Все своими руками

Самая твердая сталь в мире

redactor

Самая твердая сталь в мире

Самый твердый металл в мире. Топ-10 металлов

Огромное количество металлов, которые существуют в мире, имеют каждый свои особенности и характеристики. Есть пластичные и ковкие металлы, есть с большими и маленькими коэффициентами сопротивления.

Но есть металлы, которые отличаются уникальными параметрами по твердости. Лидером среди твердых металлов в мире считается титан. Но и у него есть несколько соперников.

Физико-химические параметры титана

Полностью без примесей данный элемент первый раз выведен в Швеции в 1825 году. Это сделал химик с известной фамилией Берцелиус. Титан — это металл небольшого веса серебристо-белого оттенка. У него малая молекулярная масса. Она равна всего 22. Данный элемент отличается следующими характеристиками:

  1. Плотность — пока материал находится в твердом состоянии до достижения точки кипения 4,51 г/куб. см. В виде жидкости плотность имеет другое значение — 4.12 г/куб.см
  2. Параметры плавления — 1668°С.
  3. Параметры кипения — 3227°С.
  4. Упругость у титана небольшая, что считается его существенным недостатком.
  5. Твердость по шкале НВ имеет показатель 103. Он может меняться в зависимости от наличия примесей в веществе и достигать более высоких показателей.
  6. В стандартных условиях рассматриваемый металл практически не ржавеет, что является его неоспоримым преимуществом.
  7. По биологическим показателям это совсем инертный материал, поэтому активно используется в медицине. Инертность может уменьшаться при повышении температуры. Например, при +200°С металл успешно поглощает водород и изменяет все свои характеристики.
  8. Мало и тяжело проводит ток.

Если брать за образец шкалу МООСА, то по твердости титан имеет оценку 4.5. Это указывает на то, что это не самый твердый металл. Но из имеющихся твердых он используется чаще всего.

Применение титана

Данное вещество получило очень широкое применение практически во всех областях промышленности. На данный момент титан с успехом используется:

  1. Авиационная промышленность — многие детали самолета подвергаются воздействию высоких температур и сильных деформирующих сил. Именно поэтому части шасси, заклепки, различные силовые элементы корпуса делают из титана.
  2. Космическая техника. Также производят многие детали космических кораблей, особенно их обшивки.
  3. Кораблестроение.
  4. Нефтегазовая промышленность. Здесь титан используется для изготовления бурящих труб, насосов с высоким давлением.
  5. Строительство. Здесь твердый металл нужен для разных видов обшивки зданий, кровля, памятники.
  6. Медицина — многие видов протезов, а также инструменты.
  7. Спорт — инвентарь, детали для велосипедов, турники, спортивные принадлежности.
  8. Производство химических веществ. Материал просто не заменим в тех случаях, когда нужно прочное вещество, которое не будет реагировать с кислотами. Поэтому в химической промышленности из титана делают самые разные обменники, конструкции и трубы.

При всей своей твердости материал по весу отличается легкостью. Поэтому столь широко применение данного вещества во всех областях промышленности. Он в течение долгого времени не изнашивается, не деформируется.

Особенности чистого вещества и его примесей

Еще одна характерная особенность материала — парамагнитность. Такое вещество не притягивается магнитным полем, но и не способно выталкиваться из него. Для производственных процессов титан стараются применять в максимально чистом виде без добавки примесей, поскольку именно так он выдерживает максимальные нагрузки.

Любые примеси неметаллов к титану, делают стандартный материал более ломким. Металлические примеси значительно снижают его жаропрочность. Титан даже с минимумом примесей является техническим. Обычно именно такая разновидность наиболее устойчива к воздействию коррозии.

Важно. Удивительным свойством материала является то, что минимальные добавки других веществ кардинальным образом меняют известные характеристики титана.

Если сравнивать с другими часто используемыми элементами, то титан в 2 раза прочнее железа и в 6 раз прочнее алюминия. Рассматриваемый металл очень легко противостоит коррозии. Его антикоррозийные показатели значительно лучше, чем у алюминия и нержавеющей стали.

Как получают титан?

По распространению в природу рассматриваемый материал стоит на 10 месте. При этом чаще всего он встречается в виде титановой кислоты в минералах. К таким титановым рудам относятся:

Эти минералы наиболее распространены в России, США, Великобритании, Японии, а также Испании, Бельгии, Франции.

Всего известно 4 способа получения этого материала:

  1. Метод электролиза. Соединения рассматриваемого вещества подвергаются воздействию тока огромной силы, который разделяет минерал на составляющие.
  2. Магниетермический способ. На первом этапе получают диоксид титана. Потом его следует отхлорировать в присутствии особого катализатора, поскольку сам по себе процесс слишком заторможенный и вялый. Получается газ, который восстанавливают магнием или натрием. Соединение нагревают, а затем из полученного вещества выплавляют титан.
  3. Рафинирование. Метод, когда диоксид титана подвергают обработке при применении паров йода. Получается йодид титана, который максимально прогревают и подвергают воздействию электрического тока. После окончания воздействия получаются два вещества: йод и собственно титан.
  4. Гидридно-кальциевый метод. Сначала следует получить гидрид титана. После этого разделяют вещество на все вступающие туда компоненты.

В массовой промышленности чаще всего используются 2 и 4 методы, поскольку они помогают получить чистый материал с небольшими затратами.

Прочие по твердости металлы

Титан не является самым твердым металлом. У него достаточно соперников, если оценивать вещества чисто по прочности. Среди самых твердых металлов в мире известны:

Иридий. Этому металлу принадлежит первое место в списке твердости. Именно поэтому его очень редко используют, поскольку он с большим трудом подвергается обработке. В промышленности этот металл используется для изготовления некоторых деталей ракет, маленьких шариков для ручек, а также в машиностроении.

Температура плавления данного вещества — 2466° Цвет — светло-серебристый. Распространен в очень маленьких количествах, обычно метеоритного происхождения.

Рутений. Редкий металл, всего на планете его около 5 тысяч тонн. За один год добывается всего 18 тонн металла. Из-за малого количества металл применяется только в качестве катализатора химических реакций, а также добавляют в титан, чтобы повысить устойчивость к ржавчине.

Хром. Этот материал открыли еще в 1763 году. С тех пор этот голубовато-белый металл используется металлургии, некоторых отраслях науки, а также в машиностроении. Также, как и предыдущие относится к редким видам металлов.

Бериллий. Этот металл применяется в атомной энергетике, а также в изготовлении аппаратов для рентгена, громкоговорителей с высокими частотами, огнеупорных материалов. Сложен в обработке, поскольку вместе со своей твердостью может похвастаться и значительной хрупкостью.

Осмий. По своим свойствам и характеристикам близок к иридию. Это тугоплавкий металл, очень твердый и плохо поддающийся обработке. Получил разнообразное применение в медицине. Например, из этого металла производят детали большинства кардиостимуляторов.

Вольфрам. Серебристо-серый металл, занимает первое место по тугоплавкости. Поэтому и используется в элементах накаливания. Также применяется для изготовления тары, в которой хранят радиоактивные материалы, из вольфрама изготавливают многие хирургические инструменты, а также используют в военной промышленности.

Уран. В отличие от многих других твердых металлов, уран в природе встречается часто. Имеет радиоактивные свойства.

Заключение

Для многих отраслей промышленности важно использовать твердый металл. Это необходимо в случаях, когда конечный продукт подвергается сильному силовому воздействию. Например, космические корабли, морские судна, самолеты — для их изготовления нужен тугоплавкий, твердый материал, который не реагирует на ржавчину.

В природе несколько твердых металлов, многие из них встречаются редко. Но наиболее частое применение получил титан. Без всяких примесей и посторонних веществ этот металл получают в промышленности несколькими методами. В окружающем мире он встречается в виде минералов. Используют в промышленности и сплавы титана, поскольку посторонние вещества способны менять его характеристики.

Самые прочные стали. Ножевой ликбез: самая твердая сталь в мире

Марки высокопрочной стали

Характеристики высокопрочной стали

Самые прочные металлы на Земле

Что же такое прочность? Это способность материала выдерживать внешние нагрузки, при этом не разрушаясь. При оценке прочности металла учитывается много параметров и качеств: насколько хорошо металл сопротивляется разрыву, как он противостоит сжатию, каков порог перехода от упругого к пластическому состоянию, когда деформация материала становится необратимой, какова способность материала сопротивляться распространению трещин и т.п.

Прочные сплавы и природные металлы

Сплавы представляют собой комбинации разных металлов. Потребность получить самые разные качественные характеристики металлов, среди которых и прочность, привела к появлению различных сплавов. Одним из важных в этом смысле сплавов является сталь, которая представляет собой комбинацию железа и углерода. Итак, какие же металлы принято считать самыми прочными на Земле?

Поскольку для определения прочности металла необходимо учесть очень много факторов, трудно однозначным образом упорядочить металлы от самого «крепкого» до самого «слабого». В зависимости от того, какое свойство считается наиболее важным в каждом конкретном случае, и будет складываться расстановка сил прочности среди металлов.

Сталь и ее сплавы

Сталь — это прочный сплав железа и углерода, с добавками других элементов, таких как кремний, марганец, ванадий, ниобий и пр. Благодаря различным системам легирования стали можно получать совершенно разный комплекс свойств новых сплавов.

Так, высокоуглеродистая сталь — это сплав железа с высоким содержанием углерода — получается прочной, относительно дешевой, долговечной, она хорошо поддается обработке. Из недостатков стоит отметить низкую прокаливаемость и низкую теплостойкость, что делает углеродистую сталь уязвимой в агрессивной среде.

Сферы применения: из углеродистой стали изготавливают различные инструменты, детали машин и сложных механизмов, элементы металлоконструкций. Важным условием применения таких изделий является неагрессивная среда.

Сплав стали, железа и никеля – один из наиболее прочных сплавов. Существует несколько его разновидностей, но в целом легирование углеродистой стали никелем увеличивает предел текучести до 1420 МПа и при этом показатель предела прочности на разрыв доходит до 1460 МПа.

Сферы применения: сплавы на никелевой основе используют в конструкциях некоторых типов мощных атомных реакторов в качестве защитных высокотемпературных оболочек для предохранения от коррозии урановых стержней.

Нержавеющая сталь – коррозионностойкий сплав стали, хрома и марганца 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.

Сферы применения: благодаря своим антикоррозийным свойствам нержавеющую сталь широко применяют в самых разных областях – нефтехимической промышленности, машиностроении, строительстве, электроэнергетике, кораблестроении, пищевой промышленности и для изготовления бытовых приборов.

Особо твердые сплавы

Сплавы на основе карбидов вольфрама, титана, тантала обладают твердостью, которой позавидует любой молот Тора.

Титан – это наиболее растиражированный в средствах массовой информации и кинематографе природный металл, который принято ассоциировать с суперпрочностью. Его удельная прочность почти вдвое выше, чем аналогичная характеристика легированных сталей. Он обладает самым высоким отношением прочности на разрыв к плотности из всех металлов. По этому показателю он обошел вольфрам, вот только по шкале твердости Мооса титан ему уступает. Тем не менее, титановые сплавы прочны и легки.

Сферы применения: титан и его сплавы часто используются в аэрокосмической промышленности. Из него делают элементы обшивки космических кораблей, топливные баки, детали реактивных двигателей. Активно используют его и в морском судостроении, строительстве трубопроводов для агрессивных сред и в качестве конструкционного материала.

Вольфрам с его самой высокой прочностью на растяжение среди всех встречающихся в природе металлов часто комбинируют со сталью и другими металлами для создания еще более прочных сплавов. К недостаткам вольфрама можно отнести его хрупкость и способность к разрушению при ударе.

Сферы применения: вольфрам применяют в металлургии для производства легированных сталей и различных сплавов, в электротехнической индустрии для изготовления элементов осветительных приборов, в машино- и авиастроении, в космической отрасли и химпроме. Сплав вольфрама и углерода (карбид вольфрама) используют для производства инструментов с режущими краями, таких как ножи и дисковые пилы, а также износостойких рабочих элементов горношахтного оборудования и прокатных валков.

Тантал обладает сразу тремя достоинствами – прочностью, плотностью и устойчивостью к коррозии. Он состоит в группе тугоплавких металлов, как и выше описанный вольфрам.

Сферы применения: тантал используется в производстве электроники и сверхмощных конденсаторов для персональных компьютеров, смартфонов, камер и для электронных устройств в автомобилях.

Инновационные сплавы

Существует ряд сплавов, которые появились совсем недавно, но уже успели завоевать признание благодаря своим «сверхкачествам» и активно используются в аэрокосмической сфере и медицине.

Алюминид титана – сплав титана и алюминия, который выдерживает высокие температуры и обладает антикоррозийными свойствами, но при этом он довольно хрупкий и недостаточно пластичный. Тем не менее, он нашел свое применение в производстве специальных защитных покрытий.

Сплав титана с золотом – еще один уникальный материал, который был разработан несколько лет назад группой ученых из университетов США. Основная задача, которая стояла перед учеными, создать материал крепче титана, который можно было бы применять в медицине для производства протезов, совместимых с биотканью. Дело в том, что титановые протезы, несмотря на свою прочность, изнашиваются относительно быстро, их приходится менять каждые 10 лет. А вот сплав титана с золотом оказался вчетверо более прочным, чем те сплавы, что сейчас используются в производстве протезов.

Самые прочные металлы в мире: топ-10

Можете ли вы представить, что произошло, если бы наши предки не обнаружили важные металлы, такие как серебро, золото, медь и железо? Наверное, мы бы до сих пор жили в хижинах, используя камень в качестве основного инструмента. Именно крепость металла сыграла важную роль в формировании нашего прошлого и теперь работают как основа, на которой мы строим будущее.

Некоторые из них очень мягкие и буквально тают в руках, как самый активный металл в мире. Другие — настолько твердые, что их невозможно согнуть, поцарапать или сломать без применения спецсредств.

А если вам интересно, какие металлы самые твердые и прочные в мире, мы ответим на этот вопрос, учитывая различные оценки относительной твердости материалов (шкала Мооса, метод Бринелля), а также такие параметры как:

10. Тантал

У этого металла сразу три достоинства: он прочный, плотный и очень устойчив к коррозии. Кроме того, этот элемент относится к группе тугоплавких металлов, таких как вольфрам. Чтобы расплавить тантал вам придется развести огонь температурой 3 017 °C.

Тантал в основном используется в секторе электроники для производства долговечных, сверхмощных конденсаторов для телефонов, домашних компьютеров, камер и даже для электронных устройств в автомобилях.

9. Бериллий

А вот к этому металлическому красавцу лучше не приближаться без средств защиты. Потому что бериллий высокотоксичен, и обладает канцерогенным и аллергическим действием. Если вдыхать воздух, содержащий пыль или пары бериллия, то возникнет заболевание бериллиоз, поражающее легкие.

Однако бериллий несет не только вред, но и благо. Например, добавьте всего 0,5 % бериллия в сталь и получите пружины, которые будут упругими даже если довести их до температуры красного каления. Они выдерживают миллиарды циклов нагрузки.

Бериллий применяют в аэрокосмической промышленности для создания тепловых экранов и систем наведения, для создания огнеупорных материалов. И даже вакуумная труба Большого Адронного Коллайдера сделана из бериллия.

8. Уран

Это естественное радиоактивное вещество очень широко распространено в земной коре, но сконцентрировано в определенных твердых скальных образованиях.

Один из самых твердых металлов в мире имеет два коммерчески значимых применения — ядерное оружие и ядерные реакторы. Таким образом, конечной продукцией урановой промышленности являются бомбы и радиоактивные отходы.

7. Железо и сталь

Как чистое вещество железо не такое твердое по сравнению с другими участниками рейтинга. Но из-за минимальных затрат на добычу оно часто комбинируется с другими элементами для производства стали.

Сталь — это очень прочный сплав из железа и других элементов, таких как углерод. Это наиболее часто используемый материал в строительстве, машиностроении и других отраслях промышленности. И даже если вы не имеете к ним никакого отношения, то все равно используете сталь каждый раз, когда режете продукты ножом (если он, конечно, не керамический).

6. Титан

Титан — это практически синоним прочности. Он обладает впечатляющей удельной прочностью (30-35 км), что почти вдвое выше, чем аналогичная характеристика легированных сталей.

Будучи тугоплавким металлом, титан обладает высокой устойчивостью к нагреву и истиранию, поэтому является одним из самых популярным сплавов. Например, он может быть легирован железом и углеродом.

Если вам нужна очень твердая и при этом очень легкая конструкция, то лучше чем титан металла не найти. Это делает его выбором номер один для создания различных деталей в авиа- и ракетостроении и судостроении.

5. Рений

Это очень редкий и дорогой металл, который хотя и встречается в природе в чистом виде, обычно идет «довеском»-примесью к молибдениту.

Если бы костюм Железного человека был сделан из рения, он мог бы выдержать температуру в 2000 ° C без потери прочности. О том, что стало бы с самим Железным человеком внутри костюма после такого «фаер-шоу» мы умолчим.

Россия — третья страна в мире по природным запасам рения. Этот металл используется в нефтехимической промышленности, электронике и электротехнике, а также для создания двигателей самолетов и ракет.

4. Хром

По шкале Мооса, которая измеряет устойчивость химических элементов к царапинам, хром находится в пятерке лучших, уступая лишь бору, алмазу и вольфраму.

Хром ценится за высокую коррозионную стойкость и твердость. С ним легче обращаться, чем с металлами платиновой группы, к тому же он более распространен, поэтому хром является популярным элементом, используемым в сплавах, таких, как нержавеющая сталь.

А еще один из прочнейших металлов на Земле используется при создании диетических добавок. Конечно, вы будете принимать внутрь не чистый хром, а его пищевое соединение с другими веществами (например, пиколинат хрома).

3. Иридий

Как и его «собрат» осмий, иридий относится к металлам платиновой группы, и по внешнему виду напоминает платину. Он очень твердый и тугоплавкий. Чтобы расплавить иридий, вам придется развести костер температурой выше 2000 °C.

Иридий считается одним из самых тяжелых металлов на Земле, а также одним из самых устойчивых к коррозии элементов.

2. Осмий

Этот «крепкий орешек» в мире металлов относится к платиновой группе и обладает высокой плотностью. Фактически это самый плотный природный элемент на Земле (22,61 г/см3). По этой же причине осмий не плавится до 3033 ° C.

Когда он легирован другими металлами платиновой группы (такими как иридий, платина и палладий), он может использоваться во многих различных областях, где необходимы твердость и долговечность. Например, для создания емкостей для хранения ядерных отходов.

1. Вольфрам

Самый прочный металл, который только есть в природе. Этот редкий химический элемент также самый тугоплавкий из металлов (3422 ° C).

Впервые он был обнаружен в форме кислоты (триоксида вольфрама) в 1781 году шведским химиком Карлом Шееле. Дальнейшие исследования привели двух испанских ученых — Хуана Хосе и Фаусто д’Эльхуяра — к открытию кислоты из минерала вольфрамита, из которого они впоследствии изолировали вольфрам с помощью древесного угля.

Помимо широкого применения в лампах накаливания, способность вольфрама работать в условиях сильной жары делает его одним из наиболее привлекательных элементов для оружейной промышленности. Во время Второй мировой войны этот металл сыграл важную роль в инициировании экономических и политических отношений между европейскими странами.

Вольфрам также используется для изготовления твердых сплавов, а в аэрокосмической промышленности — для изготовления ракетных сопел.

Таблица предела прочности металлов

Металл Обозначение Предел прочности, МПа
Свинец Pb 18
Олово Sn 20
Кадмий Cd 62
Алюминий Al 80
Бериллий Be 140
Магний Mg 170
Медь Cu 220
Кобальт Co 240
Железо Fe 250
Ниобий Nb 340
Никель Ni 400
Титан Ti 600
Молибден Mo 700
Цирконий Zr 950
Вольфрам W 1200

Сплавы против металлов

Сплавы представляют собой комбинации металлов, и основной причиной их создания является получение более прочного материала. Наиболее важным сплавом является сталь, которая представляет собой комбинацию железа и углерода.

Чем выше прочность сплава — тем лучше. И обычная сталь тут не является «чемпионом». Особенно перспективными представляются металлургам сплавы на основе ванадиевой стали: несколько компаний выпускают варианты с пределом прочности до 5205 МПа.

А самым прочным и твердым из биосовместимых материалов на данный момент является сплав титана с золотом β-Ti3Au.

Какой металл самый прочный? — Их виды и применение

На сегодня человечеству известны 118 химических элементов. Среди них 96 – это металлы. Все они, за исключением ртути, в естественном природном состоянии находятся в твердом виде и характеризуются разной твердостью, хорошо проводят электрический ток. Если единственный жидкий из них – ртуть, то какой металл самый прочный?

Самые прочные металлы в мире

Все относительно, в том числе и анализ прочности материалов. Сравнения нужно проводить по единым критериям, при соблюдении одинаковых условий. Сделать это практически невозможно.Ту же относительную твердость можно рассматривать как по шкале Мооса, так и по методам Бринелля, Виккерса, Шора и пр. Существует еще ряд параметров, позволяющих произвести сравнительный анализ различных материалов. Оценивать, какой самый крепкий металл в мире, нужно с учетом показателей:

От чего зависит прочность металлов?

Если понятие «надежность» свойственно для характеристик готовых конструкций, сооружений или изделий, то металлы или их сплавы должны быть заведомо не хрупкими. Иначе элементы любого объекта, подвергающиеся нагрузкам на растяжение или изгиб, не смогут быть надежными при эксплуатации. Поэтому прочность считается одним из основных механических показателей. Силовая ненадежность проявляется в том, что любая нагрузка, превышающая порог прочности и усиливающаяся в точках концентрации напряжений, вызывает разрушение.

Какие же тогда самые прочные металлы? Те, что способны нивелировать силовые перегрузки локального и общего характера внутри материала, обеспечить оптимальную пластичность и надежность при использовании. Устоять перед разрушением под воздействием внешних нагрузок.

Надежность любого металла зависит от его вязкости, предельной и начальной прочности. Максимальное значение напряжения, оказываемое на металл до начала фазы его разрушения, принято считать пределом прочности (ПП). Кратковременная его величина определяется при исследованиях на деформацию, растяжение. Для сравнения приведены пределы кратковременой прочности для некоторых сталей по ДСТУ 7809:

Металл

ПП(МПа)

Выделяют несколько ПП:

На величину предельной прочности влияет наличие/отсутствие в металле примесей, способных повысить/понизить ее значение.

Самый прочный металл и предел текучести (ПТ)

ПТ обозначает промежуточное стояние между конечным этапом упругой фазы и началом пластической деформации. Если порог ПТ превышен, формоизменение изделия становится необратимым (пластичным). Так как у холоднокатанной стали и многих других материалов ПТ выражен слабо, то для них оперируют условным пределом текучести – напряжением, вызывающим пластичную (необратимую) деформацию, степень которой составляет 0,2%.

Вольфрам

На земном шаре самый прочный металл, хотя и мало распространенный в его недрах, но входящий в состав инструментальных и самых тугоплавких сплавов, вольфрам (Wolframium) или W. В основе его кристаллического строения лежит объемно-центрированная кубическая решетка.

Свойства

Вольфрам светло-серого цвета, похож на сталь. Характеристики позволяют использовать его для жаропрочных сверхтвердых сплавов и сталей, эксплуатируемых в предельно высокотемпературном поле. Другие физические характеристики:

Параметр

Значение

Твердость, кгс/мм 2

Плотность, (г/ см 3 )

линейного термического расширения (10 в минус 6) (м/мК)

Как видно, вольфрам имеет наименьший коэффициент линейного расширения, что объясняется постоянством атомной решетки. Прочность возрастает при холодной деформации. Из недостатков: низкая пластичность, высокая вероятность ломкости при отрицательных температурах, плохая свариваемость и обрабатываемость резанием, невысокая окалиноустойчивость. Нивелировать эти недостатки при легировании стали вольфрамом помогает добавление других химических элементов.

Области применения

Металл востребован как в чистом виде, так и в твердых, жаропрочных, контактных и износостойких сплавах на основе карбида вольфрама. Коррозионная устойчивость способствует применению в жидкометаллических составах ртути, лития, натрия, калия, востребованных в энергоустановках. Вольфрам также незаменим и в других областях:

В чистом виде вольфрам нашел применение в электронике, текстильной, горнодобывающей и химической промышленности, медицине, в производстве катодов и анодов электронных устройств.

Осмий

Наглядный представитель редчайших драгметаллов платиновой группы серебристо-голубого цвета (кристаллы) и темно-синего (в слитке) – осмий. Из-за хрупкости и высокой твердости в чистом виде в природе практически не встречается, присутствует в метеоритном металле. Состоит из соединений изотопов. Их 7, один из которых радиоактивный. Самый ценный, содержащийся в малом количестве (всего 1,6%), и дорогой, осмий-187.

Осмий существует в виде различных форм-соединений с другими химическими элементами. Наиболее распространенные его «компаньоны» – иридий и платина. Входит в состав медной, никелевой руды. Сопутствует натуральной платине. Выделяется из обогащенных пород, путем прокаливания в воздухе при высоких температурах (800-900°С). Из 10000 тонн сырья, содержащего платиновые металлы, добывается всего лишь 28 г осмия.

Свойства

Утверждать, что осмий самый крепкий металл, проблематично из-за его достаточно высокой хрупкости. Но то, что это второй по тяжести металл – факт бесспорный (тяжелее только иридий). Кроме высокой плотности и массы, компактный осмий можно рассматривать как химически устойчивый, довольно твердый материал. Он практически не поддается обработке.

Параметр

Единицы измерения

Значение

Плотность (при н.у.)

Твердость (по Виккерсу/по Моосу)

Редкий и полезный металл труднодоступен. Его добыча обходится слишком дорого, а годовая производительность составляет несколько сотен килограммов. К тому же тетраоксид осмия OsO4 характеризуется высокой агрессивностью, опасен для слизистых, дыхательных путей. В химические реакции со щелочной, кислотной средой, как и с водными осматами, не вступает. Зато взаимодействует с кислородом, парами серы, селеном и другими веществами, находясь в порошкообразном состоянии. Искусственно выращивают (выделяют) осмий методом газового транспорта. Он не поддается обработке давлением, плавится в вакуумных установках.

Области применения осмия

Небольшие партии добычи и уникальные свойства делают Os с атомным номером 76 востребованным лишь в крайних случаях, где его применение максимально оправдано:

Иридий

Химический элемент и металл – иридий (Ir) с плотностью 22,65 г/см³ – делит пальму первенства, как самый тяжелый и тугоплавкий элемент, с осмием. Но его можно характеризовать и как самый прочный металл, к тому же редкий: годовая добыча в мире не превышает 10 тысяч кг. По мнению ученых, основные запасы Ir находятся в земном или внешнем ядре. Драгметалл бело-золотого цвета, характеризуется высокой инертностью. Существует вид платоноида со смешанными двумя изотопами: 191 (доля Ir – 37,3 %) и 193 (Ir – 62,7 %). В природе находится в самородном состоянии, встречается как смесь с Pt или Os. Любое из таких соединений можно характеризовать, как самый твердый сплав, долговечный и крепкий. Существует закономерность: там где есть самородная платина, ищите осмистый иридий. Налажено также искусственное производство Ir из переработанной платиновой руды. Это побочный продукт при добыче никеля. Известны три синтетических изотопа (191,192,193).

Свойства

Иридий принадлежит к группе благородных металлов. Характеризуется высокой химической стойкостью. Не вступает в реакцию с водой, устойчив в воздушной среде. Инертен к царской водке, ко всем кислотам, а также их смесям в температурном поле до 100°C.

Ножевой ликбез: самая твердая сталь в мире

Возможно на вполне увлечения ножами, вы начали разбираться в типах сталей, характеристиках и особенностях. Однако, многие представители ножевого сообщества считают, что самыми твердыми сплавами являются инструментальные порошковые сплавы американского или европейского производства. Но это не так.

Давайте же вместе найдем ответ на вопрос, который заботит многих из нас — что является самой твердой сталью, известной человечеству? Короткий ответ — нитинол, также известный как Ni-Ti-Nol.

Ножи из этого сплава высоко ценятся среди известных коллекционеров. Не только благодаря своей твердости, но и за счет способности приобретать яркую и непредсказуемую окраску в процессе термической обработки.

Нитинол, также известный как Ni-Ti-Nol, был впервые обнаружен еще в 1959 году учеными Уильямом Булером и Фредериком Вангом в лаборатории военно-морских сил. Сокращение Ni-Ti-Nol означает «лаборатория никель-титановых сплавов».

Булер и Ванг искали сверхупругий сплав для носовых конусов ракет, который был бы гибким при экстремальных температурах, но после охлаждения вернулся бы в свою первоначальную форму. Их усилия увенчались успехом. Но полученный ими прочный сплав был настолько сложен в обработке, что не использовался в течение долгого времени.

Как нитинол стал SM-100

Интерес к этому металлу пришел много лет спустя и, как водится, «оттуда откуда не ждали». Угадайте с одного раза, кого может заинтересовать высокотвердый и редкий сплав, который дает яркий и непредсказуемый узор в процессе термической обработки?

Ножевой дизайнер Дуэйн Двайер из Strider Knives заинтересовался нитинолом еще в 2005 году, когда искал сплав сверхтвердых металлов, который не ржавел бы. Он обратился к металлургу и другу Скотту Деванне, вице-президенту по технологиям SB Specialty Metals, и поинтересовался возможностью производства нитинола с использованием технологии, которая никогда не применялась.

Вскоре после этого Скотт познакомил Дуэйна с Эриком Боно, металлургом и производителем ножей, который также интересовался нитинолом, и они втроем начали изучать возможности создания клинков из этого сплава.

Обладая знаниями и опытом в области металлургии, Боно в 2006 году разработал рабочий вариант сплава, получивший название «SM-100», в виде порошкового металла. Еще несколько лет ушло на рафинирование сплава и процессов, и в 2009 году Боно и его деловой партнер Фред Йолтон создали компанию Summit Metals LLC для производства SM-100.

С тех пор SM-100 (60% никеля и 40% титана), который компания продает под названием «HIPTiNite», завоевал интерес не только у ножевой промышленности, но и у американского космического агентства NASA и у представителей различных команд Формулы-1.

Свойства стали SM-100

Запатентованный и брендированный сплав SM-100 нитинола, как и его предшественник, чрезвычайно прочен и очень тяжело поддается обработке. Например, одна шлифовальная лента может использоваться для шлифовки нескольких ножей из нержавеющей стали, однако для одного ножа из сплава SM-100 требуется несколько лент. Как правило, шесть и более лент.

Естественно, что работа с таким сплавам доступна только небольшому количеству найфмейкеров. Изготовленные и продаваемые в небольших количествах ножи из SM-100 стоят недешево. Если добавить к этому стоимость ремней и дополнительное время на грамотную обработку материала, то стоимость одного ножа, как говорится, улетает в космос. По словам создателей сплава, нож из SM-100 можно бросить в соленую морскую воду и через 50 лет вы не найдете на нем ни капли коррозии.

Во время разработки SM-100 Боно обнаружил, что он может быть окрашен в теплые оттенки, превращаясь в изысканную радугу цветов. Благодаря содержанию титана, SM-100 окисляется при термической обработке, как и другие сплавы, содержащие титан, но процесс достижения цветовых эффектов совершенно иной. Однако, создатели уверяют что дело не только в высокой температуре. Боно уверен, что магия происходит во время процесса термообработки, в котором он допускает попадание небольших воздушных пузырьков на поверхность ножа. Перед термообработкой клинки обматываются фольгой, под которой сознательно оставляются воздушные каналы.

При термической обработке на клинке возникают различные цветовые сочетания в зависимости от содержания кислорода на определенных участках. Учитывая относительную новизну этого сплава, будем надеяться, что мы еще о нем услышим и, может быть, даже увидим в ближайшее время на территории Российской Федерации.

Какой металл считается самым крепким?

Существует много разных сплавов и металлов, но далеко не все выдерживают механическое воздействие. Обозначение «крепкий металл» относится к элементам с высоким показателем прочности. Они похожи твердостью, температурой плавления, но имеют и уникальные свойства.

Самый крепкий металл

Как производят металлы?

Металлы добывают из руд. Для определения их месторождения применяются разные наработанные методики, системы расчетов. Производство металлов выполняется в несколько этапов:

  1. Разработка рудного месторождения. Она может быть открытой или закрытой. Иногда способы добычи руды комбинируются. Открытый способ менее опасен.
  2. Обогащение руды. Выполняется, чтобы выделить из нее полезные компоненты (рудный концентрат), которые будут применяться в дальнейшем производстве.
  3. Извлечение металла. Проводится с помощью электролитического или химического восстановления.
  4. Выплавка металла. Выполняется в промышленных печах при нагреве расходного сырья до максимальных температур. Дополнительно используется восстановитель.

Разработка рудного месторождения (Фото: Instagram / polyus_official)

От чего зависит прочность?

Прочность — стойкость материала к внешним нагрузкам. По этому показателю определяется ценность материала.

Величина прочности — показатель, указывающий на усилие, которое нужно приложить, чтобы нарушить молекулярную связь материала. Для определения прочности применяется специальное оборудование.

Без проверки показателя прочности получить сертификат на металлическое изделие невозможно. При испытании образцов важно всегда прикладывать одинаковые условия, чтобы была возможность адекватно сравнивать полученные результаты.

История открытия

Понятие «металл» появилось в русском языке в XV–XVI веках. Пришло оно из немецкого языка. С XVI века это понятие появилось в разных книгах. Популярность это слово начало набирать при Петре 1. Изначально им называли разные руды, сплавы, минералы. Разделил эти понятия Ломоносов.

В природе найти чистый металл очень сложно. Чаще они попадаются в составе разных руд, минералов. Они могут образовывать разные природные соединения — карбонаты, оксиды, сульфиды.

Где применяют самые крепкие металлы?

Топ-10 самых крепких элементов

Сейчас известно большое количество металлов, сплавов. Среди самых крепких можно выделить 10 элементов.

Тантал

Применяется при производстве электронных устройств в автомобилях, деталей для компьютеров, ноутбуков, сверхмощных конденсаторов, камер.

Ноутбук (Фото: Instagram / msigaming_ukraine)

Бериллий

Это высокотоксичный металл, работать с которым нужно в химической защите. Чаще используется в качестве легирующей добавки для стали. Бериллий применяется при изготовления систем наведения, тепловых экранов, огнеупорных материалов, вакуумных труб.

Редкий, радиоактивный элемент. Один из самых твердых материалов. Применяется в ядерной энергетике при производстве оружия.

Железо

Без легирующих добавок железо не обладает большой твердостью и прочностью, но оно сильно распространено. На основе железа изготавливаются разные сплавы. Один из самых популярных — сталь. Это железо с добавлением углерода и других примесей. Она чаще применяется в машиностроении, сооружении металлоконструкций. Из стали изготавливают строительные материалы, инструменты, крепежные элементы.

Титан

При своей высокой прочности, механической стойкости титан имеет небольшую удельную массу. Из него собирают высокопрочные и легкие металлоконструкции.

Рений

Редкий химический элемент. Недоступен большинству людей из-за высокой стоимости. Выдерживает нагревание до 2000°C без нарушения структуры, целостности. Применяется в электротехнике, нефтехимической промышленности. Из рения изготавливают детали для ракет, двигатели самолетов.

Устойчив к механическому воздействию. Его сложно поцарапать разными материалами. Отличается высоким показателем твердости, устойчив к образованию ржавчины.

Иридий

Это элемент из платиновой группы. Имеет высокую температуру плавления, твердость. Для его плавления температуру нужно поднять выше 2000°C. По удельной массе это один из самых тяжелых материалов.

Осмий

Элемент из платиновой группы. Самый плотный материалом на нашей планете. Температура плавления — 3033°C. В чистом виде практически нигде не используется. Для расширения сфер применения он разбавляется легирующими добавками.

Вольфрам

Имеет самую высокую температуру плавления — 3422°C. Вольфрам применяется для изготовления нагревательных элементов, ламп накаливания, в оружейной промышленности.

Самые крепкие металлы часто встречаются в привычной жизни, но некоторые из них очень редкие, применяются в узкоспециализированных направлениях. Большая часть элементов имеет похожие свойства.