Είναι χρήσιμο για τους επιστήμονες και τους μηχανικούς να ομαδοποιούν τα μέταλλα από το ισχυρότερο στο πιο αδύναμο, αλλά το κύριο εμπόδιο για να γίνει αυτό ουσιαστικά είναι ότι η δύναμη καθορίζεται από πολλές ιδιότητες. Έχοντας αυτό υπόψη, ο χάλυβας και τα κράματά του συνήθως είναι οι κορυφαίοι κατάλογοι γενικής αντοχής. Το βολφράμιο είναι γενικά νούμερο ένα σε λίστες που περιορίζονται σε φυσικά μέταλλα, αν και το τιτάνιο είναι στενός ανταγωνιστής. Κανένα από αυτά τα μέταλλα δεν είναι τόσο σκληρό όσο το διαμάντι ή τόσο σκληρό όσο το γραφένιο, αλλά αυτές οι δομές πλέγματος από άνθρακα δεν είναι μέταλλα.
Καθοριστικοί παράγοντες τεσσάρων αντοχών
Κατά την αξιολόγηση της αντοχής ενός μετάλλου, θα μπορούσατε να μιλάτε για οποιαδήποτε από τις τέσσερις ιδιότητες:
-
Αντοχή εφελκυσμού είναι ένα μέτρο του πόσο καλά ένα μέταλλο αντιστέκεται στο διαχωρισμό. Η ζύμη μπισκότων και ο ανόητος στόκος έχουν χαμηλή αντοχή εφελκυσμού, ενώ το γραφένιο έχει μία από τις υψηλότερες αντοχές εφελκυσμού που έχουν καταγραφεί ποτέ.
-
Συμπιεσμένη δύναμη ή η σκληρότητα μετρά πόσο καλά ένα υλικό αντιστέκεται στο να συμπιεστεί μαζί. Ένας τρόπος για να προσδιοριστεί αυτό είναι να χρησιμοποιήσετε την κλίμακα Mohs, με τιμές από 0 έως 10, με τις 10 να είναι η πιο δύσκολη.
-
Αντοχή διαρροής αναφέρεται στο πόσο καλά μια ράβδος ή μια ακτίνα ενός συγκεκριμένου μετάλλου αντιστέκεται στην κάμψη και τη μόνιμη παραμόρφωση. Αυτό είναι ένα σημαντικό μέτρο για τους δομικούς μηχανικούς.
-
Αντοχή σε κρούση είναι η ικανότητα ενός υλικού να αντιστέκεται στις κρούσεις χωρίς να θρυμματίζεται. Αν και το διαμάντι σημειώνει 10 ιόντα στην κλίμακα Moh, μπορεί να σπάσει εάν χτυπηθεί από ένα σφυρί. Ο χάλυβας δεν είναι τόσο σκληρός όσο το διαμάντι, αλλά δεν μπορείτε να το διαλύσετε εύκολα.
Κράματα εναντίον Φυσικά μέταλλα
Τα κράματα είναι συνδυασμοί μετάλλων και ο κύριος λόγος για την παραγωγή κραμάτων είναι η παραγωγή ισχυρότερου υλικού. Το πιο σημαντικό κράμα είναι ο χάλυβας, ο οποίος είναι ένας συνδυασμός σιδήρου και άνθρακα και είναι πολύ πιο σκληρός από οποιοδήποτε από τα δύο στοιχειώδη συστατικά του. Οι μεταλλουργοί δημιουργούν κράματα από τα περισσότερα μέταλλα, ακόμη και από χάλυβα, και ανήκουν σε λίστες με τα πιο σκληρά μέταλλα.
Μια λίστα με τα ισχυρότερα μέταλλα
Επειδή τόσοι πολλοί παράγοντες συνδυάζονται για να καθορίσουν τη δύναμη ενός μετάλλου, είναι δύσκολο να τακτοποιήσετε μια ταξινομημένη λίστα από το ισχυρότερο στο πιο αδύναμο. Η παρακάτω λίστα χωρίς ταξινόμηση περιλαμβάνει τα ισχυρότερα φυσικά μέταλλα και κράματα στον κόσμο, αλλά η σειρά θα αλλάξει ανάλογα με το ποια ιδιότητα θεωρείται πιο σημαντική.
Χάλυβας άνθρακα - Αυτό το κοινό κράμα σιδήρου και άνθρακα βρίσκεται στην παραγωγή για αιώνες και έχει υψηλή βαθμολογία και για τις τέσσερις ιδιότητες που καθορίζουν τη δύναμη. Έχει αντοχή απόδοσης 260 mega pascals (Mpa) και αντοχή εφελκυσμού 580 Mpa. Έχει βαθμολογία περίπου 6,0 στην κλίμακα Mohs και είναι εξαιρετικά ανθεκτικό στις κρούσεις.
Κράμα χάλυβα-σιδήρου-νικελίου - Υπάρχουν μερικές παραλλαγές αυτού του κράματος, αλλά γενικά, το κράμα χάλυβα άνθρακα με νικέλιο αυξάνει την ισχύ απόδοσης έως και 1.420 MPa και την αντοχή εφελκυσμού έως και 1.460 Mpa.
Ανοξείδωτο ατσάλι - Ένα κράμα χάλυβα, χρωμίου και μαγγανίου παράγει ανθεκτικό στη διάβρωση μέταλλο με αντοχή απόδοσης έως 1.560 Mpa και αντοχή σε εφελκυσμό έως 1.600 Mpa. Όπως όλοι οι τύποι χάλυβα, αυτό το κράμα είναι ιδιαίτερα ανθεκτικό στις κρούσεις και βαθμολογεί μεσαίου εύρους στην κλίμακα Mohs.
Βολφράμιο - Με την υψηλότερη αντοχή εφελκυσμού από οποιοδήποτε φυσικό μέταλλο, το βολφράμιο συχνά συνδυάζεται με χάλυβα και άλλα μέταλλα για τη δημιουργία ακόμη ισχυρότερων κραμάτων. Το βολφράμιο είναι εύθραυστο, ωστόσο, και καταρρέει.
Καρβίδιο του βολφραμίου - Ένα κράμα βολφραμίου και άνθρακα, αυτό το υλικό χρησιμοποιείται συνήθως για εργαλεία με αιχμές, όπως μαχαίρια, κυκλικές λεπίδες πριονιού και τρυπάνια. Το βολφράμιο και τα κράματά του έχουν τυπικές αντοχές απόδοσης από 300 έως 1.000 Mpa και αντοχή σε εφελκυσμό από 500 έως 1.050 Mpa.
Τιτάνιο - Αυτό το φυσικό μέταλλο έχει την υψηλότερη αντοχή εφελκυσμού προς πυκνότητα οποιουδήποτε μετάλλου, γεγονός που το καθιστά, λίβρα-λίβρα, ισχυρότερο από το βολφράμιο. Ωστόσο, βαθμολογεί χαμηλότερα στην κλίμακα σκληρότητας Mohs. Τα κράματα τιτανίου είναι ισχυρά και ελαφριά και χρησιμοποιούνται συχνά στην αεροδιαστημική βιομηχανία.
Αλουμίνιο τιτανίου - Αυτό το κράμα τιτανίου, αλουμινίου και βαναδίου, έχει αντοχή απόδοσης 800 Mpa και αντοχή εφελκυσμού 880 Mpa.
Ινκόνελ - Ένα υπερ-κράμα ωστενίτη, νικέλιο και χρώμιο, το inconel διατηρεί τις δυνάμεις του σε ακραία κατάσταση συνθήκες και υψηλές θερμοκρασίες, καθιστώντας το κατάλληλο για στροβίλους υψηλής ταχύτητας και πυρηνικό αντιδραστήρα εφαρμογές.
Χρώμιο - Εάν ορίσετε τη δύναμη ενός μετάλλου με βάση το πόσο δύσκολο είναι, τότε το χρώμιο, που έχει βαθμολογία 9,0 στην κλίμακα Mohs, θα κατατάσσεται στην κορυφή της λίστας σας. Από μόνη της, δεν είναι τόσο ισχυρό όσο άλλα μέταλλα όσον αφορά την απόδοση και την αντοχή σε εφελκυσμό, αλλά συχνά προστίθεται στα κράματα για να τα καταστήσει πιο δύσκολα.
Σίδερο - Ένα από τα συστατικά του χάλυβα και το μετάλλευμα για κατασκευαστές εργαλείων και όπλων σε όλες τις εποχές, ο σίδηρος συμπληρώνει τη λίστα των ισχυρότερων μετάλλων στον κόσμο. Ο χυτοσίδηρος βαθμολογεί περίπου 5 στην κλίμακα Mohs και η απόδοση και η αντοχή σε εφελκυσμό είναι περίπου 246 και 414 Mpa αντίστοιχα.