A tudósok és mérnökök számára hasznos a fémek csoportosítása a legerősebbtől a leggyengébbig, de ennek az értelmes megvalósításának legfőbb akadálya, hogy az erőt több tulajdonság határozza meg. Ezt szem előtt tartva az acél és ötvözetei az általános szilárdság szempontjából általában a legtöbb helyen szerepelnek. A volfrám általában az első számú lista a természetes fémekre korlátozott listákon, bár a titán szoros versenyző. Ezen fémek egyike sem olyan kemény, mint a gyémánt vagy olyan kemény, mint a grafén, de ezek a szénrácsos szerkezetek nem fémek.
Négy erősségmeghatározó
A fém szilárdságának értékelésekor a négy tulajdonság bármelyikéről beszélhet:
-
Szakítószilárdság annak mértéke, hogy egy fém mennyire ellenáll a széthúzásnak. A sütitészta és az ostoba gitt szakítószilárdsága alacsony, míg a grafén szakítószilárdsága az egyik legnagyobb.
-
Nyomószilárdság vagy a keménység azt méri, hogy egy anyag mennyire ellenáll az összeszorításnak. Ennek egyik módja a Mohs-skála használata, 0 és 10 közötti értékekkel, a 10-es a legnehezebb.
-
Folyáshatár arra utal, hogy egy adott fém rúdja vagy gerendája mennyire ellenáll a hajlításnak és a tartós alakváltozásnak. Ez egy fontos intézkedés a szerkezeti mérnökök számára.
-
Ütésállóság az anyag azon képessége, hogy törés nélkül ellenálljon az ütésnek. Habár a gyémánt a Moh skáláján 10 iont ért el, összetörhet, ha kalapáccsal ütik meg. Az acél nem olyan kemény, mint a gyémánt, de nem lehet könnyen összetörni.
Alloys Vs. Természetes fémek
Az ötvözetek fémek kombinációi, és az ötvözetek előállításának fő oka az erősebb anyag előállítása. A legfontosabb ötvözet az acél, amely vas és szén kombinációja, és sokkal keményebb, mint két elemi alkotóeleme. A kohászok a legtöbb fém ötvözetét hozzák létre, még az acélt is, és ezek a legkeményebb fémek listájába tartoznak.
A legerősebb fémek listája
Mivel nagyon sok tényező együttesen határozza meg a fém szilárdságát, nehéz rendezni a legerősebbtől a leggyengébbig rendezett listát. Az alábbi rendezetlen lista tartalmazza a világ legerősebb természetes fémjeit és ötvözeteit, de a sorrend attól függően változik, hogy melyik tulajdonságot tartják a legfontosabbnak.
Szénacél - A vas és a szén ezen ötvözetét évszázadok óta gyártják, és mind a négy, az erőt meghatározó minőség szempontjából magas pontszámot mutat. Hozamszilárdsága 260 mega paszál (Mpa), szakítószilárdsága pedig 580 Mpa. A Mohs-skálán 6,0 pontot ér el, és ütésálló.
Acél-vas-nikkel ötvözet - Ennek az ötvözetnek van néhány változata, de általában a nikkelrel ötvözött szénacél ötvözi a folyási szilárdságot 1420 MPa-ig, a szakítószilárdságot pedig 1460 MPa-ig.
Rozsdamentes acél - Az acél, króm és mangán ötvözetéből korrózióálló fém keletkezik, amelynek folyási szilárdsága legfeljebb 1560 Mpa, szakítószilárdsága pedig legfeljebb 1600 Mpa. Mint minden acéltípus, ez az ötvözet is ütésálló és közepesen magas a Mohs-skálán.
Volfrám - A természetben előforduló fémek legnagyobb szakítószilárdságával a volfrámot gyakran acélhoz és más fémekhez kombinálják, így még erősebb ötvözetek jönnek létre. A volfrám azonban törékeny és törés közben széttörik.
Keményfém - A volfrám és a szén ötvözetéből ezt az anyagot általában vágóélű szerszámokhoz használják, például késekhez, körfűrészlapokhoz és fúrófejekhez. A volfrám és ötvözetei tipikus folyási szilárdsága 300-1000 Mpa, szakítószilárdsága 500-1050 Mpa.
Titán - Ennek a természetesen előforduló fémnek a legnagyobb a szakítószilárdsága és a sűrűsége aránya, mint bármelyik fémnek, ami font-fontért erősebbé teszi a volfrámnál. Ennek ellenére alacsonyabb pontszámot mutat a Mohs-féle keménységi skálán. A titánötvözetek erősek és könnyűek, és gyakran használják őket a repülőgépiparban.
Titán-aluminid - A titán, alumínium és vanádium ötvözet hozama 800 MPa, szakítószilárdsága 880 MPa.
Inconel - Az ausztenit, nikkel és króm szuperötvözete, az inconel extrém módon megőrzi erősségeit körülmények és magas hőmérsékletek miatt alkalmassá teszi nagy sebességű turbinák és atomreaktorok számára alkalmazások.
Króm - Ha egyszerűen meghatározza a fém szilárdságát annak alapján, hogy mennyire kemény, akkor a króm, amely a Mohs-skálán 9,0-et ér el, az élen járna. Önmagában nem olyan erős, mint más fémek a hozam és a szakítószilárdság szempontjából, de gyakran hozzáadják az ötvözetekhez, hogy megkeményítsék őket.
Vas - Az acél egyik alkotóeleme, valamint a szerszám- és fegyverkészítők fémje az egész korszakban, a vas kiegészíti a világ legerősebb fémjeinek listáját. Az öntöttvas pontszáma a Mohs-skálán körülbelül 5, hozama és szakítószilárdsága pedig kb. 246, illetve 414 Mpa.