Список металлов по твердости

Обновлено: 19.09.2024

сопротивление металлов вдавливанию. Т. м. не является физической постоянной, а представляет собой сложное свойство, зависящее как от прочности и пластичности, так и от метода измерения. Т. м. характеризуется числом твёрдости. Наиболее часто для измерения Т. м. пользуются методом вдавливания. При этом величина твёрдости равна нагрузке, отнесённой к поверхности отпечатка, или обратно пропорциональна глубине отпечатка при некоторой фиксированной нагрузке. Отпечаток обычно производят шариком из закалённой стали (методы Бринелля, Роквелла), алмазным конусом (метод Роквелла) или алмазной пирамидой (метод Виккерса, измерение микротвёрдости (См. Микротвёрдость)). Реже пользуются динамическими методами измерения, в которых мерой твёрдости является высота отскакивания стального шарика от поверхности изучаемого металла (например, метод Шора) или время затухания колебания маятника, опорой которого является исследуемый металл (метод Кузнецова — Герберта — Ребиндера). Получает распространение метод измерения Т. м. с помощью ультразвуковых колебаний, в основе которого лежит измерение реакции колебательной системы (изменения её собственной частоты) на твёрдость испытуемого металла. Числа твёрдости указываются в единицах НВ (метод Бринелля), HV (метод Виккерса), HR (метод Роквелла), где Н от английского hardness — твёрдость. Поскольку при определении твёрдости методом Роквелла пользуются как стальным шариком, так и алмазным конусом, часто вводятся дополнительные обозначения — В (шарик), С и А (конус, разные нагрузки). По специальным таблицам или диаграммам можно осуществлять пересчёт чисел твёрдости (например, число твёрдости по Роквеллу можно пересчитать на число твёрдости по Бринеллю). Выбор метода определения твёрдости зависит от исследуемого материала, размеров и формы образца или изделия и др. факторов.

Твёрдость весьма чувствительна к изменению структуры металла. При изменении температуры или после различных термических и механических обработок величина Т. м. и сплавов меняется в том же направлении, что и предел текучести; поэтому часто при контроле изменения механических свойств после различных обработок металл характеризуют твёрдостью, которая измеряется проще и быстрее. Измерениями микротвёрдости пользуются при изучении механических свойств отдельных зёрен, а также структурных составляющих (См. Структурная составляющая) сложных сплавов.

Для относительной оценки жаропрочности металлических материалов иногда пользуются так называемой длительной твёрдостью (или микротвёрдостью), измерение которой производят при повышенной температуре длительное время (минуты, часы).

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Полезное

Смотреть что такое "Твёрдость металлов" в других словарях:

Твёрдость — сопротивление материала вдавливанию или царапанию. Т. не является физической постоянной, а представляет собой сложное свойство, зависящее как от прочности и пластичности материала, так и от метода измерения. Подробнее см. Твёрдость… … Большая советская энциклопедия

Твёрдость по Шору (Метод отскока) — У этого термина существует и другое значение, см. Твёрдость по Шору. При этом следует понимать, что хотя в другом значении этот метод так же является методом измерения твёрдости, оба метода предложены одним и тем же автором, имеют совпадающие… … Википедия

Твёрдость — У этого термина существуют и другие значения, см. Твёрдость (значения). Твёрдость это способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твёрдого тела индентора во всем диапазоне нагружения: от момента касания с… … Википедия

Сплавы (металлов) — Сплавы металлов, металлические сплавы, твёрдые и жидкие системы, образованные главным образом сплавлением двух или более металлов, а также металлов с различными неметаллами. Термин «С.» первоначально относился к материалам с металлическими… … Большая советская энциклопедия

Термическая обработка металлов — Металл в термопечи Термическая обработка металлов и сплавов процесс тепловой обработки металлических изделий, целью которого является изменение структуры и свойств в заданном направлении … Википедия

Твёрдость по Роквеллу — Роквелла метод [по имени американского металлурга С.Роквелла (S.Rockwell), разработавшего этод метод] способ определения твёрдости материалов (главным образом металлов) вдавливанием в испытываемую поверхность алмазного индентора с углом при… … Металлургический словарь

термическая обработка металлов — процесс обработки изделий из металлов и сплавов путём теплового воздействия для целенаправленного изменения их структуры и свойств. Термическая обработка металлов подразделяется на собственно термическую, заключающуюся только в тепловом… … Энциклопедия техники

Твёрдость минералов — ТВЕРДОСТЬ МИНЕРАЛОВ сопротивление механическому воздействию др., более прочного тела, обусловленное в основном прочностью кристаллической структуры м лов. Различают тв. царапанья, вдавливания, шлифования. У к лов большинства м лов, в зависимости… … Геологическая энциклопедия

Твёрдость по Шору — Методы измерения твёрдости по Шору: Твёрдость по Шору (Метод вдавливания) для низкомодульных материалов (полимеров). Твёрдость по Шору (Метод отскока) для высокомодульных материалов (металлов) … Википедия

Отпуск (металлов) — Отпуск металлов, вид термической обработки, заключающийся в нагреве закалённого сплава до температуры ниже нижней критической точки, выдержке и последующем охлаждении. Термин «О.» применяют главным образом к сталям. Процессы распада… … Большая советская энциклопедия

ТОП-20 самых твердых металлов в мире

Всего в мире насчитывается 94 вида металлов, различающихся по пластичности, ковкости, электропроводности, прочности. Ниже мы представим «двадцатку» самых твердых и перечислим их уникальные особенности.

Иридий

Это самый твердый металл на планете. Он почти не поддается обработке, но это не мешает его использованию в разных сферах промышленности. Из иридия делают комплектующие к ракетам и автомобильные детали. Его открыл в начале девятнадцатого века английский химик. Самый твердый в природе металл имеет следующие характеристики:

температура плавления — 2 466 градусов;
бело-серебристый окрас;
температура кипения — 4 428 градусов.

В природе встречается мало иридия. Ученые предполагают, что его залежи располагаются ближе к ядру Земли.

Рутений

Металл серебристого оттенка, открытый русским химиком в 1844 году, полностью инертен. Он относится к платиновой группе и является самым редким на земле. Ученые установили, что всего в мире не более пяти тысяч тонн рутения. В году удается добывать до 18 тонн. Из-за сравнительно большой цены рутений почти не применяют в промышленности, но его выбирают:

для каталитических реакций;
защиты титана от коррозии;
создания устойчивого сплава с платиной.

Высокопрочный тугоплавкий металл позволяет образовывать сложные химические соединения. Он придает золоту черный оттенок и применяется в аэрокосмической сфере.

Тантал

Открыт химиком из Швеции в 1804 году. Но выделить в чистом виде его смогли лишь через 120 лет и в Германии. Залежи редкого металла можно найти на западе Австралии. Сплавы с танталом не боятся попадания в агрессивную среду. Материал используют в авиакосмической и электронной промышленности, для создания атомной энергии, в составе медицинских протезов. Его считают самым плотным в мире — гарантировано высочайшее сопротивление коррозии.

Хром

Самый твердый и блестящий металл, который не боится кислотно-щелочного влияния, имеет голубоватый оттенок. Залежи хрома можно найти в Казахстане, Африке, на территории РФ. Открыт он был в России в 1763 году на Северном Урале.

Хром имеет высокую температуру плавления — до 1 856 градусов. Его добывают из кимберлита. По распространенности на планете занимает 22 позицию. На производство металлических сплавов приходится до 85 % запасов хрома. Используют его и в машиностроении, при проведении научных исследований, в синтезе искусственных рубинов.

Бериллий

Твердый металл, открытый французскими химиком в 1798 году, имеет серебристо-белый оттенок. Бериллий — высокотоксичный, может спровоцировать аллергические реакции. К нему нельзя приближаться без средств защиты. Но зато металл подходит для упрочнения стали — достаточно добавить 0,5 %, чтобы изделия выдерживали температуру красного каления. Бериллий выбирают для создания огнеупорных материалов, реактивного топлива. Из него создают экраны для аэрокосмической промышленности.

Осмий

Этот тугоплавкий и твердый металл был открыт в Великобритании в 1803 году. Он включен в платиновую группу и не боится агрессивного воздействия. Осмий используется в медицине при производстве кардиостимуляторов, легочных клапанов, в военном деле и химической промышленности. Это самый тяжелый и твердый металл в таблице Менделеева. Он плохо поддается обработке.

Рений

Один из самых редких тугоплавких металлов высокой прочности на планете. Его открыли в 1925 году химики из Германии, но первое предположение о существовании этого элемента высказывал еще Д.И. Менделеев в конце девятнадцатого века. Количество ежегодной добычи металла сейчас достигает сорока тонн. Его используют для производства катализаторов, самоочищающихся электрических контактов. Температура плавления достигает 2 000 градусов Цельсия. Металл находит применение в авиационных и ракетных двигателях.

Вольфрам

Серебристо-серый цвет и высокая тугоплавкость этого металла определяют сферы его применения. Вольфрам был открыт в 1781 году шведским химиком. Его используют для изготовления элементов накаливания, хирургических инструментов, контейнеров для хранения радиоактивных материалов. Этот металл плавится при температуре до 3422 градусов Цельсия. Способность сохранять эксплуатационные свойства при экстремально высоких температурах сделала вольфрам востребованным в военной промышленности.

Уран

Один из наиболее твердых металлов в мире был открыт в 1840 году, но о его высоких радиоактивных свойствах узнали только через 56 лет. Французский химик Беккерель потратил годы на исследование уранового излучения.

Залежи этого элемента в природе очень велики. Урановую руду активно добывают в Казахстане, Австралии, разных регионах России. Запасы радиоактивного элемента природного происхождения распространены в земной коре.

Титан

Это самый легкий и твердый металл из всех в мире. Титан удалось получить лишь в 1825 году шведским химиком. Его отличают серебристо-белый оттенок, высокая стойкость к механическим и коррозийным воздействиям. К другим свойствам относятся:

температура плавления — до 1 668 градусов Цельсия;
низкая электропроводность;
высокая прочность на разрыв.

Титан выступает в роли легирующего элемента во многих сплавах, применяется в судостроительной отрасли и аэрокосмической промышленности, в медицине и машиностроении. Он содержится в виде оксидов в большей части магматических пород.

Родий

В ТОП самых твердых металлов входит и родий — самый дорогой из платиновой группы. Он имеет голубовато-серебристый оттенок. Родий — благородный металл с холодным, аристократическим блеском. Он содержится в никелевых и платиновых рудах, распространен в Южной Америке.

До 81 % всех запасов направляют на изготовление каталитических фильтров-нейтрализаторов. Родий устойчив кфизическому воздействию. Механическая обработка возможна только при нагревании до 810-900 градусов Цельсия. Серная кислота и раскаленная царская водка не способны растворить этот металл. Родий легко сплавляется с другими платиноидами.

Палладий

Благородный металл серебристого цвета из платиновой группы. Крупнейшие месторождения находятся в Норильске (Россия), на Аляске, в Австралии, Африке и Канаде.

Палладий используют для производства искусственных волокон, постоянных магнитов, электрических контактов в приборах. Это ковкий, тягучий металл, который не тускнеет на воздухе. Редкий элемент был открыт английским химиком в 1803 году — его обнаружили в самородной платине. Температура плавления составляет 1 554 градуса Цельсия.

Железо

Уникальный ковкий металл, составляющий большую часть ядра нашей планеты. Это наиболее распространенный элемент земной коры. Железо в чистом виде — довольно пластичный металл серебристо-серого цвета, который используется в разных направлениях промышленности. Он имеет малую стоимость. К характеристикам относятся:

плотность — 7,84 г/см3;
температура кипения — 2 862 градуса Цельсия;
температура плавления — 1 538 градусов Цельсия.

Сталь

Высокая твердость сплава железа с углеродом, устойчивость к коррозийному воздействию позволяют использовать разные марки инструментальной стали в промышленности. Это самый твердый металл для ножа, из которого делают сверла и другие части инструментов, механизмы для строительной сферы. Легированная высокоуглеродистая сталь относится к наиболее твердым. Помимо железа и углерода она может включать молибден, марганец, ванадий, хром.

Платина

Редкий драгоценный металл, который встречается в магматических месторождениях. Платина имеет цвет, переходящий от серо-стального к темно-серому. Этот минерал редко встречается в чистом виде, содержит примеси иридия и никеля, палладия. Разведанные запасы составляют около 80 000 тонн и распределяются по ЮАР, США и России.

Платина применяется в качестве катализатора, легирующей добавки для высокопрочных сталей, в ювелирной промышленности, для производства постоянных магнитов, в виде покрытия для деталей СВЧ-техники.

Никель

В природе никель встречается в минералах с высоким содержанием серы или мышьяка. Это переходный элемент, который используется в металлопрокате для производства сталей. На это уходит до 68 % от общего объема добычи. Никель выбирают и для чеканки монет, при разработке аккумуляторных батарей и в гальванике, в музыкальной промышленности, медицине, химических и радиационных технологиях.

Крупные запасы располагаются в Индонезии, на территории России, на Филиппинах. Никель плавится при температуре 1 453 градуса Цельсия. Он был открыт в Швеции в 1751 году.

Бронза

Это сплав меди с оловом, марганцем и другими добавками, включая свинец и фосфор. Его температура плавления варьируется от 930 до 1 140 градусов Цельсия. Бронза — пластичная и твердая. Оттенки варьируются в зависимости от состава. Различают золотистую и серебристую, красную, серую и черную бронзу. Она используется при производстве:

фурнитуры и элементов декора;
деталей для механизмов и машин;
многочисленных фитингов (переходники, муфты, тройники);
ювелирных изделий.

Медь

Это один из немногих элементов, которые встречаются в природе в пригодной для использования форме. Медь не требует предварительного извлечения из минеральных руд, поэтому она стала пригодной для эксплуатации очень давно. Еще до нашей эры ее использовали с оловом для получения бронзы. Сейчас медь применяется при производстве кровельных материалов, сантехнического оборудования, кабелей и электрических проводов. Этот металл плавится при температуре 1083 градуса Цельсия. Предел его текучести достигает 340 мПа.

Алюминий

Это широко используемый в разных отраслях промышленности и строительства цветной металл. Из него состоит около 8 % всей земной коры. Алюминий используется в аэрокосмической промышленности, при развитии городской инфраструктуры, для производства металлургического оборудования. К его главным характеристикам относятся:

устойчивость к коррозийному воздействию;
низкая плотность;
текучесть — до 120 мПа;
температура плавления — до 660 градусов.

Золото

Один из самых востребованных в ювелирном деле драгоценных металлов. Исторически сложилось, что золото используется в медицине, электронной промышленности и для изготовления денег. Свыше 10 % всех мировых запасов идет на производство коррозийно-стойких элементов. Геологи уверены, что недра нашей планеты скрывают свыше 80 % золотых запасов. Температура плавления металла — 1064 градуса Цельсия, а его текучесть — до 30 мПа. Золото характеризуется:

высокой плотностью, тягучестью;
хорошей полируемостью и отражающей способностью;
большим удельным весом;
низким сопротивлением электризации.

Таблица по твёрдости Мооса

Самые твердые металлы по шкале Мооса представлены в таблице по убыванию значений:

ТОП-20 самых прочных и крепких металлов

Прочность металла — это его устойчивость к нагрузкам, способность внутренней структуры противостоять внешнему воздействию. Для выявления самого крепкого металла за основу можно взять предел прочности или текучести в МПа. Эти величины показывают, какое усилие нужно приложить для нарушения молекулярных связей в материалах. Чем выше предел прочности, тем крепче металл. Наиболее устойчивые к воздействиям материалы активно применяются в машиностроительной и оборонной промышленности, в самолето-, ракетостроении, в строительстве и при сооружении металлоконструкций, спецтехники для индустриальных комплексов. В нашем ТОП-20 собраны самые крепкие металлы в мире с учетом показателей предела прочности.

Иридий

В России его ставят на одну планку с драгоценными. Иридий входит в платиновую группу. Этот металл открыл в 1803 году британец Теннант. Свое название («радуга» в пер. с греческого) иридий получил из-за красочных солей разных оттенков, которые выпадают в осадок при вступлении в реакции с ним. К особенностям металла относятся:

высокая твердость — иридий является одним из немногих металлов, которые сложно обрабатывать;
плавление материала при + 2466, закипание при +4428 градусах;
сохранение инертности — при подогреве.

Иридий применяется для авиа-, космической промышленности. Без этого материала не обходится изготовление высокопрочных автомобильных деталей.

Рений

Название этого крепкого металла имеет «речное» происхождение. Свое наименование рений получил в честь немецкой реки Рейн. Официально металл был открыт в 1928 году, но только через два года его производство приобрело промышленные масштабы. Рений извлекается из молибденовых руд и обладает следующими свойствами:

тугоплавкость — расплавить металл можно только при +3200 градусах Цельсия;
высокая пластичность;
кипит только при +5600 градусах;
выдерживает много циклов охлаждения и последующего нагрева без потери прочности;
сравнительно высокая плотность — 21 грамм на куб. сантиметр.

Рений используют при сооружении ракет, подготовке высокопрочных сплавов, в электронике и электротехническом оборудовании.

Вольфрам

История этого прочного металла началась в 50-х годах 18 века. Но только в 1780 году он был официально открыт химиками Элюар из Испании. Братья провели ряд исследований элемента и выявили его важнейшие свойства. Крупнейшие залежи металла в виде окисленных соединений базируются в Канаде и США, на территории Казахстана. Из-за высокой прочности этот материал поддается обработке только порошковым методом. Среди свойств выделяются:

термостойкость — плавиться вольфрам начинает при температуре от +2450 градусов;
парамагнетизм;
отличная звукопроводность — 4 300 метров за секунду.

Тугоплавкий металл используют в лампах накаливания, вакуумных системах, в оружейной промышленности. Он незаменим везде, где нужно выдерживать экстремальные температуры.

Цирконий

Серо-белый цирконий обладает повышенной устойчивостью к воздействию кислот, кроме горячей серной, не боится коррозии. Первооткрывателем стал Клапрот в 1789 году. Но лишь через 35 лет после этого металл обнаружили в аморфной среде. Кипит цирконий при +4377 градусах, а плавится — при +1855.

Этот металл встречается в земной коре в виде пяти изотопов — одного радиоактивного и четырех стабильных. Высокая химическая стойкость позволяет эксплуатировать цирконий для изготовления качественной посуды с отличными гигиеническими показателями. Применяется он при производстве хирургических инструментов, протезов.

Молибден

Первооткрывателем молибдена стал Карл Шееле в 1778 году. Но в металлической форме его получили только через три года. В чистом виде молибден был выделен в 1817 году путем восстановления оксида водородом. Крупнейшие месторождения находятся в США, Мексике, Норвегии и Канаде.

Молибден парамагнитен, имеет низкий коэффициент теплового расширения, плавится при 2 620 градусах Цельсия. В природе встречается в виде семи изотопов. Этот металл нужен для легирования сталей, при создании жаростойких сплавов, используется в вакуумных печах в форме нагревательных элементов. Чистый молибден выбирают для лазерного оборудования.

Хром

Этот металл с голубоватым оттенком был получен в 1797 году в форме карбида. Первооткрывателем стал французский химик Воклен. Один из самых твердых элементов сложно назвать редким — его содержание в земной коре превышает 0,03 грамма на тонну от общей массы. Но в чистом виде хром не встречается. Среди свойств выделяются:

парамагнетизм — проявляется при температуре выше +37 градусов Цельсия, антиферромагнитные свойства — при температуре ниже указанного значения;
отсутствие реакции с кислотами — элемент не подвергается их воздействию;
температура плавления — 1857 градусов.

Хром добавляется в легированные стали для увеличения их прочности в два-три раза. Он используется и при окрашивании, нанесении покрытий, производстве тугоплавких материалов, как катализатор в процессе обработки углеводорода.

Титан

Этот элемент стал открытием 1791 года — одновременно в Германии и во Франции. Но его выделили в чистом виде только через тринадцать лет в Швеции. В 1940 году после получения патента на восстановление титана из тетрахлорида началось производство металла в промышленных масштабах. Залежами этого металла богаты страны Россия, Канада.

Титан — металл пластичный, но крепкий. Степень его прочности зависит от обработки. Плавится материал при +1700 градусах Цельсия. Используют титан для производства бронированных жилетов и обшивки подводных лодок, при изготовлении трубопроводов и реакторов, медицинских протезов и имплантов. Он добавляется и в легированные стали для упрочнения.

Уран

Это элемент, который слабо вступает в реакции с другими веществами. В чистом виде его удалось выделить лишь в 1840 году. Радиоактивный металл является одним из самых прочных на планете. К его свойствам относятся:

парамагнетизм;
температура плавления +1100 градусов;
большой удельный вес — 18,7 граммов на куб. см.

Уран имеет глянцевую поверхность с бело-серебристым оттенком. Она активно применяется в ядерной энергетике (при производстве топлива), для медицинского синтеза. Используют уран и при подготовке оружия в оборонной промышленности.

Никель

Это отличный катализатор, который обладает высокой прочностью и при повышенных температурных показателях. Никель — пластичный и ковкий ферромагнетик. Он устойчив к коррозии, окислению на воздухе, твердый и вязкий, хорошо полируется. Плавится металл при +1452 градусах Цельсия.

Никель — элемент с серебристо-белым окрасом, который был открыт в 1751 году шведским минерологом Кронстедтом. Из руды ученый выделил зеленый оксид, который в результате был восстановлен до никеля. Сейчас металл широко применяется в промышленности, на его основе делают суперсплавы с высокими эксплуатационными свойствами. Никель используется в монетном деле, при производстве аккумуляторных батарей, медицине. Никелирование защищает поверхности других металлов от коррозии.

Ниобий

Тугоплавкий и устойчивый к ржавлению материал относится к группе металлов. Он имеет серо-серебристый окрас, плавится при +2467 градусах Цельсия. К другим свойствам ниобия относятся:

плотность — 8,57 граммов на кубический сантиметр;
температура кипения — 4742 градуса.

В природе встречается единственный изотоп ниобия. Этот элемент открыли в Британии в начале девятнадцатого века. Он получил название колумбита. Только в 1952 году ниобий официально получил нынешнее обозначение. Месторождения материала находятся в Японии, на Кольском полуострове и в США. Применяется ниобий для изготовления деталей авиационной техники, легирования цветмета, в электронике и вычислительной технике.

Тантал

Металл сочетает серебристый и белый окрас, имеет плотную оксидную пленку. Тантал в чистом виде был получен в 1844 году немцем Розе. Но открыли его еще за сорок лет до этого. Содержание тантала в земной коре — до 0,000002 грамма на тонну от общей массы. Этим обусловлена его высокая цена — больше 250 долларов за грамм. Тантал плавится при температуре свыше +3000 градусов Цельсия, пластичен как золото, но очень крепок, имеет высокую плотность и не боится ржавчины. Он применяется в лабораторной посуде, хирургических инструментах, при создании жаростойких сплавов. Используется тантал и в системах ядерной энергетики, в автомобильной промышленности, электронике.

Железо

Это один из самых распространенных металлов (свыше 90 % в земном ядре), который сам по себе не отличается большой прочностью. Но в комбинации с углеродом и другими компонентами железо образует очень крепкие соединения — к примеру, сталь. К свойствам металла причисляют:

способность намагничиваться;
температуру плавления +1538 градусов Цельсия, закипания — более +2850 градусов;
полиморфизм (четыре кристаллические модификации).

Среди сфер применения железа наиболее распространены машиностроение, сооружение крепежных элементов, производство стройматериалов и металлоконструкций.

Кобальт

Твердый, блестящий, тягучий металл визуально напоминает железо. Кобальт плавится при +1768 градусах Цельсия. Этот металл был открыт в 1735 году, но окончательно его позиционировали в качестве самостоятельного элемента только через 46 лет. Французский химик Макер определил металлургический метод получения кобальта. Кстати, его название происходит от слова «коболд», что означает гном или домовой. При обжиге некоторых кобальтовых минералов выделяются ядовитые окислы мышьяка.

Доля кобальта в земной коре составляет 4-10 % от общей массы. Этот металл используется в атомной промышленности, растениеводстве, при получении магнитов и сплавов повышенной прочности.

Медь

Медь — распространенный, прочный материал, хороший проводник электричества и тепла, компонент металлических сплавов, используемых в ювелирной промышленности. Плавится она при +1083 градусах Цельсия, а закипает — при +2562 градусах. Ковкая пластичная чистая медь имеет розовато-оранжевый окрас. Она подлежит вторичной переработке без потери качества.

Медь находится в тройке лидеров по объему мирового потребления и производства. Она применяется в химической промышленности, при производстве автомобилей и электроприборов, цифровой и бытовой техники, в тензометрических датчиках и монетном деле.

Осмий

Он стал известен в 1803 году благодаря британскому химику Теннанту. Осмий выделили в форме осадка после растворения платины в смеси азотной и соляной кислот. Осмий — металл голубовато-серого цвета, имеющий высокую удельную массу и прочность. Он сохраняет блеск и под воздействием экстремальных температур, Добывают металл в Сибири и на Урале, в США и Колумбии. Тугоплавкий осмий содержится в платиновых минералах и растворах с иридием. В земной коре — 0,007 грамма металла на тонну.

Осмий плавится при +3033 градусах. Это самый плотный элемент на планете (22,6 г/см3). Он почти не применяется в чистом виде — исключительно с легирующими добавками. Металл из платиновой группы широко распространен в ядерной промышленности.

Магний

Это легкий металл, имеющий небольшую плотность, малый вес. Он подвергается разным методам обработки — от ковки и прокатки до сварки и штамповки. Открыли магний в 1809 году в Великобритании. Химик Гемфри Дэви получил металл путем электролиза смеси из оксида ртути и магнезии. Температура кипения магния — 1090 градусов, а плавится он при +650 градусах Цельсия. Металл отлично прессуется, прокатывается, поддается резке при высокой чистоте.

Магний используется в качестве огнеупорного материала, при создании ракет в военном деле, в медицине, фотографии, при изготовлении аккумуляторных батарей. Его запасы сосредоточены в Норвегии, США и Китае.

Бериллий

Относительно распространенный металл был открыт французским химиком Вокленом в 1798 году. Его содержание в земной коре достигает четырех граммов на тонну в общей массе. Ключевые месторождения сосредоточены вблизи вулканов — в США, Китае и Казахстане. Бериллий обладает:

высокой упругостью;
максимальной звукопроводимостью — 12,5 метра в секунду;
высокой токсичностью.

Металл обладает канцерогенным действием. Но его успешно эксплуатируют в акустике, ядерной энергетике, при изготовлении лабораторных тиглей, в аэрокосмической технике, при создании вакуумных труб и огнеупорных материалов.

Алюминий

Это один из ключевых элементов для промышленности, самый используемый цветной металл в мире. Земная кора состоит из алюминия на 8 %. Он плавится при +660 градусах. Низкая плотность (всего 2,6 грамма на куб. см), устойчивость к коррозии за счет образования плотных оксидных пленок позволяют эксплуатировать алюминий в аэрокосмической промышленности, при конструировании судов, автомобилей, катеров.

Этот металл относится к группе легких, хорошо проводит тепло и электрический ток. Впервые алюминий был получен в 1825 году датчанином Эрстедом. Позднее другой химик Велер использовал калий для восстановления другого чистого металла.

Кадмий

Кадмий — тягучий и ковкий металл в бело-серебристом окрасе. Он плавится при +321 градусе, а закипает — при 765 градусах Цельсия. В 1817 году немец Штромейер открыл кадмий при исследовании свойств цинковых оксидов. Металл получил название по греческому обозначению руды. Кадмий прочнее олова, но поддается резке ножом. Теряет упругость он при +80 градусах Цельсия.

Кадмий используют при создании солнечных батарей, нанесении антикоррозийных покрытий на иные металлы, при производстве аккумуляторов.

Олово

Сравнительно пластичный металл в белом цвете с серебристым отливом. Он наименее твердый из всех перечисленных материалов. Олово плавится при +232 градусах Цельсия, не окисляется, не ржавеет при комнатной температуре. Особенно часто его используют в сплавах — припоях, где содержание самого металла не превышает 60 %. Вместе с медью олово образует бронзу — один из наиболее ценных материалов.

К сферам применением олова относят электронику, изготовление пищевой тары, производство белой жести, подшипников, трубопроводов.

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.

Твердость металлов

Машиностроительные детали и механизмы, а также инструменты, предназначенные для их обработки, обладают набором механических характеристик. Немалую роль среди характеристик играет твердость. Твердость металлов наглядно показывает:

износостойкость металла;
возможность обработки резанием, шлифованием;
сопротивляемость местному давлению;
способность резать другой материал и прочие.

На практике доказано, что большинство механических свойств металлов напрямую зависят от их твердости.

Понятие твердости

Твердость материала – это стойкость к разрушению при внедрении во внешний слой более твердого материала. Другими словами, способность к сопротивлению деформирующим усилиям (упругой или пластической деформации).

Определение твердости металлов производится посредством внедрения в образец твердого тела, именуемого индентором. Роль индентора выполняет: металлически шарик высокой твердости; алмазный конус или пирамида.

После воздействия индентора на поверхности испытуемого образца или детали остается отпечаток, по размеру которого определяется твердость. На практике используются кинематические, динамические, статические способы измерения твердости.

В основе кинематического метода лежит составление диаграммы на основе постоянно регистрирующихся показаний, которые изменяются по мере вдавливания инструмента в образец. Здесь прослеживается кинематика всего процесса, а не только конечного результата.

Динамический метод заключается в следующем. Измерительный инструмент воздействует на деталь. Обратная реакция позволяет рассчитать затраченную кинетическую энергию. Данный метод позволяет проводить испытание на твердость не только поверхности, но и некоторого объема металла.

Статические методы – это неразрушающие способы, позволяющие определить свойства металлов. Методы основаны на плавном вдавливании и последующей выдержке в течение некоторого времени. Параметры регламентируются методиками и стандартами.

Прилагаемая нагрузка может прилагаться:

вдавливанием;
царапанием;
резанием;
отскоком.

Машиностроительные предприятия на данный момент для определения твердости материалов используют методы Бринелля, Роквелла, Виккерса, а также метод микротвердости.

На основе проводимых испытаний составляется таблица, в которой указываются материалы, прилагаемые нагрузки и полученные результаты.

Единицы измерения твердости

Каждый способов измерения сопротивления металла к пластической деформации имеет свою методику его проведения, а также единицы измерения.

Измерение твердости мягких металлов производится методом Бринелля. Данному способу подвергаются цветные металлы (медь, алюминий, магний, свинец, олово) и сплавы на их основе, чугуны (за исключением белого) и отожженные стали.

Твердость по Бринеллю определяется вдавливанием закаленного, отполированного шарика из шарикоподшипниковой стали ШХ15. Окружность шарика зависит от испытуемого материала. Для твердых материалов – все виды сталей и чугунов – 10 мм, для более мягких – 1 – 2 — 2,5 — 5 мм. Необходимая нагрузка, прилагаемая к шарику:

сплавы железа – 30 кгс/мм2;
медь и никель – 10 кгс/мм2;
алюминий и магний – 5 кгс/мм2.

Единица измерения твердости – это числовое значение и следующий за ними числовой индекс HB. Например, 200 НВ.

Твердость по Роквеллу определяется посредством разницы приложенных нагрузок к детали. Вначале прикладывается предварительная нагрузка, а затем общая, при которой происходит внедрение индентора в образец и выдержка.

В испытуемый образец внедряется пирамида (конус) из алмаза или шарик из карбида вольфрама (каленой стали). После снятия нагрузки производится замер глубины отпечатка.

Единица измерения твердости – это условные единицы. Принято считать, что единица — это величина осевого перемещения конуса, равная 2 мкм. Обозначение твердости маркируется тремя буквами HR (А, В, С) и числовым значением. Третья буква в маркировке обозначает шкалу.

Методика отображает тип индентора и прилагаемую к нему нагрузку.

Тип шкалы	Инструмент	Прилагаемая нагрузка, кгс
А	Конус из алмаза, угол вершины которого 120°	50-60
В	Шарик 1/16 дюйма	90-100
С	Конус из алмаза, угол вершины которого 120°	140-150

В основном, используются шкалы измерения А и С. Например, твердость стали HRC 26…32, HRB 25…29, HRA 70…75.

Измерению твердости по Виккерсу подвергаются изделия небольшой толщины или детали, имеющие тонкий, твердый поверхностный слой. В качестве клинка используется правильная четырехгранная пирамида угол при вершине, которой составляет 136°. Отображение значений твердости выглядит следующим образом: 220 HV.

Измерение твердости по методу Шора производится путем замера высоты отскока упавшего бойка. Обозначается цифрами и буквами, например, 90 HSD.

К определению микротвердости прибегают, когда необходимо получить значения мелких деталей, тонкого покрытия или отдельной структуры сплава. Измерение производят путем измерения отпечатка наконечника определенной формы. Обозначение значения выглядит следующим образом:

_0,196 — нагрузка на наконечник, Н;

2800 – численное значение твердости, Н/мм 2 .

Твердость основных металлов и сплавов

Измерение значения твердости проводится на готовых деталях, отправляющихся на сборку. Контроль производится на соответствие чертежу и технологическому процессу. На все основные материалы уже составлены таблицы значений твердости как в исходном состоянии, так и после термической обработки.

Цветные металлы

Твердость меди по Бринеллю составляет 35 НВ, значения латуни равны 42-60 НВ единиц в зависимости от ее марки. У алюминия твердость находится в диапазоне 15-20 НВ, а у дюралюминия уже 70НВ.

Черные металлы

Твердость по Роквеллу чугуна СЧ20 HRC 22, что соответствует 220 НВ. Сталь: инструментальная – 640-700 НВ, нержавеющая – 250НВ.

Для перевода из одной системы измерения в другую пользуются таблицами. Значения в них не являются истинными, потому что выведены империческим путем. Не полный объем представлен в таблице.

HB	HV	HRC	HRA	HSD
228	240	20	60.7	36
260	275	24	62.5	40
280	295	29	65	44
320	340	34.5	67.5	49
360	380	39	70	54
415	440	44.5	73	61
450	480	47	74.5	64
480	520	50	76	68
500	540	52	77	73
535	580	54	78	78

Значения твердости, даже если они производятся одним и тем же методом, зависят от прилагаемой нагрузки. Чем меньше нагрузка, тем выше показания.

Методы измерения твердости

Все методы определения твердости металлов используют механическое воздействие на испытуемый образец – вдавливание индентора. Но при этом не происходит разрушение образца.

Метод определения твердости по Бринеллю был первым, стандартизованным в материаловедении. Принцип испытания образцов описан выше. На него действует ГОСТ 9012. Но можно вычислить значение по формуле, если точно измерить отпечаток на образце:

HB=2P/(πD*√(D 2 -d 2 ),

где
Р – прикладываемая нагрузка, кгс;
D – окружность шарика, мм;
d – окружность отпечатка, мм.
Шарик подбирается относительно толщины образца. Нагрузку высчитывают предварительно из принятых норм для соответствующих материалов:
сплавы из железа — 30D 2 ;
медь и ее сплавы — 10D 2 ;
баббиты, свинцовые бронзы — 2,5D 2 .

Условное изображение принципа испытания

Схематически метод исследования по Роквеллу изображается следующим образом согласно ГОСТ 9013.

Метод измерения твердости по Роквеллу

Итоговая приложенная нагрузка равна сумме первоначальной и необходимой для испытания. Индикатор прибора показывает разницу глубины проникновения между первоначальной нагрузкой и испытуемой h –h_0.

Метод Виккерса регламентирован ГОСТом 2999. Схематически он изображается следующим образом.

Математическая формула для расчета:
HV=0.189*P/d 2 МПа
HV=1,854*P/d 2 кгс/мм 2
Прикладываемая нагрузка варьируется от 9,8 Н (1 кгс) до 980 Н (100 кгс). Значения определяются по таблицам относительно измеренного отпечатка d.

Метод считается эмпирическим и имеет большой разброс показаний. Но прибор имеет простую конструкцию и его можно использовать при измерении крупногабаритных и криволинейных деталей.

Измерить твердость по Моосу металлов и сплавов можно царапанием. Моос в свое время предложил делать царапины более твердым минералом по поверхности предмета. Он разложил известные минералы по твердости на 10 позиций. Первую занимает тальк, а последнюю алмаз.

После измерения по одной методике перевод в другую систему весьма условен. Четкие значения существуют только в соотношении твердости по Бринеллю и Роквеллу, так как машиностроительные предприятия их широко применяют. Зависимость можно проследить при изменении диаметра шарика.

d, мм	HB	HRA	HRC	HRB
2,3	712	85,1	66,4	—
2,5	601	81,1	59,3	—
3,0	415	72,6	43,8	—
3,5	302	66,7	32,5	—
4,0	229	61,8	22	98,2
5,0	143	—	—	77,4
5,2	131	—	—	72,4

Как видно из таблицы, увеличение диаметра шарика значительно снижает показания прибора. Поэтому на машиностроительных предприятиях предпочитают пользоваться измерительными приборами с однотипным размером индентора.

Читайте также: