من المفيد للعلماء والمهندسين تصنيف المعادن من الأقوى إلى الأضعف ، لكن العقبة الرئيسية أمام القيام بذلك بشكل هادف هو أن القوة تُحدَّد بعدة خصائص. مع وضع ذلك في الاعتبار ، عادةً ما يتصدر الفولاذ وسبائكه معظم قوائم القوة العامة. يعد التنجستن عمومًا رقم واحد في القوائم التي تقتصر على المعادن الطبيعية ، على الرغم من أن التيتانيوم هو المنافس الوثيق. لا يوجد أي من هذه المعادن صلابة مثل الماس أو صلابة مثل الجرافين ، لكن هذه الهياكل الشبكية الكربونية ليست معادن.
أربعة محددات القوة
عند تقييم قوة المعدن ، يمكن أن تتحدث عن أي من الصفات الأربع:
-
قوة الشد هو مقياس لمدى مقاومة المعدن للكسر. تتمتع عجينة البسكويت والمعجون السخيف بقوة شد منخفضة ، بينما يتمتع الجرافين بأعلى قوة شد تم تسجيلها على الإطلاق.
-
قوة الضغط أو الصلابة تقيس مدى مقاومة المادة للضغط معًا. تتمثل إحدى طرق تحديد ذلك في استخدام مقياس موس ، بقيم من 0 إلى 10 ، حيث يكون الرقم 10 هو الأصعب.
-
قوة الغلة يشير إلى مدى قدرة قضيب أو شعاع من معدن معين على مقاومة الانحناء والتشوه الدائم. هذا مقياس مهم للمهندسين الإنشائيين.
-
قوة التأثير هي قدرة المادة على مقاومة الصدمات دون أن تتحطم. على الرغم من أن الألماس يسجل 10 أيونات على مقياس مو ، إلا أنه يمكن أن يتحطم إذا ضربته مطرقة. الصلب ليس صلبًا مثل الماس ، لكن لا يمكنك تحطيمه بسهولة.
سبائك مقابل. معادن طبيعية
السبائك عبارة عن مزيج من المعادن ، والسبب الرئيسي لصنع السبائك هو إنتاج مادة أقوى. السبائك الأكثر أهمية هو الفولاذ ، وهو مزيج من الحديد والكربون وهو أصعب بكثير من أي من عنصريه. يصنع علماء المعادن سبائك من معظم المعادن ، حتى الفولاذ ، وينتمون إلى قوائم أكثر المعادن صلابة.
قائمة أقوى المعادن
نظرًا لأن العديد من العوامل تتحد لتحديد قوة المعدن ، فمن الصعب ترتيب قائمة مرتبة من الأقوى إلى الأضعف. تتضمن القائمة التالية غير المرتبة أقوى المعادن والسبائك الطبيعية في العالم ، ولكن الترتيب سيتغير اعتمادًا على الخاصية التي تعتبر أكثر أهمية.
الكربون الصلب - تم إنتاج هذه السبيكة الشائعة من الحديد والكربون لعدة قرون وسجلت درجات عالية لجميع الصفات الأربع التي تحدد القوة. تبلغ قوة الخضوع 260 ميجا باسكال (Mpa) وقوة شد تبلغ 580 ميجا باسكال. إنه يسجل حوالي 6.0 على مقياس موس وهو مقاوم للغاية للتأثير.
سبائك الصلب والحديد والنيكل - هناك عدد قليل من الاختلافات في هذه السبيكة ، ولكن بشكل عام ، يزيد تصنيع سبائك الصلب الكربوني مع النيكل من مقاومة الخضوع إلى ما يصل إلى 1420 ميجا باسكال وقوة الشد إلى 1460 ميجا باسكال.
ستانلس ستيل - تنتج سبيكة من الفولاذ والكروم والمنغنيز معدنًا مقاومًا للتآكل بقوة إنتاجية تصل إلى 1560 ميجا باسكال وقوة شد تصل إلى 1600 ميجا باسكال. مثل جميع أنواع الفولاذ ، هذه السبيكة شديدة المقاومة للصدمات وتحرز متوسط المدى على مقياس موس.
التنغستن - مع أعلى مقاومة شد لأي معدن يحدث بشكل طبيعي ، غالبًا ما يتم دمج التنجستن مع الفولاذ والمعادن الأخرى لإنشاء سبائك أقوى. ومع ذلك ، فإن التنغستن هش ويتحطم تحت تأثير الصدمة.
كربيد التنغستن - سبيكة من التنجستن والكربون ، تُستخدم هذه المادة بشكل شائع للأدوات ذات حواف القطع ، مثل السكاكين وشفرات المنشار الدائرية ومثقاب الثقب. تتمتع التنغستن وسبائكه بقوة إنتاجية نموذجية تتراوح من 300 إلى 1000 ميجا باسكال وقوة شد من 500 إلى 1050 ميجا باسكال.
التيتانيوم - يتمتع هذا المعدن الذي يتكون بشكل طبيعي بأعلى نسبة قوة شد إلى كثافة مقارنة بأي معدن ، مما يجعله أقوى من التنجستن. ومع ذلك ، فإنه يسجل درجات أقل على مقياس صلابة موس. سبائك التيتانيوم قوية وخفيفة الوزن وغالبًا ما تستخدم في صناعة الطيران.
تيتانيوم ألومينيد - هذه السبيكة المصنوعة من التيتانيوم والألومنيوم والفاناديوم ، تتمتع بقوة إنتاجية تبلغ 800 ميجا باسكال وقوة شد تبلغ 880 ميجا باسكال.
إنكونيل - سبيكة فائقة من الأوستينيت والنيكل والكروم ، يحتفظ inconel بقوته القصوى الظروف ودرجات الحرارة المرتفعة مما يجعلها مناسبة للتوربينات عالية السرعة والمفاعلات النووية التطبيقات.
الكروم - إذا حددت قوة المعدن ببساطة على أساس مدى صلابته ، فإن الكروم ، الذي يسجل 9.0 على مقياس موس ، سيكون على رأس قائمتك. في حد ذاته ، فهو ليس قويًا مثل المعادن الأخرى من حيث الإنتاجية وقوة الشد ، ولكنه غالبًا ما يضاف إلى السبائك لجعلها أكثر صعوبة.
حديد - يعد الحديد أحد مكونات الفولاذ ، والمعدن الذي يستخدمه صانعو الأدوات والأسلحة على مر العصور ، وهو يكمل قائمة أقوى المعادن في العالم. درجات الحديد الزهر حوالي 5 على مقياس موس ، وقوتها الإنتاجية والشد حوالي 246 و 414 ميجا باسكال على التوالي.