Det er nyttigt for forskere og ingeniører at gruppere metaller fra stærkeste til svageste, men den største hindring for at gøre dette meningsfuldt er, at styrken defineres af flere egenskaber. Med dette i tankerne er stål og dets legeringer normalt de fleste lister for generel styrke. Wolfram er generelt nummer et på lister, der er begrænset til naturlige metaller, selvom titanium er en tæt konkurrent. Ingen af disse metaller er så hårde som diamanter eller så sejre som grafen, men disse kulstofgitterstrukturer er ikke metaller.
Fire styrkebestemmere
Når du vurderer styrken af et metal, kan du tale om en af fire kvaliteter:
-
Trækstyrke er et mål for, hvor godt et metal modstår at blive trukket fra hinanden. Cookiedeg og fjollet kitt har begge lav trækstyrke, mens grafen har en af de højeste trækstyrker, der nogensinde er registreret.
-
Trykstyrke eller hårdhed måler, hvor godt et materiale modstår at blive klemt sammen. En måde at bestemme dette på er at bruge Mohs-skalaen med værdier fra 0 til 10, hvor 10 er den sværeste.
-
Udbytte styrke henviser til hvor godt en stang eller bjælke af et bestemt metal modstår bøjning og permanent deformation. Dette er en vigtig foranstaltning for bygningsingeniører.
-
Slagstyrke er et materiales evne til at modstå stød uden at knuses. Selvom diamant scorer 10 ioner på Moh-skalaen, kan den knuses, hvis den rammes af en hammer. Stål er ikke så hårdt som diamant, men du kan ikke knuse det let.
Legeringer vs. Naturlige metaller
Legeringer er kombinationer af metaller, og hovedårsagen til fremstilling af legeringer er at producere et stærkere materiale. Den vigtigste legering er stål, som er en kombination af jern og kulstof og er meget hårdere end nogen af dets to elementære komponenter. Metallurgister skaber legeringer af de fleste metaller, endda stål, og de hører hjemme på lister over de hårdeste metaller.
En liste over de stærkeste metaller
Fordi så mange faktorer kombinerer for at definere styrken af et metal, er det svært at arrangere en ordnet liste fra stærkest til svagest. Den følgende uordnede liste inkluderer verdens stærkeste naturlige metaller og legeringer, men rækkefølgen vil ændre sig afhængigt af hvilken ejendom, der anses for at være vigtigst.
Kulstofstål - Denne almindelige legering af jern og kulstof har været i produktion i århundreder og scorer højt for alle fire kvaliteter, der definerer styrke. Den har en flydespænding på 260 megapascal (Mpa) og en trækstyrke på 580 MPa. Det scorer omkring 6,0 på Mohs-skalaen og er meget slagfast.
Stål-jern-nikkel legering - Der er et par variationer af denne legering, men generelt øger legering af kulstofstål med nikkel flydespændingen til så meget som 1.420 MPa og trækstyrken til så meget som 1.460 MPa.
Rustfrit stål - En legering af stål, krom og mangan producerer et korrosionsbestandigt metal med flydespænding på op til 1.560 MPa og en trækstyrke på op til 1.600 MPa. Som alle typer stål er denne legering meget slagfast og scorer mellemklasse på Mohs-skalaen.
Wolfram - Med den højeste trækstyrke af ethvert naturligt forekommende metal kombineres wolfram ofte med stål og andre metaller for at skabe endnu stærkere legeringer. Wolfram er sprød og splintres under påvirkning.
Wolframcarbid - En legering af wolfram og kulstof, dette materiale bruges ofte til værktøj med skærekanter, såsom knive, cirkelsavklinger og borekroner. Wolfram og dets legeringer har typiske flydestyrker fra 300 til 1.000 MPa og trækstyrker fra 500 til 1.050 MPa.
Titanium - Dette naturligt forekommende metal har det højeste trækstyrke / densitetsforhold for ethvert metal, hvilket gør det, pund for pund, stærkere end wolfram. Det scorer dog lavere på Mohs-skalaen af hårdhed. Titaniumlegeringer er stærke og lette og bruges ofte i luftfartsindustrien.
Titaniumaluminid - Denne legering af titanium, aluminium og vanadium har en flydespænding på 800 MPa og en trækstyrke på 880 MPa.
Inconel - En superlegering af austenit, nikkel og krom, inconel bevarer sine styrker ekstremt forhold og høje temperaturer, hvilket gør den velegnet til højhastighedsturbiner og atomreaktor applikationer.
Krom - Hvis du definerer et metalstyrke simpelthen på baggrund af hvor hårdt det er, ville krom, der scorer 9,0 på Mohs-skalaen, toppe din liste. I sig selv er det ikke så stærkt som andre metaller med hensyn til udbytte og trækstyrke, men det føjes ofte til legeringer for at gøre dem sværere.
Jern - En af stålkomponenterne og metoden til værktøjs- og våbenproducenter gennem tiderne udfylder jern listen over verdens stærkeste metaller. Støbejern scorer ca. 5 på Mohs-skalaen, og dets udbytte og trækstyrke er henholdsvis ca. 246 og 414 MPa.