Самый твердый металл на земле: Самый твердый металл в мире

Содержание

Самый твердый металл в мире

Многих любителей интересных фактов интересует вопрос, какой металл самый твердый? И навскидку ответить на этот вопрос будет непросто. Конечно, любой учитель химии без труда скажет правильно, даже не задумываясь. Но среди рядовых граждан, которые последний раз занимались химией в школе, не многие смогут правильно и быстро дать ответ. Это связано с тем, что все с детства привыкли делать разнообразные игрушки из проволоки и хорошо запомнили, что медь и алюминий мягкие и хорошо поддаются сгибанию, а вот стали наоборот не так просто придать желаемую форму. С тремя названными металлами человек имеет дело чаще всего, поэтому остальные кандидатуры даже не рассматривает. Но сталь, конечно же, не является самым твердым металлом в мире. Справедливости ради стоит отметить, что это вообще не металл в химическом смысле, а соединение железа с углеродом.

 

Что такое титан?

 

Самым твердым металлом является титан. Впервые чистый титан был получен в 1925 году. Это открытие произвело фурор в научных кругах. На новый материал сразу же обратили внимание промышленники и по достоинству оценили преимущества от его использования. По официальной версии, самый твердый металл на Земле получил свое название в честь несокрушимых Титанов, которые согласно древнегреческой мифологии были основателями мира.


По оценкам ученых суммарные мировые запасы титана на сегодняшний день составляют около 730 миллионов тонн. При нынешних темпах добычи ископаемого сырья хватит еще на 150 лет. Титан занимает 10 место по природным запасам среди всех известных металлов. Крупнейшим в мире производителем титана является российская компания «ВСМПО-Ависма», которая удовлетворяет до 35% мировых потребностей. Предприятие занимается полным циклом переработки от добычи руды до изготовления различной продукции. Оно занимает порядка 90% российского рынка по производству титана. Около 70% готовой продукции идет на экспорт.

 

 

Титан — легкий металл серебристого цвета с температурой плавления 1670 градусов по Цельсию. Проявляет высокую химическую активность только при нагревании, в нормальных условиях не реагирует с большинством химических элементов и соединений. В природе не встречается в чистом виде. Распространен в виде рутиловых (двуокись титана) и ильменитовых (сложное вещество, состоящее из двуокиси титана и оксида двухвалентного железа) руд. Чистый титан выделяется путем спекания руды с хлором, а затем вытеснения более активным металлом (чаще всего магнием) из полученного тетрахлорида.

 

Промышленное применение титана

 

 

 

Самый твердый металл имеет довольно широкий спектр применения во многих отраслях. Аморфно расположенные атомы обеспечивают титану высочайший уровень прочности на растяжение и кручение, хорошую сопротивляемость ударному воздействию, высокие магнитные качества. Металл используется для изготовления корпусов воздушного транспорта и ракет. Он хорошо справляется с огромными нагрузками, которые испытывают на себе машины, находясь на огромной высоте.

Также титан применяется при производстве корпусов для подводных лодок, так как способен выдерживать высокое давление на больших глубинах.

 

 

В медицинской отрасли металл используется при изготовлении протезов и зубных имплантатов, а также хирургических инструментов. В качестве легирующей добавки элемент добавляют в некоторые марки стали, что придает им повышенную прочность и стойкость к коррозии. Титан хорошо подходит для литья, так как позволяет получать идеально гладкие поверхности. Из него также изготавливают ювелирные украшения и декоративные изделия. Активно используются и соединения титана. Из диоксида изготавливают краски, белила, добавляют в состав бумаги и пластика.


Сложноорганические соли титана применяют в качестве затвердительного катализатора в лакокрасочном производстве. Из карбида титана изготавливают различные инструменты и насадки для обработки и сверления других металлов. В точном машиностроении из титанового алюминида производят износостойкие элементы, которые обладают высоким запасом прочности.

 

 

Самый твердый сплав металла был получен американскими учеными в 2011 году. В его состав вошли палладий, кремний, фосфор, германий и серебро. Новый материал был назван «металлическое стекло». Он соединил в себе твердость стекла и пластичность металла. Последнее не позволяет трещинам распространяться, как это происходит со стандартным стеклом. Естественно, в широкое производство материал запущен не был, так как его компоненты, особенно палладий, относятся к редким металлам и стоят очень дорого.


В данный момент усилия ученых направлены на поиски альтернативных компонентов, которые бы позволили сохранить полученные свойства, но значительно снизили стоимость производства. Тем не менее, отдельные детали для аэрокосмической отрасли уже производятся из полученного сплава. Если альтернативные элементы удастся внедрить в структуру и материал получит широкое распространение, то вполне возможно, что он станет одним из самых востребованных сплавов будущего.

Какой металл самый прочный? Виды, классификация и применение

  • Самые прочные металлы в мире
  • От чего зависит прочность металлов?
    • Вольфрам
    • Осмий
    • Іридий
    • Хром
    • Рений
    • Титан
    • Железо и сталь
    • Уран
    • Берилий
    • Тантал
  • Выводы

Металлы всегда играли значительную роль в развитии материальной культуры человеческого общества. Сегодня человечеству известны 118 химических элементов, из них 96 – металлы. Все они, за исключением ртути, в естественном природном состоянии находятся в твердом виде и характеризуются разной твердостью, хорошо проводят электрический ток. Если единственный жидкий из них – ртуть, то какой металл самый прочный?

Самые прочные металлы в мире

Все относительно, в том числе и анализ прочности материалов. Сравнения нужно проводить по единым критериям, при соблюдении одинаковых условий. Сделать это практически невозможно. Ту же относительную твердость можно рассматривать как по шкале Мооса, так и по методам Бринелля, Виккерса, Шора и пр. Существует еще ряд параметров, позволяющих произвести сравнительный анализ различных материалов. Оценивать, какой самый крепкий металл в мире, нужно с учетом:

  • прочности – способности металлов сопротивляться внешним воздействиям без разрушения и необратимого изменения формы. С учетом условий применения (высокие и низкие температуры, ударные нагрузки, повышенный временной ресурс) и вида напряженного состояния (изгиб, сжатие, растяжение) профессионалы учитывают разные критерии прочностных характеристик: предел прочности, временное сопротивление, предел усталости, относительное удлинение, длительная прочность и пр.;
  • предела прочности – параметра, характеризующего сопротивление значительным пластическим деформациям и выражающий максимальную нагрузку при растяжении, после приложения которой начинается разрушение металла с последующим разделением целого изделия на части. Данный параметр также иногда называют временным сопротивлением разрушению;
  • предела текучести – механической характеристики, выражающая напряжение металла, при котором деформации продолжают расти без увеличения нагрузки. Данный параметр также часто выступает базовым критерием прочностных характеристик;
  • твердости – сопротивления металлов вдавливанию. Данный параметр не является физической постоянной, так как он зависит от прочности, пластичности и изменений в структуре металла. При изменении температуры, а также после различной термической и механической обработки величина твердости меняется в том же направлении, что и предел текучести.

Металлопрокат на складе

От чего зависит прочность металлов?

Если понятие «надежность» свойственно для характеристик готовых конструкций, сооружений или изделий, то металлы или их сплавы должны быть заведомо прочными, стойким к охрупчиванию и трещинообразованию. Иначе любые изделия, агрегаты и объекты, созданные с их применением, не смогут быть надежными при эксплуатации.

Какие же тогда самые прочные металлы и сплавы? Здесь однозначного ответа нет, а вопрос не совсем некорректен, так как в каждой отрасли в него вкладывают особый смысл. Например, для рабочих элементов спецтехники важна абразивная износостойкость и стойкость к ударным нагрузкам, для атомной энергетики самый прочный металл – тот который сохраняет свои свойства под воздействием α-, β- и ϒ-излучения, а для инструмента используются материалы повышенной твердости. И если прочность и надежность металлов зависит от количества примесей, вязкости, предельной и начальной прочности, то на прочность сталей влияет структура ее металла и химический состав.

Высокая прочность сталей достигается обеспечением мелкозернистой структуры, так как при мелком зерне вследствие различного направления плоскостей скольжения в отдельных зернах затруднено образование сплошных плоскостей скольжения. К тому же наличие многочисленных границ препятствует скольжению из-за несовершенства кристаллической решетки на границах зерен.

Таким образом, измельчение зерна повышает сопротивление отрыву, минимизирует стойкость к трещинообразованию и увеличивает параметры ударной вязкости.

Вольфрам

На земном шаре самый прочный металл, обладающий невероятной устойчивостью к коррозии и демонстрирующий высокую тугоплавкость. Хоть он и мало распространен в недрах, часто входит в состав инструментальных и самых тугоплавких сплавов.

Свойства

Из-за светло-серого цвета вольфрам похож на сталь. Физические и химические свойства позволяют использовать его для легирования сплавов и сталей, так как он тормозит рост зерен аустенита, снижает чувствительность к охлаждению после высокого отпуска и резко уменьшает высокотемпературную отпускную хрупкость. Другие физические свойства:

Параметр

Единицы измерения

Значение

Температура

плавления

°С

3422

кипения

°С

5900

Жидкотекучесть

мм

100

Относительное удлинение

%

1

Твердость

кгс/мм2

350

Плотность

г/ см3

19,3

Коэффициенты

линейного термического расширения (10 в минус 6)

м/мК

 

4,32

Пуассона

 

0,29

Относительное сужение

%

–

Вольфрам (W) имеет наименьший коэффициент линейного расширения, что объясняется постоянством атомной решетки. Прочность возрастает при холодной деформации. Из недостатков: низкая пластичность, высокая вероятность ломкости при отрицательных температурах, плохая свариваемость и обрабатываемость резанием.

Области применения

Металл используется в чистом виде и входит в состав твердых, жаропрочных и износостойких сплавов. Коррозионная стойкость способствует применению в жидкометаллических составах ртути, лития, натрия, калия, используемых в энергоустановках. Вольфрам также незаменим:

  • как компонент инструментальных, быстрорежущих сталей (Р6М5, Р6М5К5, Р6М5Ф3) и материалов для нитей накаливания, неплавящихся сварочных электродов, катодов и деталей мощных электровакуумных приборов;
  • для производства твердотопливных и ионных двигателей.

Осмий

Наглядный представитель редчайших драгметаллов платиновой группы. В слитках осмий имеет темно-синий цвет, а его кристаллы отличаются красивым серебристо-голубым оттенком. В чистом виде в природе практически не встречается из-за хрупкости и высокой твердости, но часто присутствует в метеоритном металле. Имеет несколько изотопов, самый ценный и редкий – осмий-187.

Осмий существует в виде различных форм-соединений с другими химическими элементами. Наиболее распространенные его «компаньоны» – иридий и платина. Входит в состав медной, никелевой руды. Сопутствует натуральной платине. Получают его из обогащенных пород: из 10000 тонн руды, содержащей платиновые металлы, добывается около 28 граммов осмия.

Свойства

Из-за высокой хрупкости сложно утверждать, что осмий – самый крепкий металл. Но то, что это второй по тяжести – бесспорный факт (тяжелее только иридий). Кроме высокой плотности и массы, осмий можно рассматривать как химически устойчивый, довольно твердый материал, который практически не поддается обработке.

Параметр

Единицы измерения

Значение

Плотность (при н. у.)

г/см3

22,587 ± 0,009

Температура

плавления

°С/К

3054/3327

кипения

°С/К

5027/5300

начала окисления

°С

500

Твердость (по Виккерсу/по Моосу)

ГПа/баллы

3-4/6-7

Теплоемкость молярная

Дж/(K*моль).

24,7

Теплота испарения

кДж/моль;

738

Электроотрицательность

э

1,3

Потенциал ионизации

эВ

8,7

Редкий металл с большим потенциалом. Но его добыча обходится слишком дорого и в год составляет несколько сотен килограммов. Искусственно синтезированный осмий не поддается обработке давлением, плавится в вакуумных установках.

Области применения осмия

Небольшие партии добычи и уникальные свойства обуславливают применением осмия (Os) в тех случаях, когда его применение максимально целесообразно. Это:

  • датировка, анализ кварцев пограничного слоя между Меловым и Третичным периодами;
  • легирование сплавов для повышения их износостойкости и долговечности;
  • создание покрытие на узлах механизмов, активно подвергающихся трению;
  • аэрокосмическая и военная область;
  • производство точных деталей в машиностроении, медицинских инструментов и кардиостимуляторов;
  • катализация процессов гидрирования органических соединений.

Иридий

Химический элемент и металл – иридий (Ir) с плотностью 22,65 г/см³ – делит пальму первенства, как самый тяжелый и тугоплавкий элемент, с осмием. Но его можно характеризовать и как самый прочный металл, к тому же редкий: годовая добыча в мире не превышает 10 тысяч кг.

Драгметалл бело-золотого цвета, характеризуется высокой инертностью. В природе находится в самородном состоянии, встречается как смесь с Pt или Os. Любое из таких соединений можно характеризовать, как самый твердый сплав, долговечный и крепкий. Существует закономерность: там, где есть самородная платина, ищите осмистый иридий. Налажено также искусственное производство Ir из переработанной платиновой руды.

Свойства

Иридий принадлежит к группе благородных металлов. Характеризуется высокой коррозионной стойкостью и высокой плотностью. Инертен к царской водке, ко всем кислотам, а также их смесям в температурном поле до 100°C.

Параметр

Единицы измерения

Значение

Плотность

(н. у.)

г/см3

22,42

(жидкое состояние)

19,39

Атомная масса

u

199,217

Удельная теплоемкость

Дж/(K*моль)

0,133 

Форма кристаллической решетки

гранецентрированный куб

Электроотрицательность

э

1,4

Потенциал ионизации

эВ

9,2

Температура

плавления

°С

2447

кипения

4577

Теплопроводность

Вт/(м*K)

147

Показатель линейного расширения

град.

6,5х10-6

Теплота испарения

кДж/моль

604

Применение иридия

Вариативное использование обусловлено стойкостью иридия к окислению при высоких температурах, сохранению первоначальных характеристик в любых химических растворах и смесях, при переплавке. Металл, как правило, используется в сплавах. Основное применение:

  • легирование сплавов для особо ответственных металлоизделий;
  • изготовление посуды и хирургического инструмента;
  • производство иридиевых свечей сгорания, топливных баков, катодов и нерастворимых анодов;
  • приборостроение;
  • изготовление термопар для сверхвысоких температур (≥2000°С).

Хром

Нельзя однозначно утверждать, что хром – самый прочный металл в мире. Но то, что это самый твердый металл в мире действительно так. Металла белой окраски с голубоватым отливом и довольно специфическими признаками в земной коре содержится довольно много – 0,02%. В природе находится чаще всего в составе соединений, но встречается и в чистом виде.

Свойства

О том, что хром – это самый «сильный» металл и достаточно распространенный на нашей планете, спорить трудно. Его физико-химические свойства говорят сами за себя. Металл стоек к коррозии, высоким температурам. Особо ценными считаются его соединения – крокоит и железняк.

Параметр

Единицы измерения

Значение

Температура

плавления

°C

1513-1920

кипения

2199

Плотность

г/см³

7,19

Теплопроводность

Вт/(м*K)

93,9

Твердость по шкале Мооса

–

8,5

Удельная теплоемкость (при t = 0°С)

кДж/(кг*К)

0,448

Теплота испарения

кДж/моль

342

Применение хрома

Наиболее широко хром (Cr) используется в металлургии для легирования сталей и сплавов, а также для:

  • производства антикоррозийных и декоративных покрытий;
  • изготовления огнеупоров;
  • дубления кожи (хромовые квасцы).

Рений

Первые месторождения этого очень плотного и твердого металла были обнаружены в Германии. Рений занимает лидирующие позиции в рейтинге самых редких на Земле и самых дорогих металлов. Встречается в чистом виде и в медной руде. В метеоритном железе находится в свободном состоянии.

Свойства

Принадлежит к группе переходных элементов. В таблице представлен ряд физических свойств рения.

Параметр

Единицы измерения

Значение

Температура

плавления

°С

3180

кипения

5596

Плотность (н.у. и t=20°С)

г/см3

21,02

Теплота (удельная)

плавления

кДж/моль

34

испарения

704

Твердость

шкала Мооса

–

7

по Виккерсу

МПа

2450

Отмечается устойчивость характеристик при многократных циклах «нагрев-охлаждение», инертность по отношению к водороду, азоту. Рений (Re) не растворяется в соляной и плавиковой кислоте.

Где применяется?

Высокая стоимость делает использование рения ограниченным и только в виде сплава с другими металлами, в частности с молибденом и вольфрамом. Наиболее ценен для:

  • ракетных и энергетических установок;
  • защиты от агрессивных сред;
  • авиации;
  • производства хирургического инструмента.

Титан

Металл, которого в земной коре находится около 0,66%, замыкает «десятку» по распространенности в природе. Добывается из руды. Отличается уникальным сочетанием прочности, твердости и легковесности, что позволяет использовать его в тех средах, где магниево-алюминиевые сплавы прекращают работать.

Свойства

Выясняя, какой самый прочный металл, особое внимание следует обратить на физические свойства титана. Этот металл очень пластичен, но сваривается только в инертных средах.

Параметр

Единицы измерения

Значение

Плотность (н. у.)

г/см3

4,54

Удельная прочность

км

30-35

Удельная теплота испарения

кДж/моль

422,6

Удельная теплота плавления

18,8

Теплопроводность при 300 K

Вт/(м*К)

21,9

Электропроводность (твердая фаза)

См/м

2,5х106

Твердость

по шкале Мооса

–

6

по Виккерсу

МПа

970

Температура

°C

1668

Применение титана

Раньше металл был затребован, в основном, в оборонной и военной промышленности. Сегодня его распространение в других сферах возрастает с каждым днем. Его широко используют в качестве легирующего элемента сталей и сплавов для:

  • обшивки специальных морских судов, газовых турбин авиадвигателей, деталей планерной части;
  • инструмента и конструкций повышенной надежности;
  • комплектующих насосов и трубопроводов;
  • глубоководных аппаратов и бурильных установок;
  • теплообменного оборудования и пр.

Железо и стали

Само по себе чистое железо, как самый жесткий металл, не позиционируется. Металл нашел массовое применение в сплавах с углеродом, для улучшения и изменения механических и технологических свойств которых вводят различные легирующие элементы. Стали, хоть и являются не металлами, а сплавами, именно начало их производства стало основой для активной индустриализации промышленности и сельского хозяйства. Благодаря им созданы крупные производственные предприятия и небоскребы, планету опутала сеть железнодорожного сообщения и магистральных трубопроводов, моря бороздят крупнотоннажные танкеры и шикарные туристические лайнеры, а в домах появилась многочисленная санитарно-техническая и бытовая техника.

Прочность углеродистых сталей в основном зависит от массовой доли находящегося в ней углерода. Чем выше его концентрация, тем прочнее сталь. Но высокое содержание углерода негативно сказывается на свариваемости стали и вызывает значительное снижение ее пластичности, а также повышает склонность к старению. При этом это достаточно дешевое и общедоступное вещество, что является важным экономическим фактором и обуславливает широкое применение углеродистых сталей повышенной прочности в строительстве и инжиниринге.

В связи с массовым использованием сварных стальных конструкций в самых разных отраслях возникла потребность в снижении массовой доли углерода для производства высокопрочных марок. Поэтому в тех случаях, когда свариваемость является ключевым параметром, повышать прочность стали за счет увеличения углерода неприемлемо и нужных механических параметров достигают путем легирования. Однако при этом крайне важно изыскать пути для снижения затрат на производство, так как многие легирующие компоненты относятся к дорогостоящим материалам.

В XX веке отмечалась устойчивая тенденция к повышению прочности стали за счет легирования недорогим марганцем. Но по мере развития металлургических технологий и металлографического анализа все более широко начинают использоваться и другие общедоступные и даже очень дефицитные элементы, большинство из которых образует с железом и углеродом карбиды и тем самым значительно повышают твердость и прочность сталей. Так компенсировать потери прочности из-за снижения массовой доли углерода можно введением:

  • бора. Это вещество даже в очень малых концентрациях оказывает существенное влияние на свойства сталей. Например, при увеличении массовой доли бора до 0,25% прочность стали возрастает в 1,4 раза. Теплофизические свойства бористых сталей почти такие же, как и у нержавеющих, при этом их отличает низкая пластичность и высокая радиационная стойкость;
  • ванадия. Карбидообразующий элемент, сильно измельчающий зерно аустенита. Многократно повышает прочность, вязкость и стойкость к ударным нагрузкам. Применяется для легирования конструкционных и быстрорежущих инструментальных сталей;
  • вольфрама. Наиболее часто добавляется в жаропрочные хромистые и хромоникелевые марки и в значительной степени минимизирует их ползучесть;
  • кремния. Один из наиболее значимых легирующих компонентов для обеспечения высокой прочности сталей. Его введение позволяет снизить содержание углерода, серы и растворенного в стали кислорода;
  • кобальта. Благотворно влияет на механические свойства высокопрочных сталей. Увеличивает подвижность дислокаций и тем самым уменьшает концентрацию напряжений;
  • никеля. Марки стали, содержащие Ni в количестве 3% и более, отличаются высоким комплексом механических свойств, имеют удовлетворительную свариваемость и очень высокие показатели коррозионной стойкости даже при контакте с морской водой;
  • ниобия. Ниобийсодержащие стали характеризуются мелкозернистой структурой и высоким пределом текучести. Они чаще всего производятся в виде толстолистового проката и находят применение в конструкциях ответственного назначения, при производстве труб для магистральных трубопроводов и в мостостроении;
  • титана. Образует прочные карбиды и нитриды, измельчает зерно аустенита. Снижает склонность к межкристаллической коррозии. Повышает окалиностойкость и прочность;
  • хрома. Введение этого вещества в сталь значительно повышает ее прочность. В сочетании с никелем хром не только улучшает твердость и прочность, которые особенно проявляются в закаленном и высокоотпущенном состоянии, но и определяет высокие антикоррозионные свойства;
  • церия. Он заметно влияет на механические и технологические свойства и при этом выступает десульфатором и дегазатором. Повышает жидкотекучесть и свариваемость сталей.

Производство сталей высокой прочности для сварных металлических конструкций довольно часто сводится к получению металла с измельченной структурой путем термической обработки при минимальном легировании. Поэтому большинство высокопрочных марок легированной стали содержит не один, а несколько легирующих компонентов, но содержание их часто не велико: хрома 0,5…1,5%, никеля 1,0…4,0%, вольфрама 0,8…1,2%, молибдена 0,2…0,4%.

Помимо корректировки химического состава и применения термической обработки повысить качество и прочностные характеристики сталей можно значительной минимизацией количества неметаллических включений и кислорода в процессе плавки. Это можно выполнить добавлением редкоземельных металлов или мишметалла – сплава церия, лантана, неодима, празеодима, что позволяет сократить количество серы и неметаллических включений более чем в два раза. Существенное значение для повышения качества высокопрочных сталей имеет применение современных методов выплавки (электрошлакового, вакуумно-дугового, вакуумно-индукционного, конверторного и т.д.), а также вторичной обработки стали на установках «ковш-печь», в вакууматорах и других агрегатах.

Обработка железа

Какая самая прочная сталь

Определить какая самая прочная сталь можно только для конкретных условий применения, так как в каждом случае от материала требуются определенные специальные свойства. И если еще в середине XX века к сталям высокой прочности относили марки с пределом текучести не менее 270 Н/мм2, то сегодня самая крепкая сталь может иметь твердость, доходящую до HB 700, предел текучести – до 1650 МПа, временное сопротивление – до 2500 МПа.

Для некоторых отраслей промышленности наибольший интерес в настоящее время представляют инновационные разработки, в том числе марки, выпускающиеся под брендом отдельных металлургических компаний, например:

  • закаленные стали высокой твердости. Эти стали, характеризующиеся высокой износостойкостью, твердостью и прочностью, используются в условиях сильного абразивного износа и ударного воздействия. Конечно, нельзя заявлять, что это самый крепкий металл, тем не менее они положительно зарекомендовали себя в различных сферах машиностроения, демонстрируют сверхдлительный срок службы и позволяют легко достичь оптимального баланса между весом, формой и эксплуатационными свойствами. К таким материалам относятся стали под брендом Hardox шведской компании SSAB (Hardox 600, Hardox 450, Hardox HiTuf, Hardox HiAce и другие), шведские стали группы Swebor, марки Dillidur немецкой компании Dillinger, стали Miilux и многие другие;
  • свариваемые высокопрочные стали после закалки и отпуска. Эти сплавы с пределом текучести от 400 до 1300 МПа и временным сопротивлением до 1400…1700 МПа широко используются в промышленном и гражданском строительстве, создании оффшорных буровых платформ и башен ветрогенераторов, производстве подземной и наземной техники. В эту группу относятся строительные стали по стандарту EN 10025-6 (S690Q, S690QL, S890Q, S960Q и пр.), марки под брендами Strenx/ Weldox, Xabo, Dillimax, aldur т.д.;
  • AerMet 100 и другие легированные ультрапрочные мартенситные стали, имеющие исключительные механические свойства, удовлетворительную свариваемость, достаточную стойкость к коррозии;
  • 16Х2ГБС, 16ХГМФТР, 25ХГСР и другие разработки украинских металлургов также востребованы на рынке. Они широко используются для изготовления сварных металлоконструкций ответственного назначения: резервуаров высокого давления, магистральных трубопроводов, мостовых переходов;
  • термомеханически упрочненный прокат для строительства (стандарт ДСТУ EN 10025-4) и машиностроения (стандарт EN 10149-2). Структура и свойства этих сталей формируются в результате применения специальных режимов на станах горячей прокатки, сочетающих строгий контроль за степенью обжатий, температурой конца прокатки и скоростью охлаждения. Материал сочетает высокую прочность и низкий углеродный эквивалент, что позволяет сократить не только металлоемкость без потери эксплуатационной стойкости, но и сэкономить на сварочных материалах при создании конструкций, а также сократить сроки возведения объектов.

Химический состав некоторых сталей, имеющих высокие параметры прочности

Марка стали

Массовая доля, %

C

Mn

Si

Cr

P

S

Ni

Cu

N

V

B

W

Mo

Co

Ti

не более

09Г2С

до 0,12

1,3…1,7

0,5…0,8

до 0,30

0,035

0,04

до 0,3

до 0,3

до 0,012

–

–

–

–

–

–

10ХСНД

до 0,12

0,5…0,8

0,8…1,1

0,6…0,9

0,035

0,04

0,5…0,8

0,4…0,6

до 0,008

–

–

–

–

–

–

16Г2АФ

0,14…0,20

1,30…1,70

0,30…0,60

до 0,40

0,035

0,04

до 0,30

до 0,30

0,015…0,025

0,08…0,14

–

–

–

–

–

30MnB5

0,27…0,33

1,15…1,45

до 0,4

–

0,025

0,15

–

–

–

–

0,0008…0,005

–

–

–

–

Р9М4К8

1,0…1,1

0,50

0,50

3,0…3,6

0,030

0,030

до 0,40

–

–

2,3…2,7

–

8,5…9,5

3,8…4,3

7,5…8,5

0. 2

RAEX 500

0,30

1,70

0,80

1,50

0,025

0,015

1,00

–

–

–

0,005

–

0,50

–

 —

Разработка конструкционных сталей с пределом текучести выше 500 Н/мм2 направлена на повышение технологических и эксплуатационных характеристик. К их числу можно отнести свариваемость, ударную вязкость, сопротивление хрупкому разрушению, химическую и структурную однородность. Из-за больших объемов потребления таких сталей особое значение имеет их стоимость, которую можно снизить в основном за счет экономного легирования и применения различных режимов упрочняющей термообработки.

Физико-механические характеристики некоторых сталей повышенной и высокой прочности

Марка стали

Толщина проката, мм

Временное сопротивление

σв, Н/мм2

Предел текучести

σт, Н/мм2

Относительное удлинение

δ5, %

10ХСНД

до 10

более 510

более 390

более 19

от 10 до 15

от 15 до 32

от 32 до 50

16Г2АФ

до 10

более 510

более 390

более 19

от 10 до 20

от 20 до 32

06ГБД

8…50

более 490

более 390

более 22

06Г2Б

8…50

более 540

более 440

более 22

30ХГСНА

до 80

1620

1375

более 9

AerMet 340

до 80

2380

2070

более 11

Где применяют стали высокой прочности

Использование сталей с высокими прочностными параметрами позволяет обеспечить необходимую надежность и малую металлоемкость конструкций, возможность их длительной и бесперебойной эксплуатации при низких температурах и динамических нагрузках. Поэтому переход на стали повышенной и высокой прочности – злободневный вопрос для многих отраслей промышленности, а наиболее прогрессивные компании и предприятия уже широко используют их.

В гражданском, промышленном и военном строительстве востребованы S420ML…S460ML, S690QL…S960QL, а также 15Г2СФ, 10Г2ФР, 16Г2АФ, 12ХГ2СМФ, 14ГСМФР. Для изготовления различного высокопрочного инструмента и технологической оснасти применяются 3Х3М3Ф, Х12Ф1, Х12ВМ, 7Х3 и 3Х3М3Ф. Также стали повышенной и высокой прочности очень разнообразно используются для несущих и ответственных металлоконструкций, производства обшивки и деталей машин и вагонов, рессор и шасси, рабочих элементов землеройной и спецтехники, крепежа и валов.

Использование металла в строительстве

Уран

Серебристо-белый блестящий радиоактивный элемент естественного происхождения. Известно около 100 минералов урана, но только 12 имеют промышленное значение. Находятся в свободном состоянии или в кислых осадочных породах оболочки земной коры. Локальные запасы сосредоточены в твердых скальных образованиях. Уран, если не самый прочный материал, то, по крайней мере, один из самых твердых. Получают его из урановых руд.

Свойства

Легко поддается механической и термической обработке. Соединения радиационно и химически токсичны. Свойства зависят от чистоты металла.

Параметр

Единицы измерения

Значение

Твердость

по Роквеллу

–

100/200-300

по Моосу

–

4,0

Теплота испарения

ккал/моль

106,7

Теплопроводность (при 343°К)

Вт/(см*К)

0,29

Плотность (при +25°С)

г/см3

19,04

Температура

кипения

°С

3318

плавления

°С

1132

Энтальпия

ккал/моль

1521,4

Коэффициент Пуассона

–

0,25

Модуль упругой деформации

кПа

0,176

Где применяется уран?

Урановая промышленность сфокусирована на добыче и переработке урановых и других радиоактивных руд с целью получения соответствующих концентраторов для ядерной энергетики и военной отрасли. Уран находит свое применение:

  • как топливо в исследовательском и ядерном реакторе;
  • в производстве флуоресцентных стекол;
  • при изготовлении транспортных контейнеров для радиоактивных грузов и отходов.

Бериллий

Высокотоксичный щелочноземельный металл светло-серого цвета, устойчивый к коррозии. На воздухе быстро покрывается оксидной пленкой, защищающей его от дальнейших реакций окисления. Бериллий получают из минерала берилла. Несмотря на среднюю твердость 5,5 баллов по шкале Мооса, он довольно хрупкий, с низким электрическим сопротивлением.

Свойства

Металл химически активен: растворяется в большинстве кислых сред и водных щелочных растворах. С водой вступает в реакцию только после ее закипания.

Параметр

Единицы измерения

Значение

Плотность

г/см3

1,816

Температура

плавления

°С

1278-1283

кипения

2470

Молярная теплоемкость

Дж/(K*моль)

16,44

Теплопроводность

Вт/мК

216

Коэффициент Пуассона

–

0,07-0,18

Предел прочности при растяжении

МПа

370

Ударная вязкость

МПа

10,6-12,3

Модуль упругости

ГПа

303

Твердость по Роквеллу

–

75-85

Где применяется?

Основная сфера использования – тепловые экраны и системы наведения в аэрокосмической отрасли. Бериллий необходим также в создании:

  • огнеупорных материалов;
  • сплавов для самолетов, спутников и ракет;
  • твердотельных излучателей;
  • отражателей нейтронов и ядерного оружия;
  • субстрата для расплава солей.

Тантал

Уникальное сочетание твердости, пластичности, сверхвысокой температуры плавления нашло отражение в тантале (Та). Металл с плотностью 16,67 г/см³ – типичный представитель гранитной и щелочной магмы. Входит в ТОП самых тяжелых металлов. Тугоплавкий, устойчив к коррозии. Добывается из минерала колтана. В техническом металле доля Та составляет 97%, W – до 2,5%.

Свойства

Особенность тантала – способность поглощать азот, кислород, водород. Из-за хорошей пластичности поддается штамповке.

Параметр

Единицы измерения

Значение

Плотность

кг/м3

16600

Коэффициент теплового расширения (н. у)

°С

6,5*10-6

Предел текучести

МПа

170

Модуль упругости (по Юнгу)

ГПа

186

Температура

плавления

°С

3017

кипения

5458

Молярный объем

см³/моль

10,9

Теплопроводность

Вт/(м*K)

57,5

Где применяется тантал?

Востребован там, где нужна высокая коррозионная и химическая устойчивость:

  • медицинские имплантаты;
  • мощнейшие конденсаторы и элементы электроники;
  • сооружение ядерных реакторов;
  • производство жаропрочных сплавов;
  • изготовление трудносплавного инструмента и резцов по обработке металлов;
  • производство запчастей реактивных двигателей и теплообменников в приборостроении.

Выводы

Определить какой металл самый крепкий или какая самая прочная сталь можно только для конкретных условий, принимая в расчет все факторы: износостойкость, твердость, прочность, устойчивость к агрессивным средам и другие. К тому же в условиях рыночной экономики важное значение имеет рентабельность производства, что существенно ограничивает применение дорогих и редких металлов, но открывает колоссальные перспективы для применения высокопрочных сталей в самых разнообразных сферах: от освоения космоса и выращивания пшеницы.

Компания «Метинвест-СМЦ», располагая обширной базой металлопроката различного сортамента, всегда готова помочь своим клиентам в выборе металлопродукции из сталей повышенной и высокой прочности с учетом характера ее применения и условий эксплуатации. Звоните, наш телефон 0800-30-30-70.

Самый твердый металл в мире, какой наиболее твердый на Земле

В мире есть много одинаковых по показателям твёрдости металлов, но не все они широко используются в промышленности. Причин тому может быть несколько: редкость и потому дороговизна или же радиоактивность, которая препятствует использованию в человеческих нуждах. Среди самых твёрдых металлов можно выделить 6 лидеров, покоривших мир своими особенностями.

Твёрдость металлов принято измерять по шкале Мооса. В основе метода измерения твёрдости – оценка устойчивости к царапинам другими металлами. Таким образом, было определено, что наивысшей твёрдостью обладают уран и вольфрам. Однако есть металлы, которые больше используются в разных сферах жизни, хоть их твердость и не наивысшая по шкале Мооса. Поэтому, раскрывая тему о самых твёрдых металлах, неправильно будет не упомянуть об известном титане, хроме, осмии и иридии.

Титан

На вопрос, какой самый твёрдый металл, любой человек, изучающий химию и физику в школе, ответит: «Титан». Конечно, существуют сплавы и даже самородки в чистом виде, которые превосходят его по прочности. Но среди используемых в быту и производстве титану нет равных.

Чистый титан впервые был получен в 1925 году и тогда же был объявлен самым твёрдым металлом на Земле. Его сразу стали активно использовать в абсолютно разных сферах производства – от деталей ракет и воздушного транспорта до зубных имплантатов. Заслугой такой популярности металла стали несколько его главных свойств: высокая механическая прочность, стойкость к коррозиям и высоким температурам и низкая плотность. По шкале твёрдости металлов Мооса титан обладает степенью 4.5, что не является самым высоким показателем. Однако его популярность и задействованность в различных отраслях делает его первым по твёрдости среди часто используемых.

Титан самый твёрдый среди часто используемых в производстве металлов

Детальнее про применение титана в промышленности. Данный метал имеет широкий спектр использования:

Еще советуем:Самый активный металл

  • Авиационная промышленность – детали планерной части самолётов, газовые турбины, обшивки, силовые элементы, детали шасси, заклёпки и т. д;
  • Космическая техника – обшивки, детали;
  • Кораблестроение – обшивка судов, детали насосов и трубопроводов, навигационные приборы, турбинные двигатели, паровые котлы;
  • Машиностроение – конденсаторы турбин, трубы, износостойкие элементы;
  • Нефтегазовая промышленность – трубы для бурения, насосы, сосуды высокого давления;
  • Автостроение – в механизмах клапанов и выхлопных систем, передаточных валов, болтов, пружин;
  • Строительство – наружная и внутренняя обшивка зданий, кровельные материалы, лёгкие крепежные приспособления и даже памятники;
  • Медицина – хирургические инструменты, протезы, имплантаты, корпусы для кардиологических приборов;
  • Спорт – спортивный инвентарь, туристические принадлежности, детали для велосипедов.
  • Товары народного потребления – ювелирные украшения, декоративные изделия, садовой инвентарь, наручные часы, кухонная утварь, корпуса электроники и даже колокола, а также добавляют в состав красок, белил, пластика и бумаги.

Можно увидеть, что титан востребован в абсолютно разных сферах промышленности за счет его физико-химических свойств. Пусть он и не самый твёрдый металл в мире по шкале Мооса, изделия из него куда прочнее и легче стали, меньше изнашиваются и более стойкие к раздражителям.

Титан считается самым твердым среди активно потребляемых металлов

Хром

Самым твёрдым в своем натуральном виде считается металл голубовато-белого цвета – хром. Он был открыт еще в конце 18 века и с тех пор широко используется в производстве. По шкале Мооса твёрдость хрома составляет 5. И не зря – им можно резать стекло, а при соединении с железом он способен резать даже металл. Также хром активно применяется в металлургии – его добавляют в сталь, чтобы улучшить ее физические свойства. Спектр использования хрома весьма разнообразен. Из него изготавливают стволы огнестрельного оружия, медицинское и химическое технологическое оборудование, бытовые принадлежности – кухонная утварь, металлические части мебели и даже корпусы подводных лодок.

Наивысшая твёрдость в чистом виде — хром

Хром используют в различных сферах, например, для производства нержавеющей стали, или для покрытия поверхностей – хромирования (техника, автомобили, детали, посуда). Часто этот метал используют при изготовлении стволов огнестрельного оружия. Также нередко этот металл можно встретить при производстве красителей и пигментов. Удивительным может показаться еще одна сфера его использования – это производство диетических добавок, а в создании технологического оборудования для химических и медицинских лабораторий без хрома никак нельзя обойтись.

Осмий и иридий

Осмий и иридий – представители металлов платиновой группы, имеют почти одинаковую плотность. В своем чистом виде в природе встречаются невероятно редко, а чаще всего – в сплаве друг с другом. Иридий по природе своей обладает высокой твердостью, из-за чего плохо поддается металлообработке, как механической, так и химической.

Осмий и иридий обладают наивысшей плотностью

Активно применять иридий в промышленности стали сравнительно недавно. Раньше его использовали с осторожностью, поскольку его физико-химические характеристики были изучены не до конца. Теперь иридий используют даже в изготовлении ювелирных изделий (в качестве инкрустаций или в сплаве с платиной), хирургических инструментов и деталей для сердечных стимуляторов. В медицине металл просто незаменим: его биопрепараты могут помочь побороть онкологию, а облучение его радиоактивным изотопом может остановить процесс роста раковых клеток.

Две трети добываемого в мире иридия уходит в химическую промышленность, а остальное распределяется между другими отраслями производства – напыления в металлургической индустрии, товарах народного использования (элементы перьевых ручек, ювелирные изделия), медицине при производстве электродов, элементов кардиостимуляторов и хирургических инструментов, а также для улучшения физико-химических и механических свойств металлов.

Твёрдость иридия по шкале Мосса – 5

Осмий – серебристо-белый металл с голубоватым отливом. Он был открыт позже иридия на год, а сейчас его нередко находят в железных метеоритах. Помимо высокой твёрдости, осмий отличается своей дороговизной – 1 грамм чистого металла оценивается в 10 тысяч долларов. Еще одной его особенностью считается его вес – 1 литр расплавленного осмия равен 10 литрам воды. Правда, ученые еще не нашли применения этому свойству.

Из-за редкости и высокой стоимости осмий задействуется только там, где никакой другой металл не может быть использован. Широкого применения ему так и не нашли, да и нет смысла в поисках, пока поставки металла не станут регулярными. Сейчас осмий используется для изготовления инструментов, требующих высокой точности. Изделия из него почти не изнашиваются и обладают значительной прочностью.

Показатель твёрдости осмия достигает 5.5

Уран

Один из наиболее знаменитых элементов, который является одним из самых твёрдых металлов в мире, – уран. Это металл светло-серого цвета, обладающий слабой радиоактивностью. Уран считается одним из самых тяжелых металлов – его удельный вес в 19 раз превышает вес воды. Он также обладает относительной пластичностью, ковкостью и гибкостью, парамагнитными свойствами. По шкале Мосса твёрдость металла составляет 6, что считается очень высоким показателем.

Раньше уран почти не использовался, а встречался только как рудный отход при добыче других металлов – радия и ванадия. На сегодняшний день уран добывается в месторождениях, основными источниками являются Скалистые горы США, Республика Конго, Канада и Южно-Африканский Союз.

Несмотря на радиоактивность, уран активно потребляется человечеством. Наиболее востребован в атомной энергетике – его используют как топливо для ядерных реакторов. Также уран применяется в химической промышленности и в геологии – для определения возраста горных пород.

Не пропустила невероятные показатели удельного веса и военная инженерия. Уран регулярно используется для создания сердечников бронебойных снарядов, которые, за счет высокой прочности, отлично справляются с поставленной задачей.

Уран является самым твёрдым металлом, но он радиоактивный

Вольфрам

Увенчивает наш список самых твёрдых металлов на Земле блестящий серебристо-серый вольфрам. По шкале Мооса твердость вольфрама равна 6, как и у урана, но, в отличие от последнего, он не является радиоактивным. Природная твёрдость, однако, не лишает его гибкости, потому вольфрам идеально подходит для ковки разных металлических изделий, а его устойчивость к высоким температурам позволяет применять его в осветительных приборах и электронике. Потребление вольфрама не достигает больших оборотов, и главной тому причиной является его ограниченное количество в месторождениях.

Благодаря высоким показателям плотности вольфрам широко используется в оружестроении для производства тяжеловесов и артиллерийских снарядов. Вообще вольфрам активно используется в военной инженерии – пули, противовесы, баллистические ракеты. Следующим по популярности использования этого метала является авиация. Из него изготавливают двигатели, детали электровакуумных приборов. В строительстве используют режущие инструменты из вольфрама. Также он является незаменимым элементом при производстве лаков и светоустойчивых красок, огнестойких и водонепроницаемых тканей.

Вольфрам считается наиболее тугоплавким и прочным

Изучив свойства и сферы потребления каждого металла, сложно однозначно сказать, какой же самый твердый металл в мире, если брать во внимание не только показатели шкалы Мооса. Каждый из представителей имеет ряд преимуществ. Например, титан, не обладающий сверхвысокой твердостью, прочно занял первое место среди самых используемых металлов. А вот уран, твердость которого достигает наивысшей отметки среди металлов, не так популярен из-за слабой радиоактивности. А вольфрам, который не излучает радиации и имеет наивысшую прочность и очень хорошие показатели податливости, не может быть активно использован из-за ограниченных ресурсов.

На Земле есть 6 «самых прочных материалов», которые тверже алмазов

Max Pixel

Углерод — один из самых удивительных элементов во всей природе, химические и физические свойства которого не похожи ни на один другой элемент. Имея всего шесть протонов в ядре, это самый легкий распространенный элемент, способный образовывать множество сложных связей. Все известные формы жизни основаны на углероде, поскольку его атомные свойства позволяют ему соединяться с четырьмя другими атомами одновременно. Возможная геометрия этих связей также позволяет углероду самостоятельно собираться, особенно при высоких давлениях, в стабильную кристаллическую решетку. Если условия правильные, атомы углерода могут образовать твердую сверхтвердую структуру, известную как алмаз.

Хотя алмазы широко известны как самые твердые материалы в мире, на самом деле существует шесть более твердых материалов. Алмазы по-прежнему являются одним из самых твердых природных и распространенных материалов на Земле, но все эти шесть материалов превосходят его.

Карлес Лалуеза-Фокс, Инги Агнарссон, Матьяж Кантнер, Тодд А. Блэкледж (2010)

Почетное упоминание : есть три земных материала, которые не так тверды, как алмаз, но все же представляют значительный интерес для их сила в различных модах. С появлением нанотехнологий — наряду с развитием понимания современных материалов в наномасштабе — мы теперь признаем, что существует множество различных показателей для оценки физически интересных и экстремальных материалов.

С биологической точки зрения шелк паука известен как самый прочный. Обладая более высоким отношением прочности к весу, чем у большинства обычных материалов, таких как алюминий или сталь, он также примечателен своей тонкостью и липкостью. Из всех пауков в мире пауки Дарвина самые прочные: в десять раз прочнее кевлара. Он настолько тонкий и легкий, что примерно из фунта (454 грамма) шелка коры дарвиновского паука можно составить нить, достаточно длинную, чтобы очертить окружность всей планеты.

Scott Horvath, USGS

Карбид кремния, встречающийся в природе в форме муассанита, лишь немного уступает по твердости алмазу. (Это все еще тверже, чем любой паутинный шелк.) Химическая смесь кремния и углерода, которые занимают одно и то же семейство в периодической таблице, зерна карбида кремния массово производятся с 189 года.3. Они могут быть соединены вместе с помощью процесса высокого давления, но низкой температуры, известного как спекание, для создания чрезвычайно твердых керамических материалов.

Эти материалы не только полезны в самых разных областях применения, в которых используется твердость, таких как автомобильные тормоза и сцепления, пластины в пуленепробиваемых жилетах и ​​даже боевая броня, подходящая для танков, но также обладают невероятно полезными полупроводниковыми свойствами для использования в электроника.

Oak Ridge National Laboratories / flickr

Крошечные кварцевые шарики диаметром от 50 нанометров до 2 нанометров впервые были созданы около 20 лет назад в Национальной лаборатории Сандия Министерства энергетики. Что примечательно в этих наносферах, так это то, что они полые, они самособираются в сферы и могут даже вкладываться друг в друга, оставаясь при этом самым жестким материалом, известным человечеству, лишь немного менее твердым, чем алмазы.

Самосборка — невероятно мощный природный инструмент, но биологические материалы слабее синтетических. Эти самособирающиеся наночастицы могут быть использованы для создания нестандартных материалов, от более качественных очистителей воды до более эффективных солнечных элементов, от более быстрых катализаторов до электроники следующего поколения. Тем не менее, технология мечты этих самособирающихся наносфер — это печатные бронежилеты, изготовленные по индивидуальному заказу в соответствии со спецификациями пользователя.

Getty

Алмазы, конечно, тверже всех этих материалов, и по-прежнему занимают седьмое место в списке самых твердых материалов, найденных или созданных на Земле. Несмотря на то, что они были превзойдены как другими природными (но редкими) материалами, так и синтетическими, созданными человеком, они все еще держат один важный рекорд.

Алмазы остаются самым устойчивым к царапинам материалом, известным человечеству. Такие металлы, как титан, гораздо менее устойчивы к царапинам, и даже чрезвычайно твердая керамика или карбид вольфрама не могут конкурировать с алмазами в отношении твердости или устойчивости к царапинам. Другие кристаллы, известные своей исключительной твердостью, такие как рубины или сапфиры, по-прежнему уступают алмазам.

Но шесть материалов превзошли по твердости даже хваленый алмаз.

Benjah-bmm27 / общественное достояние

6.) Вюрцит нитрид бора . Вместо углерода вы можете сделать кристалл из ряда других атомов или соединений, и одним из них является нитрид бора (BN), где 5-й и 7-й элементы в периодической таблице объединяются, образуя множество возможностей. Он может быть аморфным (некристаллическим), гексагональным (похожим на графит), кубическим (похожим на алмаз, но немного слабее) и формой вюрцита.

Последняя из этих форм чрезвычайно редкая, но и чрезвычайно сложная. Образовавшийся во время вулканических извержений, он был обнаружен только в незначительных количествах, а это означает, что мы никогда не проверяли его свойства твердости экспериментально. Однако он образует кристаллическую решетку другого типа — тетраэдрическую вместо гранецентрированной кубической — которая, согласно последним моделированиям, на 18% тверже алмаза.

Hiroaki Ohfuji et al., Nature (2015)

5.) Lonsdaleite . Представьте, что у вас есть метеор, полный углерода и, следовательно, содержащий графит, который проносится через нашу атмосферу и сталкивается с планетой Земля. Хотя вы можете представить себе падающий метеор как невероятно горячее тело, горячими становятся только его внешние слои; внутренности остаются прохладными на протяжении большей части (или даже потенциально всего) их путешествия к Земле.

Однако при столкновении с поверхностью Земли внутреннее давление становится больше, чем любой другой естественный процесс на поверхности нашей планеты, и заставляет графит сжиматься в кристаллическую структуру. Однако он обладает не кубической решеткой алмаза, а гексагональной решеткой, которая на самом деле может обеспечить твердость на 58% выше, чем у алмаза. В то время как реальные образцы лонсдейлита содержат достаточное количество примесей, чтобы сделать их мягче алмазов, графитовый метеорит без примесей, упавший на Землю, несомненно, произвел бы материал более твердый, чем любой земной алмаз.

Justsail / Wikimedia Commons

4.) Dyneema . С этого момента мы покидаем царство встречающихся в природе веществ. Dyneema, термопластичный полиэтиленовый полимер, отличается необычайно высокой молекулярной массой. Большинство известных нам молекул представляют собой цепочки атомов с несколькими тысячами атомных единиц массы (протонов и/или нейтронов). Но UHMWPE (полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы) имеет чрезвычайно длинные цепи с молекулярной массой в миллионы единиц атомной массы.

Благодаря очень длинным цепям их полимеров межмолекулярные взаимодействия существенно усиливаются, создавая очень прочный материал. На самом деле он настолько прочен, что обладает самой высокой ударной вязкостью среди всех известных термопластов. Его называют самым прочным волокном в мире, и оно превосходит все швартовные и буксирные канаты. Несмотря на то, что он легче воды, он может остановить пули и в 15 раз прочнее сопоставимого количества стали.

Роберт Ритчи и Мариос Деметриу

3.) Стекло из микросплава палладия . Важно признать, что есть два важных свойства, которыми обладают все физические материалы: прочность, то есть, какое усилие он может выдержать, прежде чем деформируется, и ударная вязкость, то есть сколько энергии требуется, чтобы его сломать или расколоть. Большинство керамических изделий прочные, но не жесткие, они разбиваются при захвате тисками или даже при падении с небольшой высоты. Эластичные материалы, такие как резина, могут удерживать много энергии, но легко деформируются и совсем не прочны.

Большинство стекловидных материалов хрупкие: прочные, но не особо прочные. Даже армированное стекло, такое как Pyrex или Gorilla Glass, не является особенно прочным по шкале материалов. Но в 2011 году исследователи разработали новое стекло из микросплава, состоящее из пяти элементов (фосфор, кремний, германий, серебро и палладий), где палладий обеспечивает путь для формирования полос сдвига, позволяя стеклу пластически деформироваться, а не трескаться. Он побеждает все типы стали, а также все, что ниже в этом списке, благодаря сочетанию прочности и ударной вязкости. Это самый твердый материал, не содержащий углерода.

НАНОЛАБ, ИНК.

2.) Клейкая бумага . С конца 20-го века хорошо известно, что существует форма углерода, которая даже тверже алмаза: углеродные нанотрубки. Связывая углерод вместе в шестиугольную форму, он может удерживать жесткую цилиндрическую структуру более стабильно, чем любая другая структура, известная человечеству. Если вы возьмете совокупность углеродных нанотрубок и создадите из них макроскопический лист, вы сможете создать из них тонкий лист: липкую бумагу.

Каждая отдельная нанотрубка имеет диаметр всего от 2 до 4 нанометров, но каждая из них невероятно прочная и жесткая. Он всего на 10% легче стали, но в сотни раз прочнее. Он огнеупорный, чрезвычайно теплопроводный, обладает потрясающими свойствами электромагнитного экранирования и может найти применение в материаловедении, электронике, военных и даже биологических областях. Но липкая бумага не может состоять из нанотрубок на 100%, что, возможно, не позволяет ей занять первое место в этом списке.

AlexanderAlUS/CORE-Материалы flickr

1. ) Графен . Наконец: гексагональная углеродная решетка толщиной всего в один атом. Вот что такое лист графена, возможно, самый революционный материал, который будет разработан и использован в 21 веке. Это основной структурный элемент самих углеродных нанотрубок, и их применение постоянно растет. Ожидается, что в настоящее время многомиллионная индустрия графена превратится в многомиллиардную индустрию всего за несколько десятилетий.

По отношению к своей толщине это самый прочный из известных материалов, он является исключительным проводником как тепла, так и электричества и почти на 100% прозрачен для света. Нобелевская премия по физике 2010 г. была присуждена Андрею Гейму и Константину Новоселову за новаторские эксперименты с графеном, а число коммерческих приложений только растет. На сегодняшний день графен — самый тонкий из известных материалов, а всего лишь шестилетний перерыв между работой Гейма и Новоселова и их Нобелевской премией — один из самых коротких в истории физики.

Workbit / Wikimedia Commons

Стремление сделать материалы тверже, прочнее, устойчивее к царапинам, легче, прочнее и т. д., вероятно, никогда не закончится. Если человечество сможет раздвинуть границы доступных нам материалов дальше, чем когда-либо прежде, области применения того, что станет возможным, будет только расширяться. Поколения назад идея микроэлектроники, транзисторов или способности манипулировать отдельными атомами, несомненно, была исключительной областью научной фантастики. Сегодня они настолько распространены, что мы воспринимаем их как должное.

По мере того, как мы с полной силой мчимся в эпоху нанотехнологий, материалы, подобные описанным здесь, становятся все более важными и вездесущими для качества нашей жизни. Замечательно жить в цивилизации, где алмазы больше не являются самым твердым из известных материалов; научные достижения, которые мы делаем, приносят пользу обществу в целом. По мере развития 21-го века мы все увидим, что вдруг станет возможным благодаря этим новым материалам.

История вольфрама, самого прочного природного металла на Земле

История вольфрама

Благодаря пределу прочности на разрыв 1510 мегапаскалей вольфрам теперь известен как самый прочный природный металл на Земле.

Сегодняшняя инфографика от Almonty Industries, производителя вольфрама, раскрывает историю вольфрама.

Интересно, что инфографика показывает, что, несмотря на прочность вольфрама, большая часть цивилизации жила без какого-либо практического применения этого металла. Это потому, что вольфрам не был официально открыт до 18-го века, хотя, как вы увидите, он был занозой в боку металлургов за много столетий до этого.

С небес

Как и все элементы с атомным номером выше, чем у железа, вольфрам не может быть получен в результате ядерного синтеза в звездах, подобных нашему Солнцу.

Вместо этого считается, что вольфрам образовался в результате взрывов массивных звезд. Каждый взрыв сверхновой обладает такой большой энергией, что эти вновь созданные элементы выбрасываются с невероятной скоростью 30 000 км/с, или 10% скорости света, и именно так они рассеиваются по Вселенной.

Взрывы сверхновых случаются нечасто — в результате в каждом 1 000 000 граммов земной коры всего 1,25 грамма вольфрама.

Необычная история

В периодической таблице вольфрам указан под буквой «W». Это потому, что два названия одного и того же металла фактически возникли одновременно.

«Вольфрам»

ВОЛЬФРАМ: производное от немецких слов ВОЛК (англ. wolf) и средневерхненемецкого слова RAM (англ. грязь).

В средние века добытчики олова в Германии жаловались на минерал (вольфрамит), который сопровождал оловянную руду и снижал выход олова при плавке.

Длинный, похожий на волосы, вольфрамит считался «волком», пожирающим олово. Вольфрамит преследовал металлургов на протяжении многих веков, пока не был открыт вольфрам и не были разработаны надлежащие методы борьбы с тяжелым металлом.

«Вольфрам»

ВОЛЬФСТЕН: происходит от шведских слов TUNG (английский: тяжелый) и STEN (английский: камень) из-за его плотности

Шеелит, другая важная вольфрамовая руда, была Швеция в 1750 году.

Он привлек внимание своей невероятной плотностью, поэтому его назвали «тяжелым камнем».

Открытие

Этот металл был открыт испанским дворянином Хуаном Хосе Д’Эльхуяром, который в конечном итоге синтезировал вольфрам из вольфрамита и шеелита, показывая, что оба они являются минералами из одного и того же нового элемента.

История использования вольфрама

Открытия в области использования вольфрама можно приблизительно связать с четырьмя областями: химические вещества, сталь и суперсплавы, нити и карбиды.

1847: Соли вольфрама используются для изготовления цветного хлопка и для придания огнеупорности театральной и другой одежде.

1855: Изобретен бессемеровский процесс, позволивший начать массовое производство стали. В то же время в Австрии производятся первые вольфрамовые стали.

1895: Томас Эдисон исследовал способность материалов флуоресцировать под воздействием рентгеновских лучей и обнаружил, что наиболее эффективным веществом является вольфрамат кальция.

1900: Быстрорежущая сталь, особая смесь стали и вольфрама, экспонируется на Всемирной выставке в Париже. Он сохраняет свою твердость при высоких температурах, идеально подходит для использования в инструментах и ​​механической обработке.

1903: Нити накаливания в лампах и лампочках были первым применением вольфрама, в котором использовались его чрезвычайно высокая температура плавления и его электропроводность. Единственная проблема? Ранние попытки показали, что вольфрам слишком хрупок для широкого использования.

1909: Уильяму Кулиджу и его команде из General Electric в США удалось открыть процесс создания пластичных вольфрамовых нитей посредством подходящей термообработки и механической обработки.

1911: Процесс Кулиджа коммерциализирован, и за короткое время по всему миру распространились вольфрамовые лампочки, оснащенные гибкими вольфрамовыми проводами.

1913: Нехватка технических алмазов в Германии во время Второй мировой войны заставляет исследователей искать альтернативу алмазным штампам, которые используются для волочения проволоки.

1914: «Некоторые военные эксперты союзников считали, что через шесть месяцев в Германии закончатся боеприпасы. Вскоре союзники обнаружили, что Германия увеличивает производство боеприпасов и на какое-то время превзошла производство союзников. Частично это изменение произошло из-за того, что она использовала вольфрамовую быстрорежущую сталь и вольфрамовые режущие инструменты. К горькому изумлению британцев, вольфрам, используемый таким образом, как позже выяснилось, в основном поступал из их Корнишских рудников в Корнуолле». — От К.С. Ли 1947 книга «Вольфрам»

1923: Немецкая компания по производству электрических ламп подает патент на карбид вольфрама или твердый сплав. Его изготавливают путем «цементации» очень твердых зерен монокарбида вольфрама (WC) в связующей матрице из прочного металлического кобальта путем жидкофазного спекания.

Результат изменил историю вольфрама: материала, сочетающего в себе высокую прочность, ударную вязкость и высокую твердость. На самом деле, карбид вольфрама настолько твердый, что единственный природный материал, который может его поцарапать, — это алмаз. (Сегодня наиболее важным применением вольфрама является карбид.)

1930-е годы: В нефтяной промышленности появились новые области применения соединений вольфрама для гидроочистки сырой нефти.

1940: Начинается разработка суперсплавов на основе железа, никеля и кобальта, чтобы удовлетворить потребность в материале, способном выдерживать невероятные температуры реактивных двигателей.

1942: Во время Второй мировой войны немцы первыми применили сердечник из карбида вольфрама в высокоскоростных бронебойных снарядах. Британские танки практически «плавились» при попадании этих карбид-вольфрамовых снарядов.

1945: Годовой объем продаж ламп накаливания в США составляет 795 миллионов в год.

1960-е годы: Появились новые катализаторы, содержащие соединения вольфрама, для обработки выхлопных газов в нефтяной промышленности.

1964: Повышение эффективности и производство ламп накаливания снижает стоимость обеспечения заданного количества света в тридцать раз по сравнению со стоимостью при внедрении системы освещения Эдисона.

2000: На данный момент ежегодно протягивается около 20 миллиардов метров ламповой проволоки, что примерно в 50 раз превышает расстояние от Земли до Луны. Освещение потребляет 4% и 5% от общего объема производства вольфрама.

Tungsten Today

Сегодня карбид вольфрама чрезвычайно широко распространен, и его применение включает резку металлов, механическую обработку дерева, пластмасс, композитов и мягкой керамики, формование без стружки (горячее и холодное), горное дело, строительство, бурение горных пород, конструкционные детали. , изнашиваемые детали и военные компоненты.

Вольфрамовые стальные сплавы также используются в производстве сопел ракетных двигателей, которые должны иметь хорошие жаропрочные свойства. Суперсплавы, содержащие вольфрам, используются в турбинных лопатках, износостойких деталях и покрытиях.

Однако в то же время правление ламп накаливания подошло к концу через 132 года, так как они начинают постепенно выходить из употребления в США и Канаде.

Какой самый твердый металл на земле?

4 самых прочных и твердых металла на Земле

  1. Вольфрам: самый прочный металл на Земле. Из всех металлов вольфрам лидирует по прочности на растяжение. …
  2. Хром: самый твердый металл на Земле. Хром – самый твердый металл, известный человеку. …
  3. Сталь: самый прочный сплав на Земле. …
  4. Титан.

Посмотреть полный ответ на сайте thyssenkrupp-materials.co.uk



Какой металл самый твердый в мире?

Ударная вязкость определяет, сколько энергии металл может поглотить при ударе без разрушения или разрушения. Вольфрам, что в переводе со шведского означает «тяжелый камень», является самым прочным металлом в мире.

Просмотр полный ответ наthyssenkrupp-materials.co.uk

Какой самый твердый металл на Земле?

2. Хром. Хром занимает второе место среди самых прочных металлов на Земле.

Посмотреть полный ответ on toppr.com



Алмаз прочнее титана?

Будучи самым прочным металлом на земле, вольфрам часто комбинируют со сталью и другими металлами для получения более прочных сплавов. Как указывалось выше, алмазы также являются одним из таких материалов, который тверже титана.

Просмотр полный ответ на metalscut4u.com

Является ли алмаз пуленепробиваемым?

Diamond Armor сертифицирована как пуленепробиваемая по стандартам НАТО, водонепроницаемая благодаря герметизации с применением нанотехнологий и имеет встроенную систему кондиционирования воздуха EMPA, обеспечивающую охлаждение владельца.

Посмотреть полный ответ на zdnet.com



Хром — САМЫЙ ТВЕРДЫЙ МЕТАЛЛ НА ЗЕМЛЕ!

Что может разбить алмаз?

Хотя может быть не так много природных материалов, которые прочнее алмазов, некоторые искусственные металлы, такие как вольфрам и сталь, обладают более высокой прочностью на растяжение. Это означает, что прямой удар обычным молотком может полностью сломать алмаз.

Просмотр полный ответ на alarajewelry.com

Какой самый мягкий металл?

Цезий — редкий серебристо-белый блестящий металл с ярко-синими спектральными линиями; Название элемента происходит от латинского слова «caesius», означающего «небесно-голубой». Это самый мягкий металл, имеющий консистенцию воска при комнатной температуре.

Посмотреть полный ответ на livecience.com

Насколько дорог вольфрам?

Вольфрам — это редкий металл, который имеет самую высокую температуру плавления и кипения из всех известных элементов. В 2021 году средняя цена вольфрама составляла около 270 долларов США за метрическую тонну триоксида вольфрама.

Просмотр полный ответ на statista.com



Что тверже алмазов?

Структура нитрида бора в конфигурации вюрцита прочнее, чем у алмаза. Нитрид бора также можно использовать для создания нанотрубок, аэрогелей и множества других интересных приложений.

Посмотреть полный ответ на forbes.com

Какой металл не ломается?

Вольфрам. Вольфрам обладает самой высокой прочностью на растяжение среди всех чистых металлов — до 500 000 фунтов на квадратный дюйм при комнатной температуре. Даже при очень высоких температурах свыше 1500°C он обладает высочайшей прочностью на растяжение. Вольфрам настолько плотный, что сопротивляется плавлению даже при очень высокой температуре.

Просмотр полный ответ на www.industrialmetalsupply.com

Какой самый прочный материал?

Родственные

  • Алмаз. Этот всеми любимый драгоценный камень, не имеющий себе равных в своей способности противостоять царапинам, занимает первое место по твердости. …
  • Графен. …
  • Шелк паука. …
  • Углерод/углеродный композит. …
  • Карбид кремния. …
  • Суперсплавы на основе никеля.

Посмотреть полный ответ на pbs.org



Какой металл входит в пятерку самых прочных?

Самые твердые металлы в мире

  1. Вольфрам (1960–2450 МПа) Вольфрам — один из самых твердых металлов, встречающихся в природе. …
  2. Иридий (1670 МПа) …
  3. Сталь. …
  4. Осмий (3920–4000 МПа) …
  5. Хром (687-6500 МПа) …
  6. Титан (от 716 до 2770 МПа)

Просмотр полный ответ на bortec.de

Вольфрам прочнее титана?

Вольфрам против титана

С точки зрения прочности на растяжение вольфрам является самым прочным из всех природных металлов (142 000 фунтов на квадратный дюйм). Но с точки зрения ударной прочности вольфрам слаб — это хрупкий металл, который, как известно, раскалывается при ударе. Титан, с другой стороны, имеет прочность на растяжение 63 000 фунтов на квадратный дюйм.

Посмотреть полный ответ на meadmetals. com

Какой металл прочнее титана?

С точки зрения абсолютной прочности лучшие титановые сплавы превосходят нержавеющие стали низкого и среднего качества. Однако высший сорт нержавеющей стали прочнее титановых сплавов.

Просмотр полный ответ на dorsetware.com



Сталь прочнее титана?

В то время как титан только на одном уровне со сталью с точки зрения прочности, он весит вдвое меньше, что делает его одним из самых прочных металлов на единицу массы. Тем не менее, сталь является предпочтительным материалом, когда речь идет об общей прочности, поскольку некоторые из ее сплавов превосходят все другие металлы с точки зрения пределов текучести.

Посмотреть полный ответ на thomasnet.com

Является ли вольфрам пуленепробиваемым?

«Из вольфрама получаются очень хорошие пули, — говорит мне военный аналитик Роберт Келли. «Это такая штука, что если выстрелить из нее в чужую броню, она пройдет сквозь нее и убьет».

Посмотреть полный ответ на bbc.com

Сколько стоит фунт вольфрама?

$3,25/фунт Эти цены актуальны на сегодняшний день и могут быть изменены в любое время из-за неблагоприятных рыночных условий.

Посмотреть полный ответ на сайте scrapmetalbuyers.com



Какой вес у 1-дюймового куба вольфрама?

Сделанный из вольфрама чистоты 99,95%, каждый 10-миллиметровый куб весит 19,1 грамма, дюймовый куб — ​​313 ± 5 г, а 50-миллиметровый — целых 2300 граммов (это более пяти фунтов!)

Посмотреть полный ответ на luciteria.com

Какой металл режется ножом?

Натрий и калий — это два металла, которые являются мягкими и могут быть разрезаны ножом. Этот ответ был полезен?

Посмотреть полный ответ на toppr.com

Сможете ли вы получить 100 единиц чистого золота?

Поскольку получить 100% чистое золото практически невозможно, самый чистый тип золота, доступный в настоящее время в продаже, имеет пробу 999,99. Иногда это называют пятью девятками. Королевский монетный двор Канады регулярно выпускает памятные монеты из этого чистого золота. Чуть ниже находится 999,9 или «четыре девятки».

Посмотреть полный ответ на jmbullion.com



Какой самый твердый неметалл?

»КАРБИД КРЕМНИЯ — самый твердый искусственный неметалл.

Просмотр полный ответ на byjus.com

Может ли алмаз расплавиться?

При какой температуре плавятся алмазы? Если вы нагреете алмаз на открытом воздухе, он начнет плавиться и гореть при температуре около 700 градусов по Цельсию (1292 градуса по Фаренгейту). Однако сжигание алмаза без кислорода заставит его превратиться в графит (кристаллическую форму углерода), прежде чем превратиться в жидкость.

Посмотреть полный ответ на bixlers.com

Можно ли сжечь алмаз?

Да, алмаз можно сжечь. Наиболее распространенной формой горения в быту является сжигание углерода.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *