Mokslininkams ir inžinieriams naudinga grupuoti metalus nuo stipriausių iki silpniausių, tačiau pagrindinė kliūtis tai padaryti prasmingai yra ta, kad stiprumą apibūdina kelios savybės. Turint tai omenyje, plienas ir jo lydiniai dažniausiai patenka į pirmaujančių vietų sąrašą. Volframas paprastai yra vienas iš sąrašų, kuriuose apsiribojama natūraliais metalais, nors titanas yra artimas varžovas. Nė vienas iš šių metalų nėra toks kietas kaip deimantas ar kietas kaip grafenas, tačiau šios anglies gardelių struktūros nėra metalai.
Keturi stiprumą lemiantys veiksniai
Vertindami metalo stiprumą, galite kalbėti apie bet kurią iš keturių savybių:
-
Tempimo jėga yra matas, kaip gerai metalas atsispiria atsiskyrimui. Tiek sausainių tešlos, tiek kvailo glaisto atsparumas tempimui yra mažas, o grafeno tempimo stiprumas yra vienas didžiausių.
-
Gniuždymo jėga arba kietumas matuoja, kaip gerai medžiaga atsispiria susispaudimui. Vienas iš būdų tai nustatyti yra naudoti Mohso skalę, kurios vertės yra nuo 0 iki 10, o 10 yra sunkiausia.
-
Derlingumas reiškia, kaip tam tikro metalo strypas ar sija atspari lenkimui ir nuolatinei deformacijai. Tai yra svarbi priemonė konstrukcijų inžinieriams.
-
Smūgio stipris yra medžiagos gebėjimas atsispirti smūgiams nesutrupinant. Nors deimantas įvertina 10 jonų „Moh“ skalę, jis gali sutrūkti, jei bus pataikytas plaktuku. Plienas nėra toks kietas kaip deimantas, tačiau jo nesugadinsite.
Lydiniai vs. Natūralūs metalai
Lydiniai yra metalų deriniai, o pagrindinė lydinių gamybos priežastis yra tvirtesnės medžiagos gamyba. Svarbiausias lydinys yra plienas, kuris yra geležies ir anglies derinys ir yra daug kietesnis nei bet kuris iš jo dviejų elementų. Metalurgai sukuria daugumos metalų, net plieno, lydinius, ir jie priklauso sunkiausių metalų sąrašams.
Stipriausių metalų sąrašas
Kadangi tiek daug veiksnių apibrėžia metalo stiprumą, sunku sudėlioti sąrašą nuo stipriausio iki silpniausio. Toliau pateiktame nerūšiuotame sąraše yra stipriausi pasaulyje natūralūs metalai ir lydiniai, tačiau tvarka keistųsi priklausomai nuo to, kuri savybė laikoma svarbiausia.
Anglinio plieno - Šis įprastas geležies ir anglies lydinys buvo gaminamas šimtmečius ir visų keturių savybių, apibūdinančių stiprumą, rezultatas yra aukštas. Jo posūkio jėga yra 260 mega paskalų (Mpa), o tempiamoji jėga - 580 Mpa. Pagal Mohso skalę jis įvertinamas maždaug 6,0 ir yra atsparus smūgiams.
Plieno, geležies ir nikelio lydinys - Yra keletas šio lydinio variantų, tačiau apskritai, legiravus anglinį plieną nikeliu, takumo jėga padidėja iki 1420 MPa, o tempiamoji - iki 1460 Mpa.
Nerūdijantis plienas - Iš plieno, chromo ir mangano lydinio gaunamas korozijai atsparus metalas, kurio takumo jėga yra iki 1 560 Mpa, o tempimo stipris - iki 1 600 Mpa. Kaip ir visos plieno rūšys, šis lydinys yra labai atsparus smūgiams ir pagal Mohso skalę įvertinamas vidutiniškai.
Volframas - Turėdamas didžiausią tempiamąjį atsparumą iš bet kurio natūraliai esančio metalo, volframas dažnai derinamas su plienu ir kitais metalais, kad būtų sukurta dar stipresnių lydinių. Tačiau volframas yra trapus ir smūgio metu sutrinka.
Volframo karbidas - volframo ir anglies lydinys, ši medžiaga paprastai naudojama įrankiams su pjovimo kraštais, pavyzdžiui, peiliams, diskinio pjūklo ašmenims ir grąžtui. Volframo ir jo lydinių būdingoji takumo jėga yra nuo 300 iki 1 000 Mpa, o tempiamoji - nuo 500 iki 1 050 Mpa.
Titanas - Šis natūraliai randamas metalas turi didžiausią tempiamojo stiprio ir tankio santykį nei bet kuris metalas, todėl jis yra svaras už svarą stipresnis už volframą. Vis dėlto jo balai žemesni pagal Mohso kietumo skalę. Titano lydiniai yra tvirti ir lengvi ir dažnai naudojami aviacijos ir kosmoso pramonėje.
Titano aliuminidas - Šio titano, aliuminio ir vanadžio lydinio išeigos stipris yra 800 Mpa, o tempiamasis stipris - 880 Mpa.
Inconel - Austenito, nikelio ir chromo superalydinys, inconelis išlaiko stipriąsias savybes sąlygomis ir aukštomis temperatūromis, todėl tinka greitųjų turbinų ir branduolinių reaktorių darbams programos.
Chromas - Jei metalo stiprumą apibrėšite paprasčiausiai pagal tai, koks jis yra sunkus, tada chromas, kurio rezultatas pagal Mohso skalę yra 9,0, būtų jūsų sąrašo viršuje. Pats savaime jis nėra toks stiprus, kaip kiti metalai, atsižvelgiant į derlingumą ir tempiamąjį stiprumą, tačiau jis dažnai dedamas į lydinius, kad būtų sunkiau.
Geležis - Viena iš plieno sudedamųjų dalių ir įrankių bei ginklų gamintojų metalo konstrukcija per amžius geležis užpildo stipriausių pasaulio metalų sąrašą. Ketaus balai pagal Mohso skalę yra apie 5, o jo derlingumas ir tempimo stipris yra atitinkamai apie 246 ir 414 Mpa.