijk?

Voor het vervaardigen van producten zijn materialen nodig. Een materiaal is een stof die op natuurlijke of kunstmatige wijze geproduceerd is. Elk materiaal bevat unieke eigenschappen. Deze materiaaleigenschappen zorgen er voor dat een materiaal geschikt of juist ongeschikt is voor een bepaalde toepassing. Een aantal eigenschappen waarop word gelet bij de keuze van materialen zijn de volgende:

  • De mechanische eigenschappen.
  • Elektriciteit en magnetisme
  • Thermische eigenschappen
  • Chemische eigenschappen
  • Akoestische eigenschappen
  • Traagheid
  • Eigenschappen met betrekking tot vormgeving
  • Radioactiviteit
  • Oppervlakte

Wanneer de eigenschappen zijn bepaald waaraan materiaal moet voldoen kan men verder naar de volgende stap in het ontwerpproces. Hierbij word een keuze gemaakt voor de gewenste materiaalsoort. Deze keuze is afhankelijk van de beschikbaarheid en de prijs van het materiaal. Ook de levertijden kunnen invloed hebben op de materiaalkeuze. Tegenwoordig neemt ook de rol van milieuaspecten toe bij de keuze van materialen. Wanneer ook deze eisen in kaart zijn gebracht kan men daadwerkelijk de materiaaleigenschappen verwerken in een ontwerp. De constructeur weet welke eigenschappen het materiaal heeft en houd hiermee rekening bij het ontwerp van een constructie.

Eigenschappen van materialen zijn belangrijk
Het is erg belangrijk dat voor de juiste materialen wordt gekozen bij de ontwikkeling en het samenstellen van een constructie. Wanneer de materialen over onvoldoende sterkte beschikken heeft dat gevolgen voor de constructie. Door de invloed van druk van buitenaf of het gewicht van de onderdelen van de constructie zelf kunnen bepaalde delen van de constructie zwaarder belast worden dan andere delen van de constructie. Een constructeur kan op basis van de mechanische eigenschappen van een materiaal sterkte berekeningen maken. Deze sterkte berekeningen zorgen er voor dat de constructeur goed weet welk materiaal hij of zij moet gaan verwerken in het ontwerp. Ook de dikte van het materiaal en de vorm daarvan is belangrijk om in een ontwerp te verwerken. Bepaalde profielvormen zoals bijvoorbeeld H-balken zorgen er voor dat een constructie extra stevig kan worden gemaakt zonder veel extra materiaal toe te passen.

Metallurgie
Binnen de metaalbranche of werktuigbouwkunde zijn specialisten werkzaam die veel kennis hebben van de samenstelling van metalen. Het gebruik van metalen in de werktuigbouwkunde komt veelvuldig voor. Een metallurg kan de samenstelling van metalen en metaallegeringen onderzoeken zodat de eigenschappen van het metaal zo goed mogelijk in kaart kunnen worden gebracht. Naast de mechanische eigenschappen bestudeert een metallurg ook de corrosiebestendigheid en de elektrische geleidbaarheid van metalen. Het vakgebied waarin een metallurg werkzaam is noemt men metallurgie.

Wat valt er onder metaaltechniek en welke metaalbewerkingstechnieken zijn er?

Metalen worden in de techniek gebruikt voor het vervaardigen van een grote diversiteit aan producten. De eigenschappen van metalen kunnen worden verbeterd doormiddel van legeringen. Met legeringen kunnen de eigenschappen van metalen elkaar versterken. Zo kunnen metalen op verschillende manieren worden gebruikt en verwerkt. Om metaal in de gewenste vorm te brengen zijn technieken nodig. De technieken waarmee metaal kan worden bewerkt verschillen onderling sterk.

Definitie van metaaltechniek
Metaal is materiaal en kan als grondstof dienen voor verschillende fabricaten en halffabricaten. De technieken waarmee dit gebeurd worden wel geplaatst onder de verzamelnaam metaaltechniek. Metaaltechniek kan als volgt worden gedefinieerd:

Metaaltechniek is een vakgebied waarbij metaal wordt bewerkt tot platen, profielen, onderdelen, constructies en werktuigen.  

De metaaltechniek is een zeer breed vakgebied. Er vallen verschillende bewerkingstechnieken onder metaaltechniek. Deze verschillende bewerktingstechnieken worden in de volgende alinea beschreven.

Verschillende metaalbewerkingstechnieken
Metaal kan op verschillende manieren worden bewerkt. Nadat ijzer voorzien is van een klein percentage koolstof ontstaat staal. Dit koolstofstaal wordt binnen metaaltechniek verreweg het meeste gebruikt. Naast koolstofstaal worden ook diverse anders staalsoorten gebruikt zoals roestvast staal. Ook metalen die niet als hoofdbestandsdeel ijzer hebben worden gebruikt in metaalbewerkingstechniek. De non-ferro metalen hebben de eigenschap dat ze minder last van corrosie hebben dan ijzer.  Daarom zijn deze non-ferro metalen geschikt voor toepassing in een omgeving waarbij ze voortdurend onder invloed staan van water en zuurstof. Voorbeelden van non-ferro metalen die veel worden gebruikt in metaalbewerkingstechniek zijn aluminium, koper en legeringen zoals messing.

Metaaltechniek kan op verschillende manieren worden ingedeeld. Hieronder volgt een indeling die Technisch Werken overzichtelijk vind. Per metaaltechniek zijn een aantal voorbeelden genoemd van specifieke technieken die hier onder vallen.

Plaatbewerking

  • Walsen
  • Kanten
  • Zetten
  • Kanten
  • Buigen

Zagen en snijden

  • Lasersnijden
  • Zagen
  • Watersnijden
  • Knippen

Verspaning

  • Draaien
  • Frezen
  • Eroderen
  • Elektrochemisch verspanen ECM

Lassen en solderen

  • MIG/MAG lassen
  • TIG lassen
  • Elektrode lassen
  • Onder poederdek lassen
  • Fleetwelding
  • Hardsolderen
  • Zachtsolderen

Nabewerken

  • Slijpen
  • Polijsten
  • Afbramen

Het verschil tussen metaaltechniek en werktuigbouw
Metaalbewerkingstechnieken kunnen verband houden met de bouw van werktuigen. Wanneer men metaalbewerkingstechnieken specifiek gebruikt voor de bouw van machines en andere werktuigen wordt ook wel over de werktuigbouw of werktuigbouwkunde gesproken. Naast de bouw van werktuigen worden metaalbewerkingstechnieken ook gebruikt voor de bouw van constructies. Metaaltechniek is daardoor breder dan de werktuigbouwkunde en metaalconstructie en gaat vaak aan de werktuigbouwkunde en constructie vooraf. Wanneer metaal bewerkt is tot profielen of onderdelen kan het metaal worden gebruikt voor de bouw van een constructie of machine. Metaaltechniek is hierdoor een basistechniek die noodzakelijk is voor andere technieken die daarop volgen.

Wat is metallurgie en wat doet een metallurg?

Metallurgie is de bestudering van ertsen, metalen en metaallegeringen waarbij gekeken wordt naar de eigenschappen en de toepassing daarvan in de techniek. Het woord metallurgie is ontleend aan het oud Grieks waar het Griekse woord métallon staat voor “metaal/ erts” en het Griekse woord ergon staat voor “werk”. De Griekse woorden métallon en ergon zijn samengevoegd tot het woord metallurgie. Metallurgie valt onder materiaalkunde. Bij het bestuderen van metalen, legeringen en de ertsen worden de scheikundige en natuurkundige gedragingen ervan beoordeeld. Deze eigenschappen verschillen per metaalsoort en metaallegering. Het is belangrijk dat de eigenschappen van de metalen goed in beeld zijn voordat de metalen worden toegepast in constructies en machines. Wanneer metalen over onvoldoende sterkte, hardheid en elasticiteit beschikken kan dat gevolgen hebben voor de machines en constructies. Een engineer heeft voor het maken van berekeningen voor constructies de juiste gegevens nodig met betrekking tot de mechanische eigenschappen van metalen. Een metallurg brengt deze gegevens in kaart.

Metallurgie in de werktuigbouwkunde
Metallurgie is een belangrijk vakgebied in de werktuigbouwkunde. Naast het beoordelen van de eigenschappen van metalen en metaallegeringen wordt bij metallurgie ook aandacht besteed aan de manier waarop metalen het beste uit ertsen gewonnen kunnen worden. Daarnaast wordt binnen de metallurgie gekeken naar het winnen van metalen uit afval. Hierdoor kunnen metalen effectief worden hergebruikt. Een metallurg bestudeerd en beoordeeld zowel de samenstelling van het materiaal als de toepasbaarheid daarvan in mechanische en elektrotechnische toepassingen. Dit gebeurd van erts tot daadwerkelijk eindproduct. Hieronder is beschreven op welke aspecten een metallurg let wanneer hij of zij metalen en ertsen bestudeerd.

Wat bestudeerd een metallurg?
De meeste constructeurs, engineers en ingenieurs bestuderen constructies en machines op het gebied van vaste en uitneembare verbindingen en de toepassing van metalen platen en profielen. Een metallurg bestudeerd echter de samenstelling van de metalen en legeringen. Hierbij wordt gekeken naar de structuur, samenstelling en samenhang van de metalen op microscopisch niveau. Een metallurg brengt deze eigenschappen goed in beeld door gebruik te maken van verschillende onderzoekstechnieken. De onderzoekstechnieken die worden gebruikt om de structuur van metalen in kaar te brengen vallen onder de metallografie. Een metallurg kijkt onder andere naar de volgende eigenschappen van metalen:

  • Corrosiebestendigheid, dit is de weerstand tegen roest en andere vormen van corrosie.
  • Mechanische eigenschappen, hierbij wordt gekeken naar de treksterkte en de hardheid van metaal.
  • Elektrische eigenschappen, bijvoorbeeld de geleidbaarheid van metaalsoorten.

Door het werk van de metallurg kunnen engineers en ingenieurs de materiaaleigenschappen effectief gebruiken om constructies en machines ontwerpen. Een metallurg verricht als het ware het voorwerk voor ontwerpers die daadwerkelijk de objecten in de werktuigbouwkunde bedenken en uittekenen.

Wat zijn edelmetalen en waar worden ze voor gebruikt?

Men spreekt van een edelmetaal wanneer men het over metaal heeft dat niet of nauwelijks door oxidatie wordt aangetast. De bestendigheid tegen oxideren zorgt er voor dat een edelmetaal over een vaste kwalitatieve massa beschikt. Edelmetalen behouden daardoor hun kwaliteit en daarmee hun waarde. Deze eigenschap maakt dat edelmetalen een lange geschiedenis hebben in de handel. Niet alleen muntstukken werden vervaardigd van verschillende edelmetalen, zoals bijvoorbeeld goud en zilver, edelmetaal werd en wordt ook nu nog gebruikt als onderliggende waarde voor het geld dat in de omloop is gebracht. Denk hierbij aan de internationale gouden standaard die in de periode 1871 tot 1900 tot stand werd gebracht en sindsdien voortdurend onderwerp was van internationale handel en discussie. De gouden standaard is een muntsysteem waarbij de waarde van geld verbonden is aan een bepaald gewicht in goud.

Edelmetalen zijn belangrijk voor de economie. Toch is de prijs van edelmetalen niet constant. De waarde van bijvoorbeeld goud kan stijgen en dalen. Edelmetalen zijn daardoor onderhevig aan de ontwikkelingen in de economie. Een stijgende vraag naar een edelmetaal zorgt er voor dat de prijs van dat edelmetaal stijgt. Wanneer het aanbod van een edelmetaal op de markt groter wordt zorgt dat er voor dat de waarde van het edelmetaal daalt. Een edelmetaal blijft kwalitatief even veel waard maar de prijs kan verschillen.

Verschillende edelmetalen
Er zijn verschillende edelmetalen bekend. Goud en platina zijn daarvan bekende voorbeelden. Deze edelmetalen zijn zeer goed bestand tegen oxidatie. Ook zilver is een bekend edelmetaal maar is wel gevoeliger voor oxidatie. Zilver kan na verloop van tijd een zwarte aanslag krijgen die met zilverpoets weer weggepoetst kan worden. Minder bekend zijn de edelmetalen Osmium, Rhodium, Iridium, Palladium en Ruthenium. Deze edelmetalen hebben allemaal unieke eigenschappen. Deze unieke eigenschappen zorgen er voor dat edelmetalen op verschillende manieren toegepast kunnen worden in de techniek.

Toepassing goud in sieraden
Edelmetalen zijn kostbaar en blijven kwalitatief in dezelfde staat. Dit maakt edelmetalen naast ruilmiddel in de handel ook geschikt voor sieraden. Goud komt bijvoorbeeld veel voor in sieraden, denk bijvoorbeeld maar aan een trouwring. Goud is roestvrij en is een dicht maar zacht materiaal. Wanneer het toegepast wordt in sierraden wordt de zuiverheid van goud aangegeven in karaat. Zuiver goud is 24 karaat. Dit is echter vrij zacht materiaal en daarom wordt goud vaak gelegeerd. Hierdoor wordt goud minder zuiver maar de legering zorgt er voor dat het sieraad wel sterker wordt. In Nederland zie je verschillende zuiverheidsgraden op de markt voor goud. Zo zijn er sieraden met 22 karaat goud, deze bevatten 91,7 procent goud. Ook 18 karaat goud komt voor, deze legeringen bestaan uit 75 procent goud. Daarnaast is ook 14 karaat in de omloop, dit bestaat voor 58,3 procent uit goud. Hieronder staan nog een aantal toepassingen van edelmetalen in de techniek.

Edelmetalen in de techniek
edelmetalen worden niet alleen gebruikt voor sieraden. Ook in de techniek worden ze toegepast vanwege de speciale eigenschappen die deze edelmetalen bevatten. Hieronder volgen een aantal voorbeelden van toepassingen van edelmetalen in de techniek:

  • Goud wordt onder andere gebruikt voor elektronische componenten en hoogwaardige elektrische schakelaars en connectoren.
  • Platina wordt bijvoorbeeld gebuikt in de petrochemische industrie. Hierbij  wordt platina gebruikt  in de raffinage van ruwe olie.
  • Zilver beschikt over een goede elektrische geleiding. Hierdoor is zilver geschikt om te verwerken in elektrische en elektronische producten zoals circuits. Ook voor het verbinden van componenten wordt zilver of worden zilverlegeringen gebruikt.
  • Rhodium wordt gebruikt in de chemische industrie als katalysator. Ook wordt het gebuikt als anodemateriaal in röntgentoestellen.
  • Osmium wordt als onderdeel van een legering gebruikt voor elektrische contacten.
  • Palladium wordt in de organische chemie gebruikt als katalysator.
  • Iridium is bestand tegen hoge temperaturen waardoor het geschikt is voor onder andere smeltkroezen of voor machineonderdelen die aan zeer hoge temperaturen bloot staan.
  • Ruthenium wordt gebruikt in verschillende legeringen (bijvoorbeeld met titanium of palladium) om deze harder en slijtvaster te maken.

Edelmetalen zijn kostbaar
Edelmetalen hebben bijzondere eigenschappen en  dat maakt ze gewild. Hierdoor wordt de prijs van edelmetalen opgedreven. Binnen de techniek worden edelmetalen, zoals hiervoor te lezen is, ook gebruikt. Vaak worden edelmetalen gebruikt in de techniek omdat onedele metalen zoals ijzer en zink niet over de gewenste eigenschappen beschikken. Wanneer edelmetalen in een product zijn verwerkt zorgt dat wel voor hogere grondstofkosten. Dit heeft weer tot gevolg dat de producten waarin edelmetalen zijn verwerkt kostbaar zijn.