Вченим та інженерам корисно групувати метали від найміцніших до найслабших, але головна перешкода для цього осмислено полягає в тому, що міцність визначається кількома властивостями. Маючи це на увазі, сталь та її сплави, як правило, займають перші місця серед загальної міцності. Вольфрам, як правило, займає перше місце у списках, обмежених лише природними металами, хоча титан є близьким суперником. Жоден з цих металів не настільки твердий, як алмаз, або такий міцний, як графен, але ці вуглецеві решітчасті структури не є металами.
Чотири детермінанти міцності
Оцінюючи міцність металу, ви можете говорити про будь-яку одну з чотирьох якостей:
-
Міцність на розрив - це показник того, наскільки добре метал протистоїть розриву. Тісто для печива та безглузда шпаклівка мають низьку міцність на розрив, тоді як графен має одну з найвищих міцностей на розрив, коли-небудь зафіксовану.
-
Міцність на стиск або твердість вимірює, наскільки матеріал протистоїть стискуванню. Одним із способів визначити це є використання шкали Мооса зі значеннями від 0 до 10, причому 10 є найважчим.
-
Межа текучості відноситься до того, наскільки добре стрижень або балка конкретного металу протистоїть вигину та постійним деформаціям. Це важливий захід для інженерів-будівельників.
-
Ударна міцність це здатність матеріалу протистояти удару, не руйнуючись. Незважаючи на те, що алмаз має 10-іонну шкалу Мо, він може зруйнуватися при ударі молотком. Сталь не така тверда, як алмаз, але її не можна зруйнувати легко.
Сплави проти Природні метали
Сплави - це комбінації металів, і основною причиною виготовлення сплавів є отримання міцнішого матеріалу. Найважливішим сплавом є сталь, яка є поєднанням заліза та вуглецю і набагато твердіша за будь-який з двох її елементарних компонентів. Металурги створюють сплави більшості металів, навіть сталі, і вони входять до списків найтвердіших металів.
Список найміцніших металів
Оскільки для визначення міцності металу поєднується стільки факторів, важко скласти упорядкований список від найсильнішого до найслабшого. Наступний невпорядкований список включає найміцніші у світі природні метали та сплави, але порядок змінюється залежно від того, яка властивість вважається найважливішою.
Вуглецева сталь - Цей загальний сплав заліза та вуглецю виробляється століттями і має високі бали за всі чотири якості, що визначають міцність. Він має межу текучості 260 мегапаскалей (Мпа) і межу міцності на розрив 580 Мпа. Показник становить близько 6,0 за шкалою Мооса і є дуже стійким до ударів.
Сплав сталь-залізо-нікель - Існує кілька варіацій цього сплаву, але загалом легування вуглецевої сталі нікелем підвищує межа текучості до 1420 МПа, а міцність на розрив - до 1460 Мпа.
Нержавіюча сталь - Сплав сталі, хрому та марганцю утворює корозійно-стійкий метал з межею текучості до 1560 Мпа та міцністю на розрив до 1600 Мпа. Як і всі типи сталі, цей сплав є високостійким до ударів і має середні показники за шкалою Мооса.
Вольфрам - З найвищою міцністю на розрив серед усіх металів, що зустрічаються в природі, вольфрам часто поєднують зі сталлю та іншими металами, щоб створити ще міцніші сплави. Вольфрам, однак, крихкий і руйнується під ударом.
Карбід вольфраму - Сплав вольфраму та вуглецю, цей матеріал зазвичай використовується для інструментів з ріжучими кромками, таких як ножі, дискові диски та свердла. Вольфрам та його сплави мають типову границю текучості від 300 до 1000 Мпа і міцність на розрив від 500 до 1050 Мпа.
Титан - Цей природний метал має найвище відношення міцності на розрив до щільності серед будь-якого металу, що робить його, фунт за фунт, міцнішим, ніж вольфрам. Однак він нижчий за шкалою Мооса за твердістю. Титанові сплави міцні та легкі і часто використовуються в аерокосмічній промисловості.
Алюміній титану - Цей сплав титану, алюмінію та ванадію має межу текучості 800 Мпа та межу міцності на розрив 880 Мпа.
Інконель - Суперсплав аустеніту, нікелю та хрому, інконель зберігає свої сили в екстремальних цілях умови та високі температури, що робить його придатним для швидкісних турбін та ядерного реактора додатків.
Хром - Якщо ви визначите міцність металу просто на основі того, наскільки він твердий, тоді хром, який має бали 9,0 за шкалою Мооса, буде на першому місці у вашому списку. Сам по собі він не такий міцний, як інші метали, з точки зору виходу та міцності на розрив, але його часто додають до сплавів, щоб зробити їх твердішими.
Залізо - Одне із складових сталі та металу для виробників інструментів та зброї впродовж століть доповнює список найміцніших металів у світі. Чавун має оцінку близько 5 за шкалою Мооса, а його межа текучості та міцність на розтяг - приблизно 246 та 414 МПа відповідно.