Легкие и прочные сплавы металлов

Обновлено: 20.09.2024

СПЛАВЫ, материалы, имеющие металлические свойства и состоящие из двух или большего числа химических элементов, из которых хотя бы один является металлом. Многие металлические сплавы имеют один металл в качестве основы с малыми добавками других элементов. Самый распространенный способ получения сплавов – затвердевание однородной смеси их расплавленных компонентов. Существуют и другие методы производства – например, порошковая металлургия. В принципе, четкую границу между металлами и сплавами трудно провести, так как даже в самых чистых металлах имеются «следовые» примеси других элементов. Однако обычно под металлическими сплавами понимают материалы, получаемые целенаправленно добавлением к основному металлу других компонентов.

Почти все металлы, имеющие промышленное значение, используются в виде сплавов (см. табл. 1, 2). Так, например, все выплавляемое железо почти целиком идет на изготовление обычных и легированных сталей, а также чугунов. Дело в том, что сплавлением с некоторыми компонентами можно существенно улучшить свойства многих металлов. Если для чистого алюминия предел текучести составляет всего лишь 35 МПа, то для алюминия, содержащего 1,6% меди, 2,5% магния и 5,6% цинка, он может превышать 500 МПа. Аналогичным образом могут быть улучшены электрические, магнитные и термические свойства. Эти улучшения определяются структурой сплава – распределением и структурой его кристаллов и типом связей между атомами в кристаллах.

Многие металлы, скажем магний, выпускают высокочистыми, чтобы можно было точно знать состав изготавливаемых из него сплавов. Число металлических сплавов, применяемых в наши дни, очень велико и непрерывно растет. Их принято разделять на две большие категории: сплавы на основе железа и сплавы цветных металлов. Ниже перечисляются наиболее важные сплавы промышленного значения и указываются основные области их применения.

Сталь.

Сплавы железа с углеродом, содержащие его до 2%, называются сталями. В состав легированных сталей входят и другие элементы – хром, ванадий, никель. Сталей производится гораздо больше, чем каких-либо других металлов и сплавов, и все виды их возможных применений трудно было бы перечислить. Малоуглеродистая сталь (менее 0,25% углерода) в больших количествах потребляется в качестве конструкционного материала, а сталь с более высоким содержанием углерода (более 0,55%) идет на изготовление таких низкоскоростных режущих инструментов, как бритвенные лезвия и сверла. Легированные стали находят применение в машиностроении всех видов и в производстве быстрорежущих инструментов. См. также СТАНКИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ.

Чугун.

Чугуном называется сплав железа с 2–4% углерода. Важным компонентом чугуна является также кремний. Из чугуна можно отливать самые разнообразные и очень полезные изделия, например крышки для люков, трубопроводную арматуру, блоки цилиндров двигателей. В правильно выполненных отливках достигаются хорошие механические свойства материала. См. также МЕТАЛЛЫ ЧЕРНЫЕ.

Сплавы на основе меди.

В основном это латуни, т.е. медные сплавы, содержащие от 5 до 45% цинка. Латунь с содержанием от 5 до 20% цинка называется красной (томпаком), а с содержанием 20–36% Zn – желтой (альфа-латунью). Латуни применяются в производстве различных мелких деталей, где требуются хорошая обрабатываемость и формуемость. Сплавы меди с оловом, кремнием, алюминием или бериллием называются бронзами. Например, сплав меди с кремнием носит название кремнистой бронзы. Фосфористая бронза (медь с 5% олова и следовыми количествами фосфора) обладает высокой прочностью и применяется для изготовления пружин и мембран.

Свинцовые сплавы.

Обычный припой (третник) представляет собой сплав примерно одной части свинца с двумя частями олова. Он широко применяется для соединения (пайки) трубопроводов и электропроводов. Из сурьмяно-свинцовых сплавов делают оболочки телефонных кабелей и пластины аккумуляторов. Сплавы свинца с кадмием, оловом и висмутом могут иметь точку плавления, лежащую значительно ниже точки кипения воды ( ~ 70 ° C); из них делают плавкие пробки клапанов спринклерных систем противопожарного водоснабжения. Пьютер, из которого ранее отливали столовые приборы (вилки, ножи, тарелки), содержит 85–90% олова (остальное – свинец). Подшипниковые сплавы на основе свинца, называемые баббитами, обычно содержат олово, сурьму и мышьяк.

Легкие сплавы.

Современная промышленность нуждается в легких сплавах высокой прочности, обладающих хорошими высокотемпературными механическими свойствами. Основными металлами легких сплавов служат алюминий, магний, титан и бериллий. Однако сплавы на основе алюминия и магния не могут применяться в условиях высокой температуры и в агрессивных средах.

Алюминиевые сплавы.

К ним относятся литейные сплавы (Al – Si), сплавы для литья под давлением (Al – Mg) и самозакаливающиеся сплавы повышенной прочности (Al – Cu). Алюминиевые сплавы экономичны, легкодоступны, прочны при низких температурах и легко обрабатываемы (они легко куются, штампуются, пригодны для глубокой вытяжки, волочения, экструдирования, литья, хорошо свариваются и обрабатываются на металлорежущих станках). К сожалению, механические свойства всех алюминиевых сплавов начинают заметно ухудшаться при температурах выше приблизительно 175 ° С. Но благодаря образованию защитной оксидной пленки они проявляют хорошую коррозионную стойкость в большинстве обычных агрессивных сред. Эти сплавы хорошо проводят электричество и тепло, обладают высокой отражательной способностью, немагнитны, безвредны в контакте с пищевыми продуктами (поскольку продукты коррозии бесцветны, не имеют вкуса и нетоксичны), взрывобезопасны (поскольку не дают искр) и хорошо поглощают ударные нагрузки. Благодаря такому сочетанию свойств алюминиевые сплавы служат хорошими материалами для легких поршней, применяются в вагоно-, автомобиле- и самолетостроении, в пищевой промышленности, в качестве архитектурно-отделочных материалов, в производстве осветительных отражателей, технологических и бытовых кабелепроводов, при прокладке высоковольтных линий электропередачи.

Примесь железа, от которой трудно избавиться, повышает прочность алюминия при высоких температурах, но снижает коррозионную стойкость и пластичность при комнатной температуре. Кобальт, хром и марганец ослабляют охрупчивающее действие железа и повышают коррозионную стойкость. При добавлении лития к алюминию повышаются модуль упругости и прочность, что делает такой сплав весьма привлекательным для авиакосмической промышленности. К сожалению, при своем превосходном отношении предела прочности к массе (удельной прочности) сплавы алюминия с литием обладают низкой пластичностью.

Магниевые сплавы.

Магниевые сплавы легки, характеризуются высокой удельной прочностью, а также хорошими литейными свойствами и превосходно обрабатываются резанием. Поэтому они применяются для изготовления деталей ракет и авиационных двигателей, корпусов для автомобильной оснастки, колес, бензобаков, портативных столов и т.п. Некоторые магниевые сплавы, обладающие высоким коэффициентом вязкостного демпфирования, идут на изготовление движущихся частей машин и элементов конструкции, работающих в условиях нежелательных вибраций.

Магниевые сплавы довольно мягки, плохо сопротивляются износу и не очень пластичны. Они легко формуются при повышенных температурах, пригодны для электродуговой, газовой и контактной сварки, а также могут соединяться пайкой (твердым), болтами, заклепками и клеями. Такие сплавы не отличаются особой коррозионной стойкостью по отношению к большинству кислот, пресной и соленой воде, но стабильны на воздухе. От коррозии их обычно защищают поверхностным покрытием – хромовым травлением, дихроматной обработкой, анодированием. Магниевым сплавам можно также придать блестящую поверхность либо плакировать медью, никелем и хромом, нанеся предварительно покрытие погружением в расплавленный цинк. Анодирование магниевых сплавов повышает их поверхностную твердость и стойкость к истиранию. Магний – металл химически активный, а потому необходимо принимать меры, предотвращающие возгорание стружки и свариваемых деталей из магниевых сплавов. См. также СВАРКА.

Титановые сплавы.

Титановые сплавы превосходят как алюминиевые, так и магниевые в отношении предела прочности и модуля упругости. Их плотность больше, чем всех других легких сплавов, но по удельной прочности они уступают только бериллиевым. При достаточно низком содержании углерода, кислорода и азота они довольно пластичны. Электрическая проводимость и коэффициент теплопроводности титановых сплавов малы, они стойки к износу и истиранию, а их усталостная прочность гораздо выше, чем у магниевых сплавов. Предел ползучести некоторых титановых сплавов при умеренных напряжениях (порядка 90 МПа) остается удовлетворительным примерно до 600 ° C, что значительно выше температуры, допустимой как для алюминиевых, так и для магниевых сплавов. Титановые сплавы достаточно стойки к действию гидроксидов, растворов солей, азотной и некоторых других активных кислот, но не очень стойки к действию галогеноводородных, серной и ортофосфорной кислот.

Титановые сплавы ковки до температур около 1150 ° C. Они допускают электродуговую сварку в атмосфере инертного газа (аргона или гелия), точечную и роликовую (шовную) сварку. Обработке резанием они не очень поддаются (схватывание режущего инструмента). Плавка титановых сплавов должна производиться в вакууме или контролируемой атмосфере во избежание загрязнения примесями кислорода или азота, вызывающими их охрупчивание. Титановые сплавы применяются в авиационной и космической промышленности для изготовления деталей, работающих при повышенных температурах (150–430 ° C), а также в некоторых химических аппаратах специального назначения. Из титанованадиевых сплавов изготавливается легкая броня для кабин боевых самолетов. Титаналюминиевованадиевый сплав – основной титановый сплав для реактивных двигателей и корпусов летательных аппаратов.

В табл. 3 приведены характеристики специальных сплавов, а в табл. 4 представлены основные элементы, добавляемые к алюминию, магнию и титану, с указанием получаемых при этом свойств.

Бериллиевые сплавы.

Пластичный бериллиевый сплав можно получить, например, вкрапляя хрупкие зерна бериллия в мягкую пластичную матрицу, такую, как серебро. Сплав этого состава удалось холодной прокаткой довести до толщины, составляющей 17% первоначальной. Бериллий превосходит все известные металлы по удельной прочности. В сочетании с низкой плотностью это делает бериллий пригодным для устройств систем наведения ракет. Модуль упругости бериллия больше, чем у стали, и бериллиевые бронзы применяются для изготовления пружин и электрических контактов. Чистый бериллий используется как замедлитель и отражатель нейтронов в ядерных реакторах. Благодаря образованию защитных оксидных слоев он устойчив на воздухе при высоких температурах. Главная трудность, связанная с бериллием, – его токсичность. Он может вызывать серьезные заболевания органов дыхания и дерматит. См. также КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ и статьи по отдельным металлам.

Есть ли такой металл или сплав который очень лёгкий, но в тоже время прочный и где применяется Металлы

Много разных. В порядке уменьшения плотности (и для сплавов - одновременно прочности) перечислю применяемые конструкционные металлы и сплавы:
1.Титан и титановые сплавы.
2.Алюминий и алюминиевые сплавы.
3.Магниево-алюминиевые сплавы.
4.Бериллий, бериллиевые сплавы.
Отл. особо выс. жесткостью (в ~2 раза выше, чем у стали), ядовитостью, оч. выс. ценой.
5.Магний, магниевые сплавы.
6.Литиевые сплавы

Бериллий и его сплавы применяются только в спецтехнике (в т. ч. ядерной). Литиевые тоже, но сфера применения шире. Алюминий применяется в строительстве и машиностроении. Остальные - в машиностроении (т, т. с. - в осн. авиационном).

Рискну предположить, что сталь, например хромоникелевая, закалённая, является рекордсменом прочности, если изделие должно иметь минимальные размеры. То есть прочность на единицу объёма ( а не веса) . Ножи из стали пока ещё незаменимы ничем. Керамика твёрже но ломается запросто.

Важно не только из ЧЕГО делать. но и КАК делать.
Для начала запомни, что условия формирования вещества определяют свойства этого вещества. Например процесс намагничивания. Можно образец поместить просто в катушку и сделать разряд конденсатора, тогда образец "запомнит" и станет магнитом. Можешь "добавить" в процесс намагничивания иные параметры. Например переменный ток с частотой, давление или например вращать образец в процессе намагничивания. Или например в процессе заморозки воды ты можешь включить разную музыку и после заморозки рассмотреть структуру в мелкоскоп и узреть там разные структуры. Опыты Эмото. От молитвы от сердца структуры стремятся к сотовости, а от негативных эмоций к безобразию и уродству. То же самое относится и к производству всяких веществ, например расплавили олово и по мере того как оно остывает "добавили" туда некие параметры, которые отразятся на олове после его остывания. Скажем поместили остывающее олово в вакуум. Фуллерен это одно из агрегатных (аллотропных) состояний углерода. Фуллерен производят также как и технический алмаз, по сути фуллерен это и есть алмаз. Т. е. берут кусок графита помещают его в камеру и создают высокое давление и одновременно увеличивают температуру. Получится тот же самый технический алмаз. Его называют альфа алмазом. Т. е. изменение условий при которых готовят вещество главным образом определяют его свойства. Ранее мы выяснили и подтвердили фразу Шаубергера о том, что "температура наинизшая форма электричества". Мы выразили это аксиомой.. 1 вольт напряжения изменяют состояние системы также, каки 10 градусов по цельсию".. Наопмним проделанный опыт. Мы визуализировали частицы электромагнитного поля и наблюдали за изменением их состояния от действия на них различных возмущений. Воздействуя на систему температурой мы видели как структура конуса ооочень медленно, еле живая, начинает шевелиться. Увеличивая температуру дальше конуса начинали двигаться и вращаться все быстрее и быстрее, имитируя то что называют "при увеличении температуры увеличивается скорость и движение частиц". Далее мы привели систему в исходное состояние и сообщили системе электричество. В результате мы заметили, что состояние движения и вращения эфиронов изменилось от 1 вольта также, как если бы мы сообщили температуру в 10 градусов Цельсия. Иными словами температура и электричество это мера изменения структуры. Влияние температуры или электричества на изменение системы отличаются также, как и одна частота разных октав. (гармоники). Теперь вспомним что такое закалка металла. и каким образом она достигается. В древней Руси делали мечи, которыми рубили каких то тевтонских рыцарей, которые имели неосторожность сунуться в сии Земли, таким образом. Плавили железо в тигле, затем придавали ему форму, а затем резко остужали его, затем снова нагревали, снова остужали. и чем резче процесс охлаждения и нагревания, тем крепче и легче была сталь, позже ее назвали "Булатом".. по имени кузнеца, который лично делал оружие для Александра Невского. И чем больше частота "остывания нагревания" тем крепче клинок. Теперь мы знаем, что изменение частоты направления тока это то же самое, что и изменение состояния нагревание\охлаждение. По сути процесс "остывание -нагревание" заменяется переменным током. Таким образом, процесс закалки металла может быть осуществлен помещением расплава в электромагнитное поле (переменное магнитном поле). Далее идут более сложные (изощренные) методы изменения конфигурации этого поля, которые вносят свои изменения в расплав подверженный изменению (или намагничиванию)..

Какой сплав металла самый лёгкий и прочный? и сколько стоит? =)))

СО сплавом можно играть как хочеш как залить в форму так и вугнцть, Карбон это Композитный матерьял состоящий из углеродного волокна а также пилимерных смол и прочих связующий частей имеющийе свойста клея тоесть склеивание скрепление волокна между собой сам процес при изготовлениие композитных матерьялов достотаточно кропотливая работа и форму ему можно предать на начальных стадиях в дальнейшем оказать незначительные изменнения под пресом и высокой температуры иначе он просто лопается в отличии от сплава.

титан сам по счебе безполезен его добовляют в другие металы в расплавы как лигируещий компонетс для создания определенх визических эфектов допустим увелчение прочости метала силно много метал расколется как стекло но структура отанется нетронутой силно мало недаст некаих положительных эфектов допустим в железо добовляют хром чтобы зделать его более жоще и он мнеии ржавело так как малекулы хрома и железа тесно свяханы из за этого окислениее проиходит с хрома образуя зеленовато черный оклсид после чего только эелехо начнет окислятся отсавляя рыжий цвет

чем ниже листаю тем больше бредовые ответы какая группа победитова))))))) победит это опятьже сплав с обпределенной хакалкай его) а не метал и не как негруппа) имеется група металы неметалы щелочные маталы щелочно земельные галогены но не как не победитывые ) строители херовы) услышали про сверла с победитовым наконечником созданые для бедот им сказали что самый крепки) и все сразу хуню морозить как старые холодильники

МОлибден
С одной стороны да но он используется в качестве легируюющих добавок для повышение температуры плавлениея стали а также порог о кисления при определенных тмпературах на саму прочность элостичность и хрупкость невлияяет)

По удельной прочности (отношение прочности к удельному весу) титановые сплавы типа ВТ15 самые прочные.
Еще удельную прочность хорошо через километры измерять. Так называемая разрывная длина Т. е. какую длину трос (стержень) сам себя выдержит.
Для титановых сплавов - 30 км.
По абсолютной прочности - сталь впереди.

Там, где нужен минимальный вес и максимальная прочность и наплевать на стоимость, используют сплавы на основе бериллия. Они легче даже магниевых, а по прочности приближаются к титану. Эти сплавы, кроме неподъемной цены, еще и очень сложны и капризны в обработке, а пыль бериллия - ядовита!

пенопласт э то органическое соединение для начало вопрс был задан про сплав нахуя писать ересь всякую легкий а прочныйли пенопласт) ребят на вопросы если знаете отвечате конкретно не то что в голову пришло (

Уверен, что даже название такого сплава является Государственной тайной, тем более состав и цена. Слышал, что очень легкие и прочные сплавы на основе аллюминия используют для производства центрифуг для обогащения урана. Поищите по военно-техническим сайтам - может чего и просочилось.

каждый сплав имеет свое названиее был бы секрет смысл называть из таогда допустм латунЬ сплав цинка и медли бронза спалав олова и меди нержваейка сплав железа и магния в некотрох случиях никеля поэтому отлично блестит нержавеет имет достаточню массу по соотношению к эжелезу а также гораздо прочнее и элостичней делеза один из самых выдающихся сплавов по моему мнению используется в медецине жлектрнике бытоыой технике и приборах в техже кастрюляХ) несилно дорогой прочный но к сожелению тяжолый и тугоплавкией так как из за магния или никеля температура зашкаливает за 1650 грпдусов по целсию (

Титан это не сплав а металл. Обычно самыми легкими и довольно прочными сплавами является алюминиевые сплавы . Сталь очень прочный, но дорогой и скоро станет довольно редким . Я сам знаю прочный и легкий сплав - дюралюминний .Но по моему лучше использовать не сплавы а металлы вроде титана, ванадия, хрома, никеля, иридия, осмия и самого прочного-Вольфрама.

Какой самый прочный в мире сплав металлов?

Как ни странно, прочнее стали пока ничего не придумано. Естественно, не абы какая, а специальная. Имел дело с проволокой, имеющей прочность 450 кг/мм^2. Это при нормальных температурах. Подогрей за 600 градусов и приоритеты сместятся в сторону Сr-Ni сплавов.
Я не говорю про микро- и наноуровень.
Действительно, нанотрубки, нанопленки, графены, нитевидные кристаллы и т. п. на порядок прочнее, но на практике ( в изделиях) эту прочность пока не реализовали (были два года назад упоминания о реальной нити из нанотрубок, скрепленных полимером,. но чего-то заглохло) .

Из чистых химических элементов наибольшую прочность имеет бор. Волокна бора к прочности стали близки (это те, которые в бор-алюминиевых композитах используются) . Но это волокна, а не сам композит.

По удельной прочности (прочность, деленная на вес) композиционные и полимерные материалы лидируют уже опережая паутину.

Из металлов -хром. Самый твёрдый элемент -углерод (алмаз) Есть сплавы, (на основе карбида бора ) ,превышающие по твёрдости хром и приближающиеся к алмазу. Они называются металлокерамикой или композитом. Широко распространено хромирование автомобильных деталей, Хром добавляют в стали для придания им высокой твёрдости. Это называется легированием.

По удельной прочности (прочность/вес) - титановые сплавы, кевлар (из искуственных неметаллических, паутина (из естественных) .
По абсолютной - высокопрочные стали.
Если прочность нужна при высоких температурах - хромникелевые сплавы

Если структура кристалла без дефектов (или с только с винтовой дислокацией) , то прочность сразу на порядок выше становится. Например квадратный миллиметр такой совершенной медной проволоки выдержит 600 кг (из обычной меди - 10 кг) .
Но бездефектными ( с винтовой дислокацией) пока можно сделать только маленькие частицы. Так называемые нитевидные кристаллы, толщиной несколько микрометров. Реализовать их выдающуюся прочность в реальных конструкциях пока не смогли.

Ну а рекордсменом по прочности в настоящее время являются углеродные нанотрубки. В пересчете на миллиметр - аж 8 тонн выдерживают. Опять же, в конструкции конкретных деталей (или даже нитей) эту прочность реализовать пока не дано.

понятия твердость и прочность не путать. Фуллерен самый твердый (тверже алмаза) , но по прочности и он и алмаз в разы хуже стали..

Титан более чем в 1,5 раза тяжелее алюминия, и в этом он, конечно, ему проигрывает, но зато в 1,5 раза легче железа (7,8 г/см3). Однако, занимая по удельной плотности промежуточное положение между алюминием и железом, титан по своим механическим свойствам во много раз их превосходит. Титан обладает значительной твердостью: он в 12 раз тверже алюминия, в 4 раза–железа и меди. Еще одна важная характеристика металла – предел текучести. Чем он выше тем лучше детали из этого металла сопротивляются эксплуатационным нагрузкам. Предел текучести у титана почти в 18 раз выше, чем у алюминия. Удельная прочность сплавов титана может быть повышена в 1,5–2 раза. Его высокие механические свойства хорошо сохраняются при температурах вплоть до нескольких сот градусов. Чистый титан пригоден для любых видов обработки в горячем и холодном состоянии: его можно ковать, как железо, вытягивать и даже делать из него проволоку, прокатывать в листы, ленты, в фольгу толщиной до 0,01 мм.

Вопрос не имеет смысла, прочность бывает РАЗНАЯ. Бывает прочность статическая на разрыв, прочностьна давление, динамическая ударная, вязкостная прочность, на изгиб, на срез/кручение и ещё куча разных - специалисты могут составить список позиций на двадцать. И, понятное дело, для каждой прочности и для каждый УСЛОВИЙ наилучшие результаты покажут РАЗНЫЕ сплавы. Причём, как правило, про "самые-самые" никто не скажет, потому что часто специальные сверхпрочные сплавы (скажем, танковая броня) - это информация под грифом "совершенно секретно".

Для Сергея Коннова и прочих, кто в танке: не путайте прочность и твёрдость. Хром - ТВЁРДЫЙ металл, но отнюдь не самый ПРОЧНЫЙ. Это разные характеристики.

АДАМАНТИУМ (САМЫЙ ПРОЧНЫЙ) – уникальный по прочности сплав, впервые созданный американским ученым Майроном Маклэйном. В начале 1940х годов правительство США наняло его для проведения серии экспериментов с целью создания сверхпрочного металла. Год за годом Маклэйн с завидным упорством работал с различными сплавами. Получить адамантиум удалось лишь спустя несколько лет, и то по счастливой случайности. Из него был отлит щит, который передали правительству США в качестве доказательства успешных опытов. Впоследствии этот щит был вручен Капитану Америке, он пользуется им по сей день.

Последующие 10 лет доктор Маклэйн упорно экспериментировал, пытаясь воспроизвести процесс получения ценнейшего сплава, и только в начале 1950х годов его усилия увенчались успехом. Было получено вещество, называемое «адамантиумом» . Металл получили путем сплавления многочисленных химических элементов. При нагревании полученной массы до температуры 815 градусов по Цельсию, она превращается в адамантиум. Однако в жидком состоянии он способен находиться совсем недолго – всего 8 минут, а свои невероятные свойства приобретает после остывания. Переплавка адамантиума невозможна, даже путем повторного нагревания до более высоких температур.

Название «адамантиум» происходит от «адамант» - неразрушимый. Так раньше называли алмаз. Адамантиум упоминается не только на страницах комикса. Аналогом суперсплаву является «мифрил» Толкиена. Это металл, своей ценностью превосходящий золото. Гендальф Серый в «Братстве кольца» говорит, что мифрил можно ковать, как медь, и полировать, как стекло. Гномы (dwarfs) делали из него металл, тверже и легче закаленной стали. Он блестит, как расплавленное серебро, и этот блеск никогда не тускнеет.

Сплав из платиновых элементов, урана, вольфрама, хрома. Также с добавлением легирующих элементов, улучающих др. свойства. Например: магний, бериллий.

Теперь вот этот самый прочный
Специалистами калифорнийского института технологий получен уникальный по своим свойствам материал - это самый прочный сплав на сегодняшний день - «металлическое стекло». Уникальность нового сплава в том, что металлическое стекло сделано из металла, но имеет внутреннюю структуру стекла. Сегодня ученые выясняют, что именно придает сплаву такие необычные свойства и каким образом их можно будет внедрить в сплавы из менее дорогостоящих материалов.

Аморфная структура стекла, в отличие от кристаллической структуры металла, не защищена от распространения трещин, чем и объясняется хрупкость стекла. Этим же недостатком обладают и металлические стекла, которые также достаточно легко

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:

Модуль Юнга: учитывает эластичность элемента при растяжении, то есть способность объекта к сопротивлению при упругой деформации.
Предел текучести: определяет максимальный предел прочности материала, после которого он начинает проявлять пластичное поведение.
Предел прочности при растяжении: предельное механическое напряжение, после которого материал начинает разрушаться.

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.

Читайте также: