Einteilung der Metalle nach metallurgischer Bedeutung

Eine gebräuchliche Einteilung geht vom prozentualen Anteil an den Elementen der Erdkruste aus, also ohne Berücksichtigung des Nickel-Eisen-Erdkerns. Die besagt indessen nichts über die metallurgische Bedeutung. Beryllium hat einen Anteil von nur 0,006 % und doch kann ohne seinen Zusatz als Oxydationshemmer das mit 1,95 % reichlich vorhandene Magnesium nicht geschmolzen und vergossen werden.

Die Praxis hält sich eher an die Unterscheidung zwischen Hauptmetallen – das heißt Metallen, die verbreitet die Basis von Legierungen sind – und Nebenmetallen. Aluminium ist ein Hauptmetall geworden, erst im 20. Jahrhundert als solches erkannt, weil es gleich dem Silizium in der Natur nicht metallisch vorkommt. Das Tonmineral Bauxit (früher oft als „Aluminiumerz“ bezeichnet) wird zu Tonerde verarbeitet und aus dieser seit dem Ende des 19. Jahrhunderts elektrolytisch Aluminium gewonnen. Zu den Hauptmetallen gehören auch die metallurgisch wie chemisch wichtigen Alkali- und Erdalkalimetalle Natrium, Kalium, Calcium und Magnesium. Da sie niemals metallisch, sondern nur in Form nichtmetallischer Verbindungen, als Salze, Carbonate und Silikate vorkommen, wurden sie auch wegen der Vergleichbarkeit des Gewinnungsprozesses, den Erdmetallen beigeordnet. Besonders gilt das für Silizium, das mehrere Funktionen hat. Es ist ein Halbmetall, das in der Natur nur als Gestein oder Quarzsand (SiO₂) vorkommt, aus dem es in einem elektrochemischen Reduktionsverfahren im Lichtbogenofen mit Kohleelektroden „carbothermisch“ gewonnen wird. Bei gleichzeitigem Zusatz von Eisenschrott entsteht „in situ“ (im Prozessablauf) das unter anderem für die Stahlberuhigung nach dem Frischen verwendete Ferrosilizium (FeSi). Gleich wie Aluminium und Mangan wirkt es desoxydierend (sauerstoffentziehend).

Bei Aluminium-Silizium-Legierungen bestimmt Silizium die Legierungseigenschaften von Knetlegierungen wie auch Gusslegierungen. Eine zusätzliche Schmelzebehandlung (Feinung/Veredelung) verhindert bei Letzteren die nachteilige primäre Grobausscheidung des Siliziums bei langsamer Erstarrung der Schmelzen, sei es im Sandguss, wie etwa bei Motorenteilen (z. B. Kurbelgehäuse, Zylinderköpfe), aber auch bei schwerem Kokillenguss.

Bei sehr spezialisierten Kupferlegierungen (Siliziumbronze) ist es ein Legierungsbegleiter und in der Halbleitertechnik hat es eine eigene Position errungen. In einem aufwändigen Verfahren der „Reinstmetallurgie“ (das heißt erzielter Reinheitsgrad eines Metalls im Bereich 99,999, sogenanntes „Fünfneunermetall“) hergestellt, ist es Grundlage für Chips, die in in der Computertechnik unverzichtbar sind. Der deutsche Anteil an der Weltproduktion ist beachtlich (beispielsweise Chipfertigung in Dresden/„Elbe-Valley“). Auch bei der Herstellung von Solarzellen wird Silizium als Halbleiter eingesetzt.

Text D

Neue Wörter und Wortverbindungen:

1) entscheiden – решать; 2) der Legierungsbegleiter – сопутствующее вещество в сплаве; 3) härtend – отвердевающий; 4) das Legierungselement – легирующий элемент; 5) gehören (zu D) – относиться к чему-л.;                   6) das Schriftmetall – гарт; 7) gelten als (A) – считаться чем-л.; 8) die Vorlegierung – лигатура; 9) die Aluminiumknetlegierung – деформируемый алюминиевый сплав; 10) die Gefügebeeinflussung – влияние структуры;     11) zerfallen – распадаться.

Lesen und übersetzen Sie den folgenden Text im vierten Semester.

Industriell genutzte Metalle

Lithium

Für das Leichtmetall Lithium ist noch nicht entschieden, ob es wie Aluminium und Magnesium ein eigenständiges, besonders leichtes Industriemetall wird oder ein Legierungsbegleiter bleibt.

Zinn

Zinn, aus reduzierend verhütteten, oxydischen Erzen gewonnen, ist namengebendes Legierungselement aller Zinnbronzen. Es ist auch wichtiger Bestandteil von Rotguss. Legiert mit Blei und härtendem Antimon gehört es zu den inzwischen historisch gewordenen Schriftmetallen („Bleisatz“). Gleiches gilt für die vor Erfindung des Porzellans verbreitete Nutzung als Geschirrzinn. Aus einseitig verzinntem Eisenblech (Weißblech) fertigt man Dosen für Dauerkonserven. Zinn ist auch Legierungsbasis sogenannter „Weißmetalle“, unter anderem des „Britanniametalls“ (einer Sn90Sb8Cu-Legierung).

Titan

Titan wird nicht nur als Begleiter von Legierungen (beispielsweise hochfesten Aluminiumlegierungen) oder Spezialstählen eingesetzt. Wegen seiner relativ niedrigen Dichte von 4,5 ist es Basis von für Luft- und Raumfahrt, auch für Medizintechnik entwickelten Leichtlegierungen, die im Feingussverfahren zu Präzisionsteilen werden. Titanaluminid-Werkstoffe erlauben Anwendung bei hohen Temperaturen. AlTi-, AlTiC- und AlTiB-Vorlegierungen dienen bei Aluminiumknet-, sowie Gusslegierungen zur Gefügebeeinflussung (Kornfeinung).

Wolfram

Wolfram, das aus dem Abbau von Scheelit- und Wolframiterzen gewonnen wird, ist als Begleitelement von Stählen bekannt. Weniger, dass es zur Entwicklung dauerhafter und kostengünstiger Glühlampen des klassischen Typs (Glühbirne) beiträgt. Es ersetzt mit einem Schmelzpunkt von 3387 C Glühfäden aus Osmium oder Tantal (die Markenbezeichnung OSRAM ist ein Kunstwort aus der ersten Silbe von Osmium und der letzten von Wolfram). Die Verbindung Wolframcarbid, chemisch WC, gehört mit einer Mohs-Härte 9,5 zu den härtesten Stoffen und wird daher als Beschichtung von Schneidwerkzeugen oder direkt als Schneidstoff in Hartmetallen eingesetzt.

Uran

Uran ist ein giftiges, radioaktives (strahlendes) Schwermetall mit der sehr hohen Dichte 19,1, das zur Gruppe der Actinoide gehört. Gegen Ende des 18. Jahrhunderts von Martin Klaproth entdeckt und als Pechblende bezeichnet, wird es seitdem bergmännisch gewonnen. Ein bedeutendes Abbaugebiet befand sich bis 1990 in Sachsen (Joachimsthal). 1898 beobachtete (A. H. Becquerel) die Strahlung der Pechblende. Pierre und Marie Curie isolierten darauf die darin enthaltenen, stark strahlenden Elemente Polonium und Radium. Nicht die geringen Anteile dieser beiden Elemente im Uran machen es zum radioaktiven Alphastrahler, sondern der Gehalt an den Isotopen 235 und 238. Soweit diese nicht abgereichert, sondern angereichert werden (Zentrifugentechnik), entsteht „waffenfähiges Uran“ als ein erster, jedoch weitere starke Anreicherung erfordernder Ausgangsstoff für Kernwaffen (siehe auch unten).

Alle radioaktiven Elemente sind mehr oder weniger instabil (Maßstab: Halbwertszeit). Einige zerfallen bereits nach Sekunden, andere erst nach Zehntausenden von Jahren. Endstufe dieses atomaren Zerfalls, der auch die Altersbestimmung von Elementen erlaubt, ist stets Blei.

Automation

Text C

Neue Wörter und Wortverbindungen:

1) die Neuausrüstung – переоборудование, переоснащение; 2) das Gerät – прибор; 3) der Gesamtumfang – общий объем; 4) die Roboterfließlinie –автоматизированная поточная линия; 5) vorhanden – имеющийся, наличный; 6) die Werkzeugmaschine – (металлообрабатывающий) станок;            7) ausrüsten – оснащать, оборудовать; 8) die Kristallfaser – кристаллическое волокно; 9) flexibel – гибкий; 10) die Ausnutzung – использование; 11) das Regime – (зд.) режим, распорядок; 13) verlaufen – проходить; 14) die Steuerung – регулирование; 15) die Schnittgeschwindigkeit – скорость резания.

Lesen und übersetzen Sie den folgenden Text im dritten Semester.