Det är användbart för forskare och ingenjörer att gruppera metaller från de starkaste till de svagaste, men det största hindret för att göra detta meningsfullt är att styrka definieras av flera egenskaper. Med tanke på detta är stål och dess legeringar vanligtvis de flesta listor för allmän styrka. Volfram är i allmänhet nummer ett på listor som är begränsade till naturliga metaller, även om titan är en nära utmanare. Ingen av dessa metaller är lika hårda som diamanter eller så tuffa som grafen, men dessa kolgitterstrukturer är inte metaller.
Fyra styrkor
När du utvärderar styrkan hos en metall kan du prata om någon av fyra kvaliteter:
-
Brottgräns är ett mått på hur väl en metall motstår att dras isär. Kakdeg och dumt kitt har båda låg draghållfasthet, medan grafen har en av de högsta draghållfastheterna som någonsin registrerats.
-
Tryckhållfasthet eller hårdhet mäter hur väl ett material motstår att pressas ihop. Ett sätt att bestämma detta är att använda Mohs-skalan, med värden från 0 till 10, där 10 är det svåraste.
-
Sträckgräns hänvisar till hur väl en stav eller balk av en viss metall motstår böjning och permanent deformation. Detta är en viktig åtgärd för konstruktionsingenjörer.
-
Slagstyrka är förmågan hos ett material att motstå stötar utan att krossas. Även om diamant får 10 joner av Mohs skala, kan den krossas om den träffas av en hammare. Stål är inte så hårt som diamant, men du kan inte krossa det lätt.
Alloys Vs. Naturliga metaller
Legeringar är kombinationer av metaller, och huvudorsaken till tillverkning av legeringar är att producera ett starkare material. Den viktigaste legeringen är stål, som är en kombination av järn och kol och är mycket hårdare än någon av dess två elementära komponenter. Metallurgister skapar legeringar av de flesta metaller, till och med stål, och de hör hemma i listor över de hårdaste metallerna.
En lista över de starkaste metallerna
Eftersom så många faktorer kombinerar för att definiera en metalls styrka är det svårt att ordna en ordnad lista från den starkaste till den svagaste. Följande oordnade lista innehåller världens starkaste naturliga metaller och legeringar, men ordningen skulle ändras beroende på vilken egendom som anses viktigast.
Kolstål - Denna vanliga legering av järn och kol har varit i produktion i århundraden och får höga poäng för alla fyra egenskaper som definierar styrka. Den har en sträckgräns på 260 megapascal (Mpa) och en draghållfasthet på 580 MPa. Den får cirka 6,0 på Mohs-skalan och är mycket stöttålig.
Stål-järn-nickellegering - Det finns några variationer av denna legering, men i allmänhet ökar legeringen av kolstål med nick sträckgränsen till så mycket som 1 420 MPa och draghållfastheten till så mycket som 1 460 MPa.
Rostfritt stål - En legering av stål, krom och mangan ger en korrosionsbeständig metall med sträckgräns på upp till 1560 MPa och en draghållfasthet på upp till 1600 MPa. Liksom alla typer av stål är denna legering mycket slagtålig och får medelintervall på Mohs-skalan.
Volfram - Med den högsta draghållfastheten för någon naturligt förekommande metall kombineras volfram ofta med stål och andra metaller för att skapa ännu starkare legeringar. Volfram är sprött och splittras under påverkan.
Volframkarbid - En legering av volfram och kol, detta material används ofta för verktyg med skärkanter, såsom knivar, cirkelsågblad och borr. Volfram och dess legeringar har typiska sträckgränser från 300 till 1000 MPa och draghållfasthet från 500 till 1050 MPa.
Titan - Denna naturligt förekommande metall har det högsta förhållandet mellan draghållfasthet och densitet hos vilken metall som helst, vilket gör den, pund för pund, starkare än volfram. Det gör dock lägre på Mohs-hårdhetsskalan. Titanlegeringar är starka och lätta och används ofta inom flygindustrin.
Titanaluminid - Denna legering av titan, aluminium och vanadin har en sträckgräns på 800 MPa och en draghållfasthet på 880 MPa.
Inconel - En superlegering av austenit, nickel och krom, inconel behåller sina styrkor extremt förhållanden och höga temperaturer, vilket gör den lämplig för höghastighetsturbiner och kärnreaktor applikationer.
Krom - Om du definierar en metalls styrka helt enkelt utifrån hur svår den är, skulle krom, som får 9,0 på Mohs-skalan, toppa din lista. I sig är det inte lika starkt som andra metaller när det gäller sträckgräns och draghållfasthet, men det läggs ofta till legeringar för att göra dem hårdare.
Järn - En av stålkomponenterna och metoden för verktygs- och vapentillverkare genom tiderna kompletterar järnlistan över världens starkaste metaller. Gjutjärn får cirka 5 på Mohs-skalan, och dess utbyte och draghållfasthet är cirka 246 respektive 414 MPa.