Ученым и инженерам полезно сгруппировать металлы от самых сильных к самым слабым, но главное препятствие для осмысления этого заключается в том, что прочность определяется несколькими свойствами. Имея это в виду, сталь и ее сплавы обычно возглавляют большинство списков общей прочности. Вольфрам обычно занимает первое место в списках, ограниченных природными металлами, хотя титан - близкий соперник. Ни один из этих металлов не является таким твердым, как алмаз, или таким жестким, как графен, но эти углеродные решетчатые структуры не являются металлами.
Четыре фактора, определяющие силу
Оценивая прочность металла, можно говорить о любом из четырех качеств:
-
Предел прочности это мера того, насколько хорошо металл сопротивляется разрыву. И тесто для печенья, и глупая замазка имеют низкую прочность на разрыв, в то время как графен имеет один из самых высоких показателей прочности на разрыв из когда-либо зарегистрированных.
-
Прочность на сжатие или твердость измеряет, насколько хорошо материал сопротивляется сжатию. Один из способов определить это - использовать шкалу Мооса со значениями от 0 до 10, где 10 - самое сложное.
-
Предел текучести относится к тому, насколько хорошо стержень или балка из определенного металла сопротивляется изгибу и остаточной деформации. Это важная мера для инженеров-строителей.
-
Сила удара это способность материала противостоять ударам без разрушения. Хотя алмаз имеет 10 баллов по шкале Мооса, он может расколоться, если ударить его молотком. Сталь не такая твердая, как алмаз, но ее нелегко разбить.
Сплавы Vs. Природные металлы
Сплавы - это комбинации металлов, и основная причина их изготовления - получение более прочного материала. Самый важный сплав - это сталь, которая представляет собой комбинацию железа и углерода и намного тверже, чем любой из двух ее элементарных компонентов. Металлурги создают сплавы из большинства металлов, даже из стали, и они входят в списки самых твердых металлов.
Список сильнейших металлов
Поскольку так много факторов объединяются, чтобы определить прочность металла, трудно составить упорядоченный список от самого сильного к самому слабому. Следующий неупорядоченный список включает самые прочные в мире природные металлы и сплавы, но порядок может меняться в зависимости от того, какое свойство считается наиболее важным.
Углеродистая сталь - Этот обычный сплав железа и углерода производился веками и имеет высокие оценки по всем четырем качествам, определяющим прочность. Он имеет предел текучести 260 мегапаскалей (МПа) и предел прочности на разрыв 580 МПа. Он имеет оценку около 6,0 по шкале Мооса и отличается высокой ударопрочностью.
Сталь-железо-никелевый сплав - Существует несколько разновидностей этого сплава, но в целом легирование углеродистой стали никелем увеличивает предел текучести до 1420 МПа и предел прочности на разрыв до 1460 МПа.
Нержавеющая сталь - Сплав стали, хрома и марганца дает коррозионно-стойкий металл с пределом текучести до 1560 МПа и пределом прочности на разрыв до 1600 МПа. Как и все виды стали, этот сплав обладает высокой ударопрочностью и имеет средний балл по шкале Мооса.
Вольфрам - Обладая самым высоким пределом прочности на разрыв из всех встречающихся в природе металлов, вольфрам часто сочетается со сталью и другими металлами для создания еще более прочных сплавов. Однако вольфрам хрупкий и раскалывается при ударе.
Карбид вольфрама - Сплав вольфрама и углерода, этот материал обычно используется для изготовления инструментов с режущими кромками, таких как ножи, полотна дисковых пил и сверла. Вольфрам и его сплавы имеют типичный предел текучести от 300 до 1000 МПа и предел прочности на разрыв от 500 до 1050 МПа.
Титана - Этот металл природного происхождения имеет самое высокое отношение прочности на разрыв к плотности среди всех металлов, что делает его фунт за фунтом прочнее, чем вольфрам. Однако по шкале твердости Мооса у него меньше баллов. Титановые сплавы прочные и легкие, они часто используются в аэрокосмической промышленности.
Алюминид титана - Этот сплав титана, алюминия и ванадия имеет предел текучести 800 МПа и предел прочности на разрыв 880 МПа.
Инконель - Суперсплав аустенита, никеля и хрома, инконель сохраняет свои сильные стороны. условия и высокие температуры, что делает его пригодным для высокоскоростных турбин и ядерных реакторов Приложения.
Хром - Если вы определяете прочность металла просто на основании того, насколько он твердый, то хром, который имеет оценку 9,0 по шкале Мооса, будет первым в вашем списке. Сам по себе он не такой прочный, как другие металлы с точки зрения текучести и прочности на разрыв, но его часто добавляют в сплавы, чтобы сделать их более твердыми.
Утюг - Один из компонентов стали и металл, который на протяжении веков использовали производители инструментов и оружия, железо завершает список самых прочных металлов в мире. Чугун получил около 5 баллов по шкале Мооса, а его предел текучести и прочности на разрыв составляет около 246 и 414 МПа соответственно.
