Ar galite įsivaizduoti, kas būtų nutikę, jei mūsų protėviai nebūtų atradę svarbių metalų, tokių kaip sidabras, auksas, varis ir geležis? Tikriausiai vis dar gyventume trobelėse, kurių pagrindinis įrankis yra akmuo. Būtent metalo stiprumas vaidino svarbų vaidmenį formuojant mūsų praeitį ir dabar yra pagrindas, ant kurio kuriame ateitį.
Jei jums įdomu, kurie metalai yra kiečiausi ir stipriausi pasaulyje, į šį klausimą atsakysime atsižvelgdami į įvairius santykinio medžiagų kietumo įvertinimus (Moso skalė, Brinelio metodas), taip pat į tokius parametrus kaip:
- Youngo modulis: atsižvelgiama į elemento elastingumą tempimui, tai yra, objekto gebėjimą atsispirti tampriajai deformacijai.
- Taekumo stiprumas: nustato didžiausią medžiagos tempimo stiprumą, po kurio ji pradeda plastiškai elgtis.
- Tempiamasis stipris: ribinis mechaninis įtempis, kurį viršijus medžiaga pradeda gesti.
10. Tantalas
Šis metalas turi tris privalumus: yra patvarus, tankus ir labai atsparus korozijai. Be to, šis elementas priklauso ugniai atsparių metalų, tokių kaip volframas, grupei. Norėdami išlydyti tantalą, turėsite sukurti 3017 °C temperatūros ugnį.
Tantalas pirmiausia naudojamas elektronikos sektoriuje gaminant ilgalaikius, didelio našumo kondensatorius telefonams, namų kompiuteriams, fotoaparatams ir net automobilių elektroniniams prietaisams.
9. Berilis
Bet geriau nesiartinti prie šio metalinio grožio be apsaugos priemonių. Kadangi berilis yra labai toksiškas ir turi kancerogeninį bei alerginį poveikį. Jei įkvėpsite oro, kuriame yra berilio dulkių ar garų, išsivystys berilio liga, kuri paveiks plaučius.
Tačiau berilis yra ne tik žalingas, bet ir naudingas. Pavyzdžiui, į plieną įpilkite tik 0,5 % berilio ir gausite spyruokles, kurios išliks elastingos net ir pašildytos iki karštos temperatūros. Jie gali atlaikyti milijardus apkrovos ciklų.
Berilis naudojamas aviacijos ir kosmoso pramonėje kuriant šilumos skydus ir valdymo sistemas bei ugniai atsparias medžiagas. Ir net Didžiojo hadronų greitintuvo vakuuminis vamzdelis pagamintas iš berilio.
8. Uranas
Ši natūraliai susidaranti radioaktyvi medžiaga labai plačiai paplitusi žemės plutoje, tačiau susitelkusi tam tikrose kietose uolienose.
Vienas kiečiausių metalų pasaulyje, jis turi du komerciškai reikšmingus pritaikymus – branduolinius ginklus ir branduolinius reaktorius. Taigi galutiniai urano pramonės produktai yra bombos ir radioaktyviosios atliekos.
7. Geležis ir plienas
Kaip gryna medžiaga, geležis nėra tokia kieta kaip kiti reitingo dalyviai. Tačiau dėl minimalių gavybos sąnaudų jis dažnai derinamas su kitais elementais gaminant plieną.
Plienas yra labai stiprus lydinys, pagamintas iš geležies ir kitų elementų, tokių kaip anglis. Tai dažniausiai naudojama medžiaga statybų, mechaninės inžinerijos ir kitose pramonės šakose. Ir net jei neturite nieko bendro su jais, vis tiek naudojate plieną kiekvieną kartą, kai pjaustote maistą peiliu (žinoma, nebent tai keramika).
6. Titanas
Titanas praktiškai yra stiprumo sinonimas. Jis turi įspūdingą savitąjį stiprumą (30-35 km), kuris yra beveik dvigubai didesnis nei legiruotojo plieno.
Būdamas ugniai atsparus metalas, titanas yra labai atsparus karščiui ir trinčiai, todėl yra vienas populiariausių lydinių. Pavyzdžiui, jis gali būti legiruotas su geležimi ir anglimi.
Jei jums reikia labai kietos ir tuo pačiu labai lengvos konstrukcijos, tuomet nerasite geresnio metalo nei titanas. Dėl šios priežasties jis yra pirmasis pasirinkimas kuriant įvairias dalis orlaivių, raketų ir laivų statybos pramonėje.
5. Renis
Tai labai retas ir brangus metalas, kuris, nors ir gamtoje randamas gryna forma, dažniausiai yra „priedas“ – molibdenito priemaiša.
Jei Geležinio žmogaus kostiumas būtų pagamintas iš renio, jis neprarastų stiprumo galėtų atlaikyti 2000°C temperatūrą. Nutylėsime, kas būtų nutikę pačiam Geležiniam Žmogui kostiumo viduje po tokio „ugnies šou“.
Rusija yra trečioji šalis pasaulyje pagal gamtinius renio išteklius. Šis metalas naudojamas naftos chemijos pramonėje, elektronikoje ir elektrotechnikoje bei orlaivių ir raketų varikliuose.
4. Chromas
Pagal Moso skalę, matuojančią cheminių elementų atsparumą įbrėžimams, chromas patenka į geriausių penketuką, atsilieka tik nuo boro, deimantų ir volframo.
Chromas vertinamas dėl didelio atsparumo korozijai ir kietumo. Jį lengviau valdyti nei platinos grupės metalus ir yra gausiau, todėl chromas yra populiarus elementas, naudojamas lydiniuose, tokiuose kaip nerūdijantis plienas.
O vienas stipriausių metalų Žemėje naudojamas kuriant maisto papildus. Žinoma, jūs valgysite ne gryną chromą, o dietinį jo derinį su kitomis medžiagomis (pavyzdžiui, chromo pikolinatu).
3. Iridis
Kaip ir jo „brolis“ osmis, iridis priklauso platinos grupės metalams ir savo išvaizda primena platiną. Jis yra labai kietas ir atsparus ugniai. Norėdami ištirpinti iridį, turėsite sukurti ugnį, aukštesnę nei 2000 °C.
Iridis laikomas vienu sunkiausių metalų Žemėje, taip pat vienu atspariausių korozijai elementų.
2. Osmis
Šis „kietas riešutėlis“ metalų pasaulyje priklauso platinos grupei ir turi didelį tankį. Tiesą sakant, tai yra tankiausias natūralus elementas Žemėje (22,61 g/cm3). Dėl tos pačios priežasties osmis neištirpsta iki 3033 °C.
Kai legiruotas su kitais platinos grupės metalais (tokiais kaip iridis, platina ir paladis), jis gali būti naudojamas daugelyje skirtingų sričių, kur reikalingas kietumas ir ilgaamžiškumas. Pavyzdžiui, sukurti konteinerius branduolinėms atliekoms laikyti.
1. Volframas
Pats stipriausias gamtoje randamas metalas. Šis retas cheminis elementas taip pat yra ugniai atspariausias metalas (3422 °C).
Pirmą kartą jį rūgšties (volframo trioksido) pavidalu 1781 m. atrado švedų chemikas Carlas Scheele. Tolesni tyrimai paskatino du ispanų mokslininkus Juaną José ir Fausto d'Elhujarą atrasti rūgštį iš mineralinio volframito, iš kurio jie vėliau išskyrė volframą naudodami anglį.
Be to, kad volframas plačiai naudojamas kaitrinėse lempose, dėl savo sugebėjimo veikti esant dideliam karščiui, jis yra vienas patraukliausių ginklų pramonės elementų. Antrojo pasaulinio karo metais šis metalas vaidino svarbų vaidmenį inicijuojant ekonominius ir politinius Europos šalių santykius.
Volframas taip pat naudojamas karbidui gaminti, o aviacijos ir kosmoso pramonėje – raketų purkštukams gaminti.
Metalų tempiamojo stiprio lentelė
| Metalas | Paskyrimas | Tempiamasis stipris, MPa |
|---|---|---|
| Vadovauti | Pb | 18 |
| Skardos | Sn | 20 |
| kadmis | Cd | 62 |
| Aliuminis | Al | 80 |
| Berilis | Būk | 140 |
| Magnis | Mg | 170 |
| Varis | Cu | 220 |
| Kobaltas | Co | 240 |
| Geležis | Fe | 250 |
| Niobis | Nb | 340 |
| Nikelis | Ni | 400 |
| Titanas | Ti | 600 |
| Molibdenas | Mo | 700 |
| Cirkonis | Zr | 950 |
| Volframas | W | 1200 |
Lydiniai vs metalai
Lydiniai yra metalų deriniai, o pagrindinė jų kūrimo priežastis – sukurti tvirtesnę medžiagą. Svarbiausias lydinys yra plienas, kuris yra geležies ir anglies derinys.
Kuo didesnis lydinio stiprumas, tuo geriau. Ir paprastas plienas čia nėra „čempionas“. Metalurgams ypač perspektyvūs atrodo vanadžio plieno lydiniai: kelios įmonės gamina variantus, kurių tempiamasis stipris siekia iki 5205 MPa.
O patvariausios ir kiečiausios biologiškai suderinamos medžiagos šiuo metu yra titano lydinys su auksu β-Ti3Au.
