Многие из нас даже не представляют какой метал самый твердый.
Сталь, хоть и прочный, но не чистый металл, ее получают путем сплава железа с углеродом и некоторыми другими металлами-добавками. И при необходимости сталь подвергают обработке, чтобы изменить ее свойства.
Титан – самый твёрдый и прочный металл в мире.
Механическая прочность титана в два раза выше прочности железа
К примеру, самолет на высоте в 20 километров развивает скорость в три раза выше, чем скорость звука. И температура его корпуса при этом около 300 градусов по Цельсию.
Нагрузки такие выдерживает только титановый сплав.
* Одними из самых твердых металлов, так же, являются осмий и иридий.
* Еще один из твердых из чистейших металлов на планете – хром.
Немного о титане:
Титан открыли немецкий и английский химики Грегор и Клапрот независимо друг от друга с разницей в шесть лет. Произошло это в конце 18-го века. Вещество тут же заняло место в периодической системе Менделеева. Спустя три десятилетия был получен первый образец металлического титана. И довольно долго металл не использовали из-за его хрупкости. Ровно до 1925 года – именно тогда, после ряда опытов, иодидным методом был получен чистый титан. Открытие стало настоящим прорывом.
Титан оказался технологичным, на него тут же обратили внимание конструкторы и инженеры. И сейчас металл из руды получают, в основном, магниетермический способом, который предложили в 1940 году.
Если затрагивать физические свойства титана, то можно отметить его высокую удельную прочность, прочности при высоких температурах, маленькую плотность и коррозийную стойкость. Механическая прочность титана в два раза выше прочности железа и в шесть – алюминия. При высоких температурах, где легкие сплавы уже не работают (на основе магния и алюминия), на помощь приходят титановые сплавы. К примеру, самолет на высоте в 20 километров развивает скорость в три раза выше, чем скорость звука. И температура его корпуса при этом около 300 градусов по Цельсию. Нагрузки такие выдерживает только титановый сплав. По распространенности в природе металл занимает десятое место. Титан добывают в ЮАР, России, Китае, Украине, Японии и Индии. И это далеко не полный перечень стран.
Когда говорят о самых прочных металлах в мире , сразу вспоминается средневековый рыцарь с мечом наперевес и в доспехах из легендарной дамасской стали. Именно ее многие небезосновательно считают самой твердой, прочной, не поддающейся ни механическим, ни химическим воздействиям. Но ведь сталь – это не чистый металл, она состоит из нескольких компонентов, которые подвергли обработке для изменения итоговых свойств готового продукта. Следовательно, именоваться веществом с наивысшей твердостью она не может. Какой же металл является самым прочным на планете?
10 Титан
На 10-й позиции нашего рейтинга самых прочных металлов в мире находится титан. Это высокопрочное твердое вещество серебристого цвета с низкой плотностью. Титан устойчив перед высокими температурами, он не поддается коррозии, стоек перед химическими веществами и не боится механических повреждений. Расплавить титан возможно лишь при температуре выше 3200 градусов, а закипает он, разогревшись до температуры 3300 градусов. Сфера применения данного металла широка и разнообразна – начиная с военной промышленности и заканчивая медициной.
Открыли титан в 18 веке английский и немецкий химики, а назвали его в честь Титанов – гигантских мифических существ с небывалой силой и прочими сверхъестественными способностями.
Длительное время титан не использовали в промышленных целях, так как не могли обойти естественную хрупкость этого металла. Получить его в чистом виде удалось только зимой 1925-го года
9
9-е место в Топ-10 занимает уран. Его отличительной особенностью является слабая радиоактивность. Уран встречается в природе как в чистом виде, так и в виде составного элемента осадочных пород. Среди основных свойств этого металла необходимо выделить хорошую гибкость и ковкость, пластичность, что позволяет использовать его в разных отраслях промышленности.
Урановые сплавы, подверженные тепловой обработке, характеризуются высокой стойкостью к коррозии; изделия из них не изменяют форму при температурных перепадах. Именно поэтому данный металл до середины 30-х годов прошлого века использовали для изготовления инструментальной стали, но позже от этой технологии отказались.
8
На 8-м месте нашего рейтинга находится вольфрам. Этот металл обладает поразительными, не имеющими аналогов тугоплавкими свойствами. Кипит он при невероятно высокой температуре – 5900 градусов. А еще этот твердый серебристо-серый металл с характерным блеском не боится даже самых агрессивных химических веществ, легко принимает форму в процессе ковки и способен вытянуться, не порвавшись, в тончайшую нить. Вольфрамовая нить накаливания – о ней слышал и видел ее каждый человек. Так вот делают эту нить именно из вольфрама.
С немецкого языка слово «вольфрам» переводится как «пена волка»
Открыл металл шведский химик Карл Шееле в 1781 году
7 Рений
Этот серебристо-белый переходный металл принадлежит к категории дорогостоящих, он незаменим в процессе изготовления современной электроники и техники. Звания одного из самых прочных металлов в мире рений был удостоен благодаря своей твердости и плотности, которые не снижаются даже под воздействием температурных перепадов. Рений тугоплавок, производится он из молибденовой и медной руды. Этот процесс довольно сложен и трудозатратен, чем и объясняется высокая стоимость готового металла. Чтобы получить 1 кг рения, необходимо 2 тыс. тонн руды, готовое производство данного металла составляет не более 40-ка тонн в год.
Изобрели рений известные немецкие химики Ида и Вальтер Ноддак, а назвали они его в честь живописной реки Рейн.
6 Осмий
6-я позиция нашего рейтинга отведена осмию – прочнейшему металлу в мире, относящемуся к группе платиновых и характеризующемуся неимоверной плотностью. По аналогии с большинством платиновых металлов, осмий тугоплавок и тверд, но одновременно с этим он хрупок; не боится механических повреждений и воздействия агрессивных веществ.
Отличительной чертой осмия является серебристо-белый цвет с едва заметным голубоватым оттенком и довольно неприятный запах (нечто, напоминающее сочетание чеснока и хлорки). В чистом виде, в природе, этот металл не встречается, очень редко его можно найти в связке с иридием, да и то лишь в некоторых районах Сибири, в Канаде, США и в Южной Африке. Осмия мало, поэтому он чрезвычайно дорог и используется только там, где колоссальные вложения в его добычу оправданы. Этот металл применяется в электронике, в космической и химпромышленности, в хирургии. Он является основным компонентом при производстве редкого лекарства – кортизона.
Осмий является самым дорогим металлом в мире. Цена за 1 грамм может достигать 200 тыс. долларов.
5
Бериллий имеет светло-серый цвет, характеризуется твердостью, огнеупорностью, хорошей теплопроводностью и токсичностью. Металл добывается из горных пород, повсеместно используется современной наукой. Он незаменим в аэрокосмической промышленности и в авиации, в ядерной энергетике и в металлургии.
4
Хром – наиболее распространенный из самых твердых металлов в мире, изделия из
которого наверняка найдутся в каждом доме. Он прочный, устойчив перед воздействием агрессивных сред, обладает нежно-голубым цветом и характерным блеском. Хром широко распространен в природе в виде хромистого железняка, он применяется практически во всех отраслях промышленности, добавляется в состав прочих металлов для придания им дополнительной твердости, устойчивости к коррозии и улучшения внешнего вида. Хромированные детали предметов интерьера, сантехприборов и бытовой техники становятся отличным украшением каждого дома.
Температура плавления хрома составляет 1907 градусов, кипит он при температуре 2671 градус. В чистом виде хром очень тягуч и вязок, а вот в сочетании с кислородом становится ломким и сверх твердым.
3
Тантал – это 3-е место нашего рейтинга, он достоин «бронзовой медали», как один из самых прочных металлов на планете. Тантал серебристого цвета с характерным свинцовым блеском, отличается повышенной твердостью и удивительной плотностью. Одновременно с тугоплавкостью, прочностью, устойчивостью перед ржавчиной и агрессивным химическим воздействием данный металл характеризуется пластичностью. Он хорошо подвергается механической обработке, что высоко ценится в химпромышленности и в металлургии. Металл незаменим во время строительства ядерных реакторов, он является основным элементом жароустойчивых сплавов.
2 Рутений
Рутений серебристого цвета, характеризуется уникальной особенностью – присутствием в составе фрагментов мышечной ткани живых существ. По мнению ученых, именно столь необычный состав повлиял на свойства металла и сделал его сверхпрочным.
Рутений не только прочен и тверд – он еще и химически устойчив, может вступать в комплексные соединения и играет роль катализатора химических реакций. Описанные выше свойства данного металла делают его незаменимым при изготовлении различных проводков и контактов, лабораторной посуды. Востребован металл и в ювелирном деле. Что касается производства самого рутения, то оно практически полностью сосредоточено в Южно-Африканской Республике.
1 Иридий
Иридию единогласно присвоено звание самого прочного металла в мире – тугоплавкому веществу невиданной твердости. Это крайне редкий металл, не встречающийся в чистом виде, но иногда добываемый в сочетании с осмием. Иридий тверд, а поэтому плохо подвергается механической обработке, устойчив перед химическими веществами. Его используют для придания дополнительной стойкости к окислению хрому и титану, применяют в ювелирном деле и во многих отраслях промышленности.
Задаваясь вопросом о самом прочном металле в мире, вы наверняка представляете себе воина с огромным мечем, который рубит все на своем пути. Но для изготовления оружия чаще всего применяют сталь. Во-первых это не металл, а сплав железа с углеродом, а во-вторых он далеко не самый прочный на земле. Самый крепкий металл на земле — это титан.
Точное происхождение названия этого вещества не известно. Некоторые считают, что он был назван в честь Титании — феи из германской мифологии. Главным аргументом сторонников такой точки зрения является плотность титана — металл не только очень прочный, но и очень легкий. Другая точка зрения основывается на созвучии названия металла и имени могучих богов — Титанов. Независимо друг от друга англичан Грегор и немец Клаптор открыли титан в конце XVII века. Сразу после открытия металла, он был добавлен в таблицу Менделеева. Там его можно найти под номером 22.
Титан — самый прочный металл в мире
Первое время у людей возникали проблемы с использованием титана, так как он был очень (парадокс) хрупким. Это было связано с тем, что чистый титан, тот самый крепкий металл, смогли выделить только в 1925 году. До этого он попадался только в естественных сплавах, что и придавало ему хрупкости. Теперь его используют для создания брони, медицинских протезов и в ювелирном деле.
Совсем недавно ученые из Калифорнии рассказали, что им удалось создать самый прочный сплав в мире. Более того, этот сплав может оказаться самым прочным веществом на земле. Состоит он из палладия и небольшого количества серебра и других металлов (точный состав ученые пока не раскрывают). Главной особенностью нового сплава является отсутствие кристаллической решетки в классическом ее виде. В нем молекулы не кристаллизованы, а зажаты в стеклоподобной жидкости.
Один из создателей сплава Мариос Демитру утверждает, что уже через год такой металлический сплав можно будет использовать в медицинский имплантатах и в качестве деталей автомобиля. Но ученым еще предстоит решить главную проблему нового сплава — большую стоимость. По заявлениям Мариоса Демитру, его команда уже начала исследования, которые позволят снизить стоимость сплава более чем на 80%.
Первым металлом, который человечество стало использовать для хозяйственных целей, была медь: легкая в обработке, она встречается в природе довольно часто, поэтому неудивительно, что именно она послужила материалом для первых металлических ножей и топоров. Немного позже люди обнаружили, что, добавляя в медь олово, можно получить значительно более прочный сплав – бронзу. А когда освоили железо, то оказалось, что оно в чистом виде ненамного прочнее меди, а вот в соединении с углеродом приобретает куда лучшие прочностные качества. Средневековые алхимики, помимо поисков философского камня, экспериментировали и со сплавами, стараясь определить, какой самый твердый металл в мире, но все опыты подтверждали: сплавы прочнее чистого металла, каким бы он ни был. А как же обстоит дело сегодня?
Самые твердые
Все наиболее прочные «чистокровные» металлы были открыты человеком довольно поздно. Причина проста: они встречаются куда реже, чем привычные для нас железо или медь. Существует несколько методов определения твердости материалов: по Моосу, по Виккерсу, по Бринеллю и по Роквеллу, данные которых немного разнятся. По шкале Мооса, например, железо имеет значение лишь 4, а наибольшая твердость у алмаза – 10. А десятка металлов, чья твердость от 5 единиц и выше, выглядит так:
- иридий – 5;
- рутений – 5;
- тантал – 5;
- технеций – 5;
- хром – 5;
- бериллий – 5,5;
- осмий – 5,5;
- рений – 5,5;
- вольфрам – 6;
- уран – 6.
Большинство из этой «великолепной десятки» встречаются в природе чрезвычайно редко (например, годовая добыча рутения в мире составляет около 18 тонн, а рения – около 40 тонн) или обладают радиоактивностью, затрудняющей их применение в быту. И все они имеют весьма значительную стоимость, за исключением, пожалуй, хрома. Именно высокая твердость и относительно низкая цена на этот металл сделали его популярным при изготовлении прочных сплавов.
Использование самых твердых металлов
Вследствие того, что большинство самых твердых металлов встречаются в природе очень редко, их прочностные качества остаются невостребованными или востребованными крайне ограниченно, например, для покрытия узлов и частей механизмов, подвергающихся наибольшей нагрузке. А вот применять при изготовлении инструментальной стали или брони добавки из рения или рутения, согласитесь, глупо. Этих металлов просто не хватит на все. Поэтому хром и оказался очень востребованным. Он является важнейшей легирующей добавкой, улучшающей как прочность, так и коррозионную стойкость сплавов.
Некоторые из твердых металлов в очень небольших количествах используются в медицине, при создании космической техники, в качестве катализаторов и в некоторых других областях. В этих случаях востребованной оказалась не их твердость, а другие сопутствующие качества. Вольфрам, например, как самый тугоплавкий металл на планете (температура плавления +3422 по Цельсию), нашел применение при создании нитей накаливания осветительных приборов. В небольших количествах он добавляется в сплавы, которые должны выдерживать действие высокой температуры длительное время – например, в металлургической промышленности.
Уран
Уран, как и вольфрам, – самый твердый металл на Земле, но уран значительно больше распространен на нашей планете, поэтому нашел куда более широкое применение. И его радиоактивность не стала этому помехой. Самое известное применение урана – в качестве «топлива» в атомных электростанциях. Кроме того, он используется в геологии для определения возраста горных пород и в химической промышленности.
Прочностные свойства и высокий удельный вес урана (он в 19 раз тяжелее воды) пригодились при создании бронебойных боеприпасов. В этом случае в ход идет не чистый металл, а его обедненная разновидность, почти полностью состоящая из слаборадиоактивного изотопа уран-238. Тяжелые сердечники из такого металла отлично пробивают даже хорошо бронированные цели. Насколько остаточные явления применения подобных боеприпасов вредят окружающей среде и человеку, достоверно пока не известно, поскольку статистического материала по данному вопросу накоплено слишком мало.
С детских лет мы знаем, что самый прочный металл - это сталь. Все железное у нас ассоциируется ней.
Железный человек, железная леди, стальной характер. Произнося эти фразы, мы подразумеваем невероятную прочность, силу, твердость.
Продолжительное время в производстве и вооружении основным материалом была сталь. Но сталь - не металл. Если точнее, то не совсем чистый металл. Это с углеродом, в котором присутствуют и другие металлические добавки. Применяя добавки, т.е. изменяют ее свойства. После этого она подвергается обработке. Сталеварение - это целая наука.
Самый прочный металл получается при введении в сталь соответствующих лигатур. Это может быть хром, который придает и жаростойкость, никель, делающий сталь твердой и эластичной и т.д.
По некоторым позициям сталь начал вытеснять алюминий. Время шло, росли скорости. Не выдерживал и алюминий. Пришлось обратиться к титану.
Да-да, ведь титан - самый прочный металл. Для придания стали высоких прочностных характеристик в нее начали добавлять титан.
Его открыли в XVIII веке. Из-за хрупкости его применить было невозможно. Со временем, получив чистый титан, инженеры и конструкторы заинтересовались его высокой удельной прочностью, малой плотностью, стойкостью к коррозии и высоким температурам. Его физическая крепость превосходит прочность железа в несколько раз.
Инженеры стали добавлять титан в сталь. Получился самый прочный металл, который нашел применение в среде сверхвысоких температур. На то время их не выдерживал ни один другой сплав.
Если представить самолет, который летит в три раза быстрее, чем можно представить, как разогревается обшивочный металл. Листовой металл обшивки самолета в таких условиях разогревается до +3000С.
Сегодня титан применяют неограниченно во всех сферах производства. Это медицина, авиастроение, производство кораблей.
Со всей очевидностью можно сказать, что в скором будущем титану придется подвинуться.
Учеными из США, в лабораториях Техасского университета в городе Остин, открыт самого тонкого и самого прочного материала на Земле. Назвали его - графен.
Вообразите себе пластину, толщина которой равна толщине одного атома. Но такая пластина прочнее алмаза и в сто раз лучше пропускает электрический ток, чем компьютерные чипы из кремния.
Графен - материал с поражающими свойствами. Он скоро покинет лаборатории и по праву займет свое место среди самых прочных материалов Вселенной.
Даже невозможно себе представить, что нескольких граммов графена будет достаточно, чтобы покрыть поле для игры в футбол. Вот это металл. Трубы из такого материала можно будет укладывать вручную без применения подъемно-транспортных механизмов.
Графен, как и алмаз - это чистейший углерод. Его гибкость поражает. Такой материал легко сгибается, прекрасно складывается и отлично сворачивается в рулон.
К нему уже начали присматриваться производители сенсорных экранов, солнечных батарей, сотовых телефонов, и, наконец, суперскоростных компьютерных чипов.