Ці можаце вы ўявіць, што адбылося, калі б нашы продкі не выявілі важныя металы, такія як срэбра, золата, медзь і жалеза? Напэўна, мы б да гэтага часу жылі ў хацінах, выкарыстоўваючы камень у якасці асноўнага інструмента. Менавіта крэпасць металу адыграла важную ролю ў фармаванні нашага мінулага і зараз працуюць як аснова, на якой мы будуем будучыню.
Калі вам цікава, якія металы самыя цвёрдыя і трывалыя ў свеце, мы адкажам на гэтае пытанне, улічваючы розныя адзнакі адноснай цвёрдасці матэрыялаў (шкала Мооса, метад Брынелля), а таксама такія параметры як:
- Модуль Юнга: улічвае эластычнасць элемента пры расцяжэнні, гэта значыць здольнасць аб'екта да супраціву пры пругкай дэфармацыі.
- Мяжа цякучасці: вызначае максімальную мяжу трываласці матэрыялу, пасля якога ён пачынае праяўляць пластычныя паводзіны.
- Мяжа трываласці пры расцяжэнні: лімітавая механічная напруга, пасля якога матэрыял пачынае разбурацца.
10. Тантал
У гэтага металу адразу тры добрыя якасці: ён трывалы, шчыльны і вельмі ўстойлівы да карозіі. Акрамя таго, гэты элемент ставіцца да групы тугаплаўкіх металаў, такіх як вальфрам. Каб расплавіць тантал вам давядзецца развесці агонь тэмпературай 3017 °C.
Тантал у асноўным выкарыстоўваецца ў сектары электронікі для вытворчасці даўгавечных, звышмагутных кандэнсатараў для тэлефонаў, хатніх кампутараў, камер і нават для электронных прылад у аўтамабілях.
9. Берылій
А вось да гэтага металічнага прыгажуна лепш не набліжацца без сродкаў абароны. Таму што берылій высокатаксічны, і валодае канцэрагенным і алергічным дзеяннем. Калі ўдыхаць паветра, які змяшчае пыл або пары берылію, тое паўстане захворванне берыліёз, якое дзівіць лёгкія.
Аднак берылій нясе не толькі шкоду, але і балазе. Напрыклад, дадайце ўсяго 0,5 % берылію ў сталь і атрымаеце спружыны, якія будуць пругкімі нават калі давесці іх да тэмпературы чырвонага гартавання. Яны вытрымліваюць мільярды цыклаў нагрузкі.
Берылій ужываюць у аэракасмічнай прамысловасці для стварэння цеплавых экранаў і сістэм навядзення, для стварэння вогнетрывалых матэрыялаў. І нават вакуумная труба Вялікага Адроннага Калайдэра зроблена з берылію.
8. Уран
Гэта натуральнае радыеактыўнае рэчыва вельмі шырока распаўсюджана ў зямной кары, але сканцэнтравана ў пэўных цвёрдых скальных утварэннях.
Адзін з самых цвёрдых металаў у свеце мае два камерцыйна значныя прымянення - ядзерную зброю і ядзерныя рэактары. Такім чынам, канчатковай прадукцыяй уранавай прамысловасці з'яўляюцца бомбы і радыеактыўныя адходы.
7. Жалеза і сталь
Як чыстае рэчыва жалеза не такое цвёрдае ў параўнанні з іншымі ўдзельнікамі рэйтынгу. Але з-за мінімальных затрат на здабычу яно часта камбінуецца з іншымі элементамі для вытворчасці сталі.
Сталь - гэта вельмі трывалы сплаў з жалеза і іншых элементаў, такіх як вуглярод. Гэта найболей часта выкарыстоўваны матэрыял у будаўніцтве, машынабудаванні і іншых галінах прамысловасці. І нават калі вы не маеце да іх ніякага стаўлення, то ўсё роўна выкарыстоўваеце сталь кожны раз, калі рэжаце прадукты нажом (калі ён, вядома, не керамічны).
6. Тытан
Тытан - гэта практычна сінонім трываласці. Ён валодае ўражлівай удзельнай трываласцю (30-35 км), што амаль удвая вышэй, чым аналагічная характарыстыка легіраваных сталей.
Будучы тугаплаўкім металам, тытан валодае высокай устойлівасцю да нагрэву і ізаляцыі, таму з'яўляецца адным з самых папулярным сплаваў. Напрыклад, ён можа быць легаваны жалезам і вугляродам.
Калі вам патрэбна вельмі цвёрдая і пры гэтым вельмі лёгкая канструкцыя, тое лепш чым тытан металу не знайсці. Гэта робіць яго выбарам нумар адзін для стварэння розных дэталяў у авія-і ракетабудаванні і суднабудаванні.
5. Рэній
Гэта вельмі рэдкі і дарагі метал, які хоць і сустракаецца ў прыродзе ў чыстым выглядзе, звычайна ідзе «даважкам»-дамешкам да малібдэніту.
Калі б гарнітур Жалезнага чалавека быў зроблены з рения, ён мог бы вытрымаць тэмпературу ў 2000 ° C без страты трываласці. Аб тым, што стала б з самім Жалезным чалавекам усярэдзіне гарнітура пасля такога «фаер-шоў» мы ўмоўчым.
Расія - трэцяя краіна ў свеце па прыродных запасах рения. Гэты метал выкарыстоўваецца ў нафтахімічнай прамысловасці, электроніцы і электратэхніцы, а таксама для стварэння рухавікоў самалётаў і ракет.
4. Хром
Па шкале Мооса, якая вымярае ўстойлівасць хімічных элементаў да драпін, хром знаходзіцца ў пяцёрцы лепшых, саступаючы толькі бору, алмазу і вальфраму.
Хром шануецца за высокую каразійную ўстойлівасць і цвёрдасць. З ім лягчэй звяртацца, чым з металамі плацінавай групы, да таго ж ён больш распаўсюджаны, таму хром з'яўляецца папулярным элементам, выкарыстоўваным у сплавах, такіх, як нержавелая сталь.
А яшчэ адзін з самых трывалых металаў на Зямлі выкарыстоўваецца пры стварэнні дыетычных дабавак. Вядома, вы будзеце прымаць унутр не чысты хром, а яго харчовае злучэнне з іншымі рэчывамі (напрыклад, пиколинат хрому).
3. Ірыдый
Як і яго «субрат» осмій, ірыдый ставіцца да металаў плацінавай групы, і па вонкавым выглядзе нагадвае плаціну. Ён вельмі цвёрды і тугаплаўкі. Каб расплавіць ірыдый, вам давядзецца развесці вогнішча тэмпературай вышэй за 2000 °C.
Ірыдый лічыцца адным з самых цяжкіх металаў на Зямлі, а таксама адным з самых устойлівых да карозіі элементаў.
2. Осмій
Гэты "моцны арэшак" у свеце металаў ставіцца да плацінавай групы і валодае высокай шчыльнасцю. Фактычна гэта самы шчыльны прыродны элемент на Зямлі (22,61 г/см3). Па гэтай жа прычыне осмій не плавіцца да 3033 ° C.
Калі ён легіраваны іншымі металамі плацінавай групы (такімі як ірыдый, плаціна і паладый), ён можа выкарыстоўвацца ў многіх розных галінах, дзе неабходны цвёрдасць і даўгавечнасць. Напрыклад, для стварэння ёмістасцяў для захоўвання ядзерных адыходаў.
1. Вальфрам
Самы трывалы метал, які толькі ёсць у прыродзе. Гэты рэдкі хімічны элемент таксама самы тугаплаўкі з металаў (3422 ° C).
Упершыню ён быў знойдзены ў форме кіслаты (трыаксіду вальфраму) у 1781 годзе шведскім хімікам Карлам Шэеле. Далейшыя даследаванні прывялі двух іспанскіх навукоўцаў - Хуана Хасэ і Фаўста д'Эльхуяра - да адкрыцця кіслаты з мінерала вальфраміту, з якога яны пасля ізалявалі вальфрам з дапамогай драўнянага вугалю.
Апроч шырокага ўжывання ў лямпах напальвання, здольнасць вальфраму працаваць ва ўмовах моцнай спякоты робіць яго адным з найболей прывабных элементаў для зброевай прамысловасці. У час Другой сусветнай вайны гэты метал адыграў важную ролю ў ініцыяванні эканамічных і палітычных адносін паміж еўрапейскімі краінамі.
Вальфрам таксама выкарыстоўваецца для вырабу цвёрдых сплаваў, а ў аэракасмічнай прамысловасці - для вырабу ракетных соплаў.
Табліца мяжы трываласці металаў
| Метал | Абазначэнне | Мяжа трываласці, Мпа |
|---|---|---|
| Свінец | Pb | 18 |
| Волава | Sn | 20 |
| Кадмій | Cd | 62 |
| Алюміній | Al | 80 |
| Берылій | Be | 140 |
| Магній | Mg | 170 |
| Медзь | Cu | 220 |
| Кобальт | Co | 240 |
| Жалеза | Fe | 250 |
| Ніёбій | Nb | 340 |
| Нікель | Ni | 400 |
| Тытан | Ti | 600 |
| Малібдэн | Mo | 700 |
| Цырконій | Zr | 950 |
| Вальфрам | W | 1200 |
Сплавы супраць металаў
Сплавы ўяўляюць сабой камбінацыі металаў, і асноўнай прычынай іх стварэння з'яўляецца атрыманне больш трывалага матэрыялу. Найбольш важным сплавам з'яўляецца сталь, якая ўяўляе сабой камбінацыю жалеза і вугляроду.
Чым вышэй трываласць сплава - тым лепш. І звычайная сталь тут не з'яўляецца "чэмпіёнам". Асабліва перспектыўнымі ўяўляюцца металургам сплавы на аснове ванадыевай сталі: некалькі кампаній выпускаюць варыянты з мяжой трываласці да 5205 Мпа.
А самым трывалым і цвёрдым з биосовместимых матэрыялаў на дадзены момант з'яўляецца сплаў тытана з золатам β-Ti3Au.