Det er nyttig for forskere og ingeniører å gruppere metaller fra sterkest til svakest, men den viktigste hindringen for å gjøre dette meningsfullt er at styrke er definert av flere egenskaper. Med dette i bakhodet er stål og legeringer vanligvis de fleste lister for generell styrke. Wolfram er vanligvis nummer én på lister som er begrenset til naturlige metaller, selv om titan er en nær konkurrent. Ingen av disse metallene er så harde som diamanter eller så seige som grafen, men disse karbongitterstrukturene er ikke metaller.
Fire styrkebestemmelser
Når du vurderer styrken til et metall, kan du snakke om en av fire kvaliteter:
-
Strekkstyrke er et mål på hvor godt et metall motstår å bli trukket fra hverandre. Cookiedeg og tullete kitt har begge lav strekkfasthet, mens grafen har en av de høyeste strekkfasthetene som noensinne er registrert.
-
Trykkfasthet eller hardhet måler hvor godt et materiale motstår å bli klemt sammen. En måte å bestemme dette på er å bruke Mohs-skalaen, med verdier fra 0 til 10, hvor 10 er den vanskeligste.
-
Strekkgrense refererer til hvor godt en stang eller bjelke av et bestemt metall motstår bøyning og permanent deformasjon. Dette er et viktig tiltak for konstruksjonsingeniører.
-
Slagstyrke er materialets evne til å motstå støt uten å knuse. Selv om diamant scorer 10 ioner på Moh-skalaen, kan den knuste hvis den blir truffet av en hammer. Stål er ikke så hardt som diamant, men du kan ikke knuse det lett.
Legeringer vs. Naturlige metaller
Legeringer er kombinasjoner av metaller, og hovedårsaken til å lage legeringer er å produsere et sterkere materiale. Den viktigste legeringen er stål, som er en kombinasjon av jern og karbon og er mye vanskeligere enn noen av de to elementære komponentene. Metallurgister lager legeringer av de fleste metaller, til og med stål, og de hører hjemme på lister over de hardeste metaller.
En liste over de sterkeste metallene
Fordi så mange faktorer sammen definerer styrken til et metall, er det vanskelig å ordne en ordnet liste fra sterkest til svakest. Følgende uordnede liste inkluderer verdens sterkeste naturlige metaller og legeringer, men rekkefølgen vil endres avhengig av hvilken eiendom som anses som viktigst.
Karbonstål - Denne vanlige legeringen av jern og karbon har vært i produksjon i århundrer og scorer høyt for alle fire kvalitetene som definerer styrke. Den har en flytegrense på 260 megapascal (Mpa) og en strekkstyrke på 580 Mpa. Den scorer omtrent 6,0 på Mohs-skalaen og er svært støtsikker.
Stål-jern-nikkel legering - Det er noen få variasjoner av denne legeringen, men generelt øker legeringen av karbonstål med nikkel flytefastheten til så mye som 1420 MPa og strekkfastheten til så mye som 1460 MPa.
Rustfritt stål - En legering av stål, krom og mangan produserer et korrosjonsbestandig metall med flytekraft på opptil 1.560 MPa og en strekkfasthet på opptil 1600 MPa. Som alle typer stål er denne legeringen svært slagfast og skårer mellomklasse på Mohs-skalaen.
Wolfram - Med den høyeste strekkfastheten til noe naturlig forekommende metall, blir wolfram ofte kombinert med stål og andre metaller for å skape enda sterkere legeringer. Wolfram er sprø, og knuser under påvirkning.
Wolframkarbid - En legering av wolfram og karbon, dette materialet brukes ofte til verktøy med skjærekanter, som kniver, sirkelsagblad og borekroner. Wolfram og dets legeringer har typiske flytegrenser fra 300 til 1000 MPa og strekkstyrker fra 500 til 1050 MPa.
Titan - Dette naturlig forekommende metallet har det høyeste forholdet mellom strekkfasthet og tetthet av ethvert metall, noe som gjør det, pund for pund, sterkere enn wolfram. Det scorer lavere på Mohs-hardhetsskalaen, skjønt. Titanlegeringer er sterke og lette og brukes ofte i luftfartsindustrien.
Titanaluminid - Denne legeringen av titan, aluminium og vanadium har en flytegrense på 800 MPa og en strekkfasthet på 880 MPa.
Inconel - En superlegering av austenitt, nikkel og krom, inconel beholder sine styrker ekstremt forhold og høye temperaturer, noe som gjør den egnet for høyhastighets turbiner og atomreaktor applikasjoner.
Krom - Hvis du definerer et metalls styrke bare på grunnlag av hvor vanskelig det er, vil krom, som scorer 9,0 på Mohs-skalaen, toppe listen din. I seg selv er det ikke så sterkt som andre metaller når det gjelder utbytte og strekkfasthet, men det blir ofte lagt til legeringer for å gjøre dem vanskeligere.
Jern - En av komponentene i stål, og det viktigste metallet for verktøy- og våpenprodusenter gjennom tidene, kompletterer listen over verdens sterkeste metaller. Støpejern scorer omtrent 5 på Mohs-skalaen, og utbyttet og strekkfasthetene er henholdsvis 246 og 414 MPa.