Самый твердый и прочный металл. Самый твердый металл в мире. Кто за них

Время прочтения: 5 мин.

Металлы сопровождают человечество почти всю его сознательную жизнь. Началось это, конечно же, с меди, так как это самый податливый к обработке материал и доступный в природе.

Эволюция помогла людям значительно развиться в техническом плане и со временем они начали изобретать сплавы, которые становились все прочнее и прочнее. В наше же время эксперименты продолжаются, и каждый год появляются новые прочные сплавы. Рассмотрим же наилучшие из них.

Титан

Титан является высокопрочным материалом, который пользуется широким спросом во многих отраслях. Наиболее распространенной областью применения является авиация. Всему виной удачное сочетание малой массы и высокой прочности. Также свойствами титана является большая удельная прочность, стойкость к физическим воздействиям, температурам и коррозии.

Уран

Один из наиболее прочных элементов. В природных условиях он является слабым радиоактивным металлом. Он может встречаться в свободном состоянии, весьма тяжелый и широко распространяется повсеместно благодаря своим парамагнитным свойствам. Уран гибок, имеет высокую податливость ковке и относительную пластичность.

Вольфрам

Наиболее тугоплавкий металл из ныне известных. Имеет серебристо-серый цвет является так называемым переходным элементом. Свойства вольфрама позволяют ему сопротивляться химическим воздействиям и поддаваться ковке. Наиболее известная область применения – используется в лампах накаливания.

Рений

Металл серебристо-белого цвета. В природе можно встретить в чистом виде, однако существует и молибденовое сырье, в котором он тоже встречается. Отличительной чертой рения тугоплавкость. Он относится к дорогим металлам, поэтому стоимость его тоже зашкаливает. Главная область применения – электроника.

Осмий

Осмий – это металл серебристо-белого цвета, который имеет небольшой голубой отлив. Относится он к платиновой группе и имеет необычайно большое сходство с иридием в таких свойствах как тугоплавкость, твердость и хрупкость.

Бериллий

Этот металл представляет собой элемент имеющий светло-серый оттенок и высокую токсичность. Имея такие необычные свойства материал нашел широкое применение в сфере ядерной энергетики и лазерной техники. Высокая прочность бериллия позволяет использовать его при изготовлении легирующих сплавов.

Хром

Голубовато-белый оттенок выделяет хром из общего перечня. Он стойкий к воздействию щелочей и кислот. В природе можно встретить в чистом виде. Хром часто используется для создания различных сплавов, которые в дальнейшем находят применение в области медицины и химического оборудования.

Стоит отметить феррохром – это сплав хрома и железа. Он используется в изготовлении инструментов для резки металлов.

Тантал

Это – серебристый металл, имеющий высокую твердость и плотность. Свинцовый оттенок на металле образуется из-за возникновения на поверхности оксидной пленки. Металл хорошо поддается обработке.

На сегодняшний день тантал успешно применяется в сооружении ядерных реакторов и металлургическом производстве.

Рутений

Серебристый металл, который принадлежит к платиновой группе. Он отличается необычным составом: в него входит мышечная ткань живых организмов. Еще одним отличительным фактом есть то, что рутений используется как катализатор для многих химических реакций.

Иридий

В нашем рейтинге этот металл занимает первую строчку. Он имеет серебристо-белый цвет. Иридий также относится к платиновой группе и имеет наибольшую твердость из вышеперечисленных металлов. В современном мире он применяется очень часто. В основном он добавляется к другим металлам для улучшения их сопротивляемости кислым средам. Сам по себе металл очень дорогой, так как очень плохо распространен в природе.

Читайте также:

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.

В мире есть много одинаковых по показателям твёрдости металлов, но не все они широко используются в промышленности. Причин тому может быть несколько: редкость и потому дороговизна или же радиоактивность, которая препятствует использованию в человеческих нуждах. Среди самых твёрдых металлов можно выделить 6 лидеров, покоривших мир своими особенностями.

Твёрдость металлов принято измерять по шкале Мооса. В основе метода измерения твёрдости – оценка устойчивости к царапинам другими металлами. Таким образом, было определено, что наивысшей твёрдостью обладают уран и вольфрам. Однако есть металлы, которые больше используются в разных сферах жизни, хоть их твердость и не наивысшая по шкале Мооса. Поэтому, раскрывая тему о самых твёрдых металлах, неправильно будет не упомянуть об известном титане, хроме, осмии и иридии.

На вопрос, какой самый твёрдый металл, любой человек, изучающий химию и физику в школе, ответит: «Титан». Конечно, существуют сплавы и даже самородки в чистом виде, которые превосходят его по прочности. Но среди используемых в быту и производстве титану нет равных.

Чистый титан впервые был получен в 1925 году и тогда же был объявлен самым твёрдым металлом на Земле. Его сразу стали активно использовать в абсолютно разных сферах производства – от деталей ракет и воздушного транспорта до зубных имплантатов. Заслугой такой популярности металла стали несколько его главных свойств: высокая механическая прочность, стойкость к коррозиям и высоким температурам и низкая плотность. По шкале твёрдости металлов Мооса титан обладает степенью 4.5, что не является самым высоким показателем. Однако его популярность и задействованность в различных отраслях делает его первым по твёрдости среди часто используемых.

Титан самый твёрдый среди часто используемых в производстве металлов

Детальнее про применение титана в промышленности. Данный метал имеет широкий спектр использования:

Авиационная промышленность – детали планерной части самолётов, газовые турбины, обшивки, силовые элементы, детали шасси, заклёпки и т.д;
Космическая техника – обшивки, детали;
Кораблестроение – обшивка судов, детали насосов и трубопроводов, навигационные приборы, турбинные двигатели, паровые котлы;
Машиностроение – конденсаторы турбин, трубы, износостойкие элементы;
Нефтегазовая промышленность – трубы для бурения, насосы, сосуды высокого давления;
Автостроение – в механизмах клапанов и выхлопных систем, передаточных валов, болтов, пружин;
Строительство – наружная и внутренняя обшивка зданий, кровельные материалы, лёгкие крепежные приспособления и даже памятники;
Медицина – хирургические инструменты, протезы, имплантаты, корпусы для кардиологических приборов;
Спорт – спортивный инвентарь, туристические принадлежности, детали для велосипедов.
Товары народного потребления – ювелирные украшения, декоративные изделия, садовой инвентарь, наручные часы, кухонная утварь, корпуса электроники и даже колокола, а также добавляют в состав красок, белил, пластика и бумаги.

Можно увидеть, что титан востребован в абсолютно разных сферах промышленности за счет его физико-химических свойств. Пусть он и не самый твёрдый металл в мире по шкале Мооса, изделия из него куда прочнее и легче стали, меньше изнашиваются и более стойкие к раздражителям.

Титан считается самым твердым среди активно потребляемых металлов

Самым твёрдым в своем натуральном виде считается металл голубовато-белого цвета – хром. Он был открыт еще в конце 18 века и с тех пор широко используется в производстве. По шкале Мооса твёрдость хрома составляет 5. И не зря – им можно резать стекло, а при соединении с железом он способен резать даже металл. Также хром активно применяется в металлургии – его добавляют в сталь, чтобы улучшить ее физические свойства. Спектр использования хрома весьма разнообразен. Из него изготавливают стволы огнестрельного оружия, медицинское и химическое технологическое оборудование, бытовые принадлежности – кухонная утварь, металлические части мебели и даже корпусы подводных лодок.

Наивысшая твёрдость в чистом виде - хром

Хром используют в различных сферах, например, для производства нержавеющей стали, или для покрытия поверхностей – хромирования (техника, автомобили, детали, посуда). Часто этот метал используют при изготовлении стволов огнестрельного оружия. Также нередко этот металл можно встретить при производстве красителей и пигментов. Удивительным может показаться еще одна сфера его использования – это производство диетических добавок, а в создании технологического оборудования для химических и медицинских лабораторий без хрома никак нельзя обойтись.

Осмий и иридий – представители металлов платиновой группы, имеют почти одинаковую плотность. В своем чистом виде в природе встречаются невероятно редко, а чаще всего – в сплаве друг с другом. Иридий по природе своей обладает высокой твердостью, из-за чего плохо поддается металлообработке, как механической, так и химической.

Осмий и иридий обладают наивысшей плотностью

Активно применять иридий в промышленности стали сравнительно недавно. Раньше его использовали с осторожностью, поскольку его физико-химические характеристики были изучены не до конца. Теперь иридий используют даже в изготовлении ювелирных изделий (в качестве инкрустаций или в сплаве с платиной), хирургических инструментов и деталей для сердечных стимуляторов. В медицине металл просто незаменим: его биопрепараты могут помочь побороть онкологию, а облучение его радиоактивным изотопом может остановить процесс роста раковых клеток.

Две трети добываемого в мире иридия уходит в химическую промышленность, а остальное распределяется между другими отраслями производства – напыления в металлургической индустрии, товарах народного использования (элементы перьевых ручек, ювелирные изделия), медицине при производстве электродов, элементов кардиостимуляторов и хирургических инструментов, а также для улучшения физико-химических и механических свойств металлов.

Твёрдость иридия по шкале Мосса – 5

Осмий – серебристо-белый металл с голубоватым отливом. Он был открыт позже иридия на год, а сейчас его нередко находят в железных метеоритах. Помимо высокой твёрдости, осмий отличается своей дороговизной – 1 грамм чистого металла оценивается в 10 тысяч долларов. Еще одной его особенностью считается его вес – 1 литр расплавленного осмия равен 10 литрам воды. Правда, ученые еще не нашли применения этому свойству.

Из-за редкости и высокой стоимости осмий задействуется только там, где никакой другой металл не может быть использован. Широкого применения ему так и не нашли, да и нет смысла в поисках, пока поставки металла не станут регулярными. Сейчас осмий используется для изготовления инструментов, требующих высокой точности. Изделия из него почти не изнашиваются и обладают значительной прочностью.

Показатель твёрдости осмия достигает 5.5

Один из наиболее знаменитых элементов, который является одним из самых твёрдых металлов в мире, – уран. Это металл светло-серого цвета, обладающий слабой радиоактивностью. Уран считается одним из самых тяжелых металлов – его удельный вес в 19 раз превышает вес воды. Он также обладает относительной пластичностью, ковкостью и гибкостью, парамагнитными свойствами. По шкале Мосса твёрдость металла составляет 6, что считается очень высоким показателем.

Раньше уран почти не использовался, а встречался только как рудный отход при добыче других металлов – радия и ванадия. На сегодняшний день уран добывается в месторождениях, основными источниками являются Скалистые горы США, Республика Конго, Канада и Южно-Африканский Союз.

Несмотря на радиоактивность, уран активно потребляется человечеством. Наиболее востребован в атомной энергетике – его используют как топливо для ядерных реакторов. Также уран применяется в химической промышленности и в геологии – для определения возраста горных пород.

Не пропустила невероятные показатели удельного веса и военная инженерия. Уран регулярно используется для создания сердечников бронебойных снарядов, которые, за счет высокой прочности, отлично справляются с поставленной задачей.

Уран является самым твёрдым металлом, но он радиоактивный

Увенчивает наш список самых твёрдых металлов на Земле блестящий серебристо-серый вольфрам. По шкале Мооса твердость вольфрама равна 6, как и у урана, но, в отличие от последнего, он не является радиоактивным. Природная твёрдость, однако, не лишает его гибкости, потому вольфрам идеально подходит для ковки разных металлических изделий, а его устойчивость к высоким температурам позволяет применять его в осветительных приборах и электронике. Потребление вольфрама не достигает больших оборотов, и главной тому причиной является его ограниченное количество в месторождениях.

Благодаря высоким показателям плотности вольфрам широко используется в оружестроении для производства тяжеловесов и артиллерийских снарядов. Вообще вольфрам активно используется в военной инженерии – пули, противовесы, баллистические ракеты. Следующим по популярности использования этого метала является авиация. Из него изготавливают двигатели, детали электровакуумных приборов. В строительстве используют режущие инструменты из вольфрама. Также он является незаменимым элементом при производстве лаков и светоустойчивых красок, огнестойких и водонепроницаемых тканей.

Вольфрам считается наиболее тугоплавким и прочным

Изучив свойства и сферы потребления каждого металла, сложно однозначно сказать, какой же самый твердый металл в мире, если брать во внимание не только показатели шкалы Мооса. Каждый из представителей имеет ряд преимуществ. Например, титан, не обладающий сверхвысокой твердостью, прочно занял первое место среди самых используемых металлов. А вот уран, твердость которого достигает наивысшей отметки среди металлов, не так популярен из-за слабой радиоактивности. А вольфрам, который не излучает радиации и имеет наивысшую прочность и очень хорошие показатели податливости, не может быть активно использован из-за ограниченных ресурсов.

Стекло из металла

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 разрушаются, образуя сдвиговые полосы, перерастающие в трещины.

Свойства сплава

Специалистами калифорнийского института было замечено, что появление большого числа сдвиговых полос дает высокое противодействие развитию трещин, благодаря чему достигается обратный эффект: материал изгибается, не разрушаясь. Именно такой материал, энергия выработки сдвиговых полос которого намного меньше энергии, требующейся для превращения их в трещины, они и создали. «Смешивая пять элементов, мы добивались того, что при охлаждении материал «не знает», какую структуру принять, и выбирает аморфную», - пояснил участник исследования Р. Ритчи.

Металлическое стекло

Самый прочный сплав - металлическое стекло - состоит из благородного палладия, кремния, фосфора, германия с небольшим добавлением серебра (формула: Pd79Ag3,5P6Si9,5Ge2).

Новый сплав показал себя в тестах как сочетание взаимоисключающих свойств - силы и выносливости на уровне, ранее не замеченной в каком-либо другом материале. В результате, новое металлическое стекло сочетает твёрдость, свойственную стёклам, с сопротивлением развитию трещин, характерным для металлов. Причем, уровень жесткости и прочности находится в пределах досягаемости.

Использование материала

Для конструкционного металла проведенное исследование значительно отодвинуло грани переносимости нагрузок. Но, по прогнозам ученых, широкое применение самый прочный сплав, ввиду редкости и дороговизны основного его компонента – палладия, может и не найти. Тем не менее, разработчики сообщили о возможном использовании данного материала в медицинских имплантатах (например, для внутричелюстных протезов), а также в качестве деталей в автомобильной или аэрокосмической отрасли.

К металлам относят вещества, которые обладают специфическими, характерными для них свойствами. Учитывают при этом высокую пластичность и ковкость, а также электропроводность и еще целый ряд параметров. Какой из нихсамый прочный металл , можно узнать из приведенных ниже данных.

О металлах в природе

В русский язык слово «металл» пришло из немецкого. С XVI века оно встречается в книгах, правда, достаточно редко. В дальнейшем, в эпоху Петра I, его стали употреблять более часто, причем, тогда слово имело обобщающее значение «руда, минерал, металл». И только в период деятельности М.В. Ломоносова эти понятия были разграничены.

В природе металлы встречаются в чистом виде достаточно редко. В основном, они входят в состав различных руд, а также образуют всевозможные соединения, такие как сульфиды, оксиды, карбонаты и другие. Для того чтобы получить чистые металлы, а это очень важно для их применения в дальнейшем, нужно их выделить, а затем очистить. При необходимости, металлы легируют - добавляют специальные примеси, с целью изменения их свойств. В настоящее время есть разделение на руды черных металлов, которые включают в свой состав железо, и цветных. К драгоценным или благородным металлам относят золото, платину и серебро.

Металлы есть даже в организме человека. Кальций, натрий, магний, медь, железо - вот перечень этих веществ, которые содержатся в наибольшем количестве.

В зависимости от дальнейшего применения, металлы подразделяют на группы:

Конструкционные материалы. Используют как сами металлы, так и их значительно улучшенные по свойствам сплавы. В данном случае ценят прочность, непроницаемость для жидкостей и газов, однородность.
Материалы для инструментов, чаще всего имеется в виду рабочая часть. Для этого подходят инструментальные стали и твердые сплавы.
Электротехнические материалы. Такие металлы используют как хорошие проводники электричества. Самые распространенные из них - это медь и алюминий. А также применяют как материалы, имеющие высокое сопротивление, - нихром и другие.

Самые прочные из металлов

Прочностью металлов называют их способность оказывать сопротивление разрушению под действием внутренних напряжений, которые могут возникать при влиянии на эти материалы внешних сил. Также это свойство конструкции сохранять свои характеристики в течение определенного времени.

Многие сплавы достаточно крепкие и стойкие не только к физическим, но и химическим воздействиям, к чистым металлам они не относятся. Есть металлы, которые можно назвать самыми прочными. Титан, который плавится при температуре свыше 1 941 K (1660±20 °C), уран, относящийся к радиоактивным металлам, тугоплавкий вольфрам, закипающий при температуре не менее 5 828 K (5555 °C). А также другие, обладающие уникальными свойствами и необходимые в процессе изготовления деталей, инструментов и предметов по самым современным технологиям. В пятерку самых прочных из них входят металлы, свойства которых уже известны, их широко применяют в различных отраслях народного хозяйства и используют в научных опытах и разработках.

Встречается в молибденовых рудах и медном сырье. Имеет высокую твердость и плотность. Очень тугоплавкий. Его прочность не может быть уменьшена даже под воздействием критических перепадов температур. Широко используется во многих электронных приборах и технических средствах.

Металл, относящийся к редкоземельным, имеющий серебристо-серый оттенок и блестящие, кристаллические образования на сломах. Интересно, что кристаллы бериллия на вкус несколько сладковатые, из-за этого его первоначально называли «глюциний», что значит «сладкий». Благодаря этому металлу появилась новая технология, которую используют в синтезе искусственных камней - изумрудов, аквамаринов, для нужд ювелирной промышленности. Бериллий был открыт при изучении свойств берилла - полудрагоценного камня. В 1828 г. немецким ученым Ф. Вёллером был получен металлический бериллий. Он не взаимодействует с рентгеновским излучением, следовательно, его активно используют для создания специальных приборов. Кроме того, сплавы бериллия применяются в изготовлении нейтронных отражателей и замедлителей для установки в ядерном реакторе. Его огнеупорные и антикоррозионные свойства, высокая теплопроводность делают его незаменимым элементом для создания сплавов, используемых в самолетостроении и аэрокосмической промышленности.

Этот металл был открыт на территории среднего Урала. О нем написал М.В. Ломоносов в своей работе «Первые основания металлургии» в 1763 году. Является весьма распространенным, его самые известные и обширные месторождения расположены в ЮАР, Казахстане и России (Урал). Содержание этого металла в рудах сильно колеблется. Его цвет светло-голубой, с отливом. В чистом виде очень твердый и достаточно хорошо обрабатывается. Он служит важным компонентом для создания легированных сталей, особенно нержавеющих, применяется в гальванике и авиакосмической промышленности. Его сплав с железом, феррохром необходим для производства металлорежущих инструментов.

Этот металл относится к ценным, так как его свойства лишь ненамного ниже, чем у благородных металлов. Он обладает сильной устойчивостью к различным кислотам, не подвержен коррозии. Тантал применяется в различных конструкциях и соединениях, для изготовления изделий сложной формы и как основа для производства уксусной и фосфорной кислот. Металл используют в медицине, так как его можно совместить с тканями человека. В жаропрочном сплаве тантала и вольфрама нуждается ракетная отрасль, ведь он может выдержать температуру в 2 500 °C. Конденсаторы из тантала устанавливают на радарные аппараты, применяют в электронных системах как передатчики.

Одним из самых прочных металлов в мире считается иридий. Металл серебристого цвета, очень твердый. Его относят к металлам платиновой группы. Он трудно поддается обработке и, к тому же, тугоплавкий. Иридий практически не вступает во взаимодействие с едкими веществами. Применяют его во многих отраслях. В том числе и в ювелирном деле, медицинской и химической промышленностях. Значительно улучшает стойкость вольфрамовых, хромовых и титановых соединений по отношению к кислым средам. Чистый иридий не является токсичным материалом, но его отдельные соединения могут быть .

Несмотря на то, что многие металлы обладают достойными характеристиками, точно указать, какой именно самый прочный металл в мире, достаточно сложно. Для этого изучают все их параметры, в соответствии с различными аналитическими системами. Но в настоящее время все ученые утверждают, что первое место по прочности уверенно занимает иридий.