Este util ca oamenii de știință și ingineri să grupeze metalele de la cele mai puternice la cele mai slabe, dar principalul obstacol în calea acestui lucru este că puterea este definită de mai multe proprietăți. Ținând cont de acest lucru, oțelul și aliajele sale sunt de obicei cele mai multe liste pentru rezistența generală. Tungstenul este, în general, numărul unu pe liste care se limitează la metalele naturale, deși titanul este un candidat apropiat. Niciunul dintre aceste metale nu este la fel de dur ca diamantul sau la fel de dur ca grafenul, dar aceste structuri de rețea de carbon nu sunt metale.
Patru determinanți de forță
Când evaluați rezistența unui metal, ați putea vorbi despre oricare dintre cele patru calități:
-
Rezistență la tracțiune este o măsură a cât de bine rezistă un metal să fie despărțit. Aluatul pentru biscuiți și chitul prostesc au ambele rezistență la tracțiune redusă, în timp ce grafenul are una dintre cele mai mari rezistențe la tracțiune înregistrate vreodată.
-
Rezistenta la compresiune sau duritatea măsoară cât de bine rezistă un material să fie strâns împreună. O modalitate de a determina acest lucru este utilizarea scalei Mohs, cu valori de la 0 la 10, 10 fiind cel mai greu.
-
Redați forța se referă la cât de bine rezistă o tijă sau o grindă a unui anumit metal la îndoire și deformare permanentă. Aceasta este o măsură importantă pentru inginerii structurali.
-
Puterea impactului este capacitatea unui material de a rezista la impact fără a se sparge. Deși diamantul are un scor de 10 ioni în scara lui Moh, se poate sparge dacă este lovit de un ciocan. Oțelul nu este la fel de dur ca diamantul, dar nu îl puteți sparge cu ușurință.
Aliaje vs. Metale naturale
Aliajele sunt combinații de metale, iar principalul motiv pentru fabricarea aliajelor este producerea unui material mai puternic. Cel mai important aliaj este oțelul, care este o combinație de fier și carbon și este mult mai dur decât oricare dintre cele două componente elementare ale acestuia. Metalurgienii creează aliaje din majoritatea metalelor, chiar din oțel și aparțin pe listele celor mai dure metale.
O listă cu cele mai puternice metale
Deoarece atât de mulți factori se combină pentru a defini puterea unui metal, este dificil să aranjați o listă ordonată de la cel mai puternic la cel mai slab. Următoarea listă neordonată include cele mai puternice metale și aliaje naturale din lume, dar ordinea s-ar schimba în funcție de proprietatea care este considerată cea mai importantă.
Otel carbon - Acest aliaj obișnuit de fier și carbon este în producție de secole și are un scor înalt pentru toate cele patru calități care definesc rezistența. Are o rezistență la randament de 260 mega pascali (Mpa) și o rezistență la tracțiune de 580 Mpa. Scorează aproximativ 6,0 pe scara Mohs și este foarte rezistent la impact.
Aliaj din oțel-fier-nichel - Există câteva variante ale acestui aliaj, dar, în general, alierea oțelului carbon cu nichel crește rezistența la randament până la 1.420 MPa și rezistența la tracțiune până la 1.460 Mpa.
Oțel inoxidabil - Un aliaj de oțel, crom și mangan produce un metal rezistent la coroziune cu o rezistență la randament de până la 1.560 Mpa și o rezistență la tracțiune de până la 1.600 Mpa. La fel ca toate tipurile de oțel, acest aliaj este foarte rezistent la impact și are un nivel mediu la scara Mohs.
Tungsten - Cu cea mai mare rezistență la tracțiune a oricărui metal natural, tungstenul este adesea combinat cu oțel și alte metale pentru a crea aliaje și mai puternice. Cu toate acestea, tungstenul este fragil și se sparge sub impact.
Carbură de tungsten - Un aliaj de tungsten și carbon, acest material este utilizat în mod obișnuit pentru unelte cu muchii de tăiere, cum ar fi cuțitele, lamele circulare și burghiele. Tungstenul și aliajele sale au rezistențe tipice ale randamentului de la 300 la 1.000 Mpa și rezistențe la tracțiune de la 500 la 1.050 Mpa.
Titan - Acest metal natural are cel mai mare raport de rezistență la tracțiune și densitate al oricărui metal, ceea ce îl face, lire-lire, mai puternic decât tungstenul. Cu toate acestea, are un scor mai scăzut pe scara de duritate Mohs. Aliajele de titan sunt puternice și ușoare și sunt adesea utilizate în industria aerospațială.
Aluminură de titan - Acest aliaj de titan, aluminiu și vanadiu are o rezistență la randament de 800 Mpa și o rezistență la tracțiune de 880 Mpa.
Inconel - Un superaliaj de austenită, nichel și crom, inconel își păstrează punctele forte în extremă condiții și temperaturi ridicate, făcându-l potrivit pentru turbine de mare viteză și reactoare nucleare aplicații.
Crom - Dacă definiți puterea unui metal pur și simplu pe baza cât de greu este, atunci cromul, care are un scor 9,0 pe scara Mohs, ar fi în fruntea listei. În sine, nu este la fel de puternic ca alte metale în ceea ce privește randamentul și rezistența la tracțiune, dar este adesea adăugat la aliaje pentru a le face mai dure.
Fier - Una dintre componentele oțelului și metoda preferată pentru producătorii de scule și arme de-a lungul veacurilor, fierul completează lista celor mai puternice metale din lume. Fonta scorează aproximativ 5 pe scara Mohs, iar randamentul și rezistența la tracțiune este de aproximativ 246 și respectiv 414 Mpa.