Прочность титана и стали

Мифы о титане

Несколько мифов о титане

Отвечаю на самые распространённные высказывания-заблуждения относительно титата и изделий из него.

1. Титан — самый прочный и твердый материал.
Ничего подобного, самый прочный и твердый материал в мире — алмаз. Из распространенных жёстких материалов — очень твёрд карбид вольфрама и многие вольфрамо-молибдено-содержащие сплавы. Это — холодные и тяжелые материалы, практически не поддаются мехобработке точением и фрезерованием и для них применяются ещё более сложные и современные технологии обработки. Собственно говоря, подавляющее большинство самого крепкого металлорежущего инструмента изготавливается из разновидностей комбинаций вольфрама с другими твёрдыми элементами, в том числе инструмента для обработки титана. Вольфрамосодержащие сплавы относятся к твердосплавным материалам. Для изготовления ювелирки практически не применяются, лишь изредка, т.к. для изготовления сложных изделий из вольфрамосодержащих материалов требуются слишком огромные производственные мощности, оправданные только в машиностроении и металлопроизводстве, где такая ювелирка считается не слишком крутым бонусом к основному виду деятельности. Ниже — схема замера твёрдости интендером твердомера, в различных единицах.

2. Титан не царапается.
Царапается, еще как. Правда, различия в царапучести марок — достаточно выраженные и заметны даже простым глазом. На этот параметр влияет химический состав сплава и тип пост-обработки заготовки. Титаны топовых марок, изделия из которых служат во всей своей красе долго, стоят дорого и достать их чрезвычайно трудно. А дешевые марки лежат в продаже на любом складе металлобазы и стоят копейки, но изделия из них выходят и дешевые, но качеством блистать не будут. Однако, стоит отметить, что драгоценные металлы царапаются сильнее минимум вдвое, чем самая дешманская марка титана. Какой-то тип титанового сплава поцарапать легко, какой-то сложнее, какой-то ещё сложнее. В любом случае те, кто утверждают, что титан не царапается — врут. Однако, для улучшения твёрдости поверхности можно наносить на изделия спецпокрытия, которые значительно повысят износостойкость. Картинка «зацарапанной поверхности» прилагается.

3. Титан абсолютно биосовместим.
Почти правда. Однако, всего лишь почти. Существует несколько био-несовместимых (точнее, аллергенных) марок, содержащие вредные примеси (но эти марки достаточно редки и врядли мастеру попадутся именно они, но чем чёрт не шутит), также подобные примеси, вызывающие аллергию, некрозы или как минимум, неприятные ощущения могут встречаться и в дешевых марках из-за заниженного контроля качества состава на производстве («Зачем ведь, спрашивается, проверять эти образцы на биосовместимость, заморачиваться с идеальной очисткой, когда мы собираемся делать из них корпус для термостата космической станции, который к тому же будет находиться снаружи корабля?»). Поэтому перед изготовлением ювелирки и бижутерии порядочный мастер-ювелир всегда отнесёт образец материала на хим.анализ, и только потом предложит клиенту. Ниже- красивая картинка зубного импланта.

4. Изделия из титана должны стоить дешево, ведь титан — очень дешевый материал.
Самое распространённое заблуждение! Титан по сравннию с драгоценными металлами, конечно, стоит недорого, однако:

а) Есть очень большие проблемы в приобретении хороших марок в небольшом количестве, т.к. такой титан продаётся только большими промышленными партиями, а то и вообще не продаётся — дай-то Бог, чтобы вы смогли купить какой-нибудь обрезок из остатков «с барского стола» космической и военной промышленности, авось и повезёт. Самый дорогой титан в мире стоит около 1500 долларов за килограмм, самый дешёвый — около 1500 рублей за килограмм (по данным на 2019 год)

б) Самую большую часть стоимости изделий составляет именно обработка титана, так как она требует наличия уникального дорогостоящего инструмента и большого количества времени, а время — ресурс невосполняемый. Тем более, чем лучше титан, тем дороже инструмент и больше времени уходит на изготовление при соблюдении технологии изготовления изделий. Чтобы сделать качественно, с соблюдением всех допусков и параметров, технологию нарушать нельзя, иначе — брак и впустую потраченный материал. Ведь можно сделать хорошо, и тогда, изделие никак не будет дешёвым, а можно сделать как попало, без претензий на точность, ну или чтобы только создать иллюзию качества. А закрепка камней в титан — отдельная статья геморроя мастера, как выяснилось, разные марки титана требуют разного подхода к закрепке различных вставок, всё не так просто с ним — капризен, пружинит, и требует не совсем ювелирного (а более крутого) и дорогого инструмента при вставке и закрепке. Ниже — видео захватывающей работы пятикоординатного токарно-фрезерного станка — это одна из топовых технологий обработки металла, в том числе и титана. Использование подобных технологий для изготовления ювелирных изделий ну никак не может стоить дёшево. Смотрите.

Запомните, в производстве есть три волшебных слова, три составляющие, позволяющие комбинировать друг друга в различных позициях, однако всегда, всегда одно из слов будет лишним. Это «быстро», «качественно» и «недорого».

5. Чистый титан лучше всего.
Смотря для каких целей и задач. Относительно чистый титан российского и зарубежного реестра стоит дёшево, однако обладает прочностью и твердостью немногим выше золота и серебра, а низкий уровень этих параметров даст зацарапать идеально выведенную поверхность в течении первого дня эксплуатации. Если уж сильные претензии к чистоте материала и предъявляются, то существуют иодидный и аффинированные титаны, однако вы не обрадуетесь цене на них. Ну, а самый распространённый относительно чистый и «простенький» титан применяется, в основном для удешевления бижутерной продукциии, не претендующей на качество поверхности, при создании очень сложных геометрических форм, или в случае использования его в технологии литья или какой-либо другой, не слишком дорогостоящей технологии обработки.

Касательно преимуществ и уникальности титановых сплавов, то стоит однозначно отметить их стойкость к коррозии (какие-то больше, какие-то меньше, но в бьтовых средах титан, как правило, не корродирует), при их лёгкости, высокой прочности, относительно высокой, а иногда и очень высокой твердости и практически абсолютной биосовместимости (см. выше). Титан не темнеет, не тускнеет со временем, не окисляется в агрессивных моющих химикалиях, а хорошо изготовленные изделия из качественного титана выглядят великолепно, некоторые из них — действительно плохо царапаются и долго служат своим превосходным внешним видом.

Титан или сталь?

Очень популярный вопрос, который мучает многих: «Какие клапана купить: стальные или титановые». В этой статье мы постараемся помочь вам определиться с выбором.

В чем же отличия титановых и стальных клапанов, и почему нет победителя в общем зачете?

Масса клапана.

Первое отличие, которое бросается в глаза — это масса клапана. Титановый клапан при одинаковых размерах значительно легче свое стального брата. Пружина быстрее закроет клапан, масса которого меньше, по этому, чем меньше вес клапана, тем выше можно поднять планку максимальных оборотов с меньшим риском догнать клапан поршнем. При этом снижается нагрузка на ГРМ в целом, это дает некоторую прибавку к мощности за счет небольшого увеличения КПД. Например: практически на всех современных кроссовых мотоциклах и мотоциклах для кольцевых гонок используется титановые клапана.

Стальные клапана при том же размере имеют больший вес, поэтому с ними используются более жесткие пружины. При недостаточной жесткости пружин растет вероятность удара клапанов поршнем при работе двигателя на высоких оборотах. Жесткость пружин и больший вес клапанов создают повышенную нагрузку на ГРМ. Даже на маленьких двигателях кроссовых мотоциклов с объемом 125куб.см. со стальными клапанами используются достаточно жесткие, и даже двойные пружины.

Износостойкость.

Титановые сплавы сильно уступают стали, когда речь идет об износостойкости. Плохие антифрикционные свойства титана обусловлены налипанием титана на многие материалы и его взаимодействием с азотом и водородом при высоких температурах, из-за которых верхний слой становится хрупким и выкрашивается в процессе эксплуатации.

Читайте также  Фрезеровка нержавеющей стали

Для улучшения антифрикционных свойств, повышения износостойкости и защиты от внешней среды титановые клапана покрывают защитными покрытиями различных типов. Толщина таких покрытий, в зависимости от типа, варьируется от нескольких тысячных до сотых миллиметра. Это делает невозможным притирку клапана к седлу с целью герметизации камеры сгорания, т.к. во время притирки неизбежно будет повреждено защитное покрытие, и клапан быстро «провалится» в седло. Поэтому при установке титановых клапанов предъявляются повышенные требования к форме, чистоте фасок на седлах и их соосности относительно направляющей втулки.

Износостойкость и антифрикционные свойства стали на порядок выше, чем у титана, но значительно ниже, чем у защитных покрытий, которыми покрыт титановый клапан. При этом износостойкость фаски стального клапана сохраняется по всей толщине тарелки, а фаска титанового клапана сохраняет свои свойства и параметры ровно до тех пор, пока держится защитное покрытие.

Теплопроводность, коэффициент расширения и тепловой зазор

Теплопроводность и стойкость к высоким температурам у титановых сплавов ниже, чем у жаропрочных сталей. Охлаждение тарелки клапана играет еще более важную роль при использовании титановых клапанов. Именно по этому с титановыми клапанами рекомендуется использовать бронзовые седла клапанов, которые лучше отводят тепло от горячей тарелки клапана.

Коэффициент расширения титана намного меньше чем у стали. При использовании титановых клапанов допускается меньший тепловой зазор между направляющей втулкой и клапаном, чем при использовании стальных клапанов. Это положительно сказывается на точности посадки клапана в седло, что увеличивает ресурс пары седло-клапан.

Стоимость клапана и ремонта

В среднем титановые клапана дороже стальных. Во первых, потому что титан гораздо дороже в производстве чем сталь. Во вторых при производстве титановых клапанов необходимы дополнительные этапы производства (нанесение покрытий). И наконец- маркетинг.

Хотя порой можно встретить стальные клапана стоимость которых соизмерима с титановыми. Чаще такая картина наблюдается с оригинальными запчастями, где основной процент от стоимости занимает маркетинг.

В случае повреждения фаски, восстановление стального клапана обойдется в 3-4 раза дешевле, чем титанового.

Ресурс

Очень много слухов про капризность и не большой ресурс титановых клапанов. Также часто можно услышать про то, что титановые клапана часто «обрывает». На самом деле обрывает и стальные и титановые клапана одинаково часто, но одинаково предсказуемо на кривых седлах. Об этом явлении более подробно мы рассказывали в статье «Срок службы клапанов».

«Обрыв» титанового клапана Yamaha Phazer 500 и «обрыв» стального клапана KTM EXC 450

Из-за тонкого защитного покрытия титановые клапана действительно более капризны, чем стальные, особенно при небрежном отношении и неквалифицированном обслуживании. Но, по опыту, и стальные и титановые клапана при должном внимании и обслуживании служат одинаково долго.

За время работы нам приходилось видеть «убитые» клапана при небольших пробегах, как на стальных, так и на титановых комплектах.

Итоги и рекомендации.

В большинстве случаев мы рекомендуем своим клиентам использовать оригинальные клапана и пружины, особенно если техника используется по прямому назначению.

Стальные клапана имеет смысл менять на титановые в случаях если:

— двигатель регулярно эксплуатируется на повышенных оборотах

-планируется модернизация двигателя с целью увеличения мощности

-производится регулярное качественное обслуживание техники

-происходит смена назначения техники (из эндуро в кросс, например)

Титановые клапана имеет смысл менять на стальные если:

-двигатель не эксплуатируется на повышенных оборотах

-сложности с обслуживанием (проведение самостоятельного обслуживания и ремонта)

-нет возможности обрабатывать седла (есть возможность притереть клапана)

-титановый аналог слишком дорогой

Всегда используйте только те пружины, которые предназначены для данного типа клапанов!

При использовании новых клапанов настоятельно рекомендуем обрабатывать седла (формировать фаски) на хорошем оборудовании. Это особенно важно при использовании титановых клапанов. Притирка титановых клапанов не допускается.

Надеемся, что данные рекомендации помогут вам определится с выбором клапанов. Вы всегда можете оставить заявку на обратный звонок или позвонить мастеру и проконсультироваться.

Титан против стали: в чем разница?

Что такое сталь?

Сталь создается путем добавления углерода к элементарному железу. Этот процесс увеличивает твердость, прочность и устойчивость к ударам, коррозии и температуре. Сталь имеет широкий спектр сплавов, в состав которых входят легирующие элементы, такие как цинк, хром, молибден и кремний. Эти элементы улучшают способность стали противостоять коррозии, поэтому ее чаще всего называют нержавеющей сталью. Количество хрома, добавленного в сталь, определяет ее устойчивость к коррозии. Трудно обобщить свойства стали, поскольку она существует во многих типах и калибрах.

В частности, большинство сплавов стали плотные и твердые, но их все же можно обрабатывать. Сталь также поддается термической обработке, что придает ей разные свойства в зависимости от процесса и типа стали. Кроме того, сталь является отличным проводником как тепла, так и электричества. Некоторые образцы стали подвержены ржавчине из-за наличия железа. Однако эта проблема решается добавлением хрома для изготовления нержавеющей стали.

Что такое титан?

Титан — четвертый по распространенности металл на Земле. Однако титан в элементарной форме или в высокой концентрации встречается нечасто. Кроме того, титан очень трудно очистить, что делает его более дорогим.

Титан имеет плотность 4.51 г / см. 3 , что означает, что он легкий по сравнению с другими металлами. Кроме того, чистая форма бывает серебристо-серого цвета. Важно отметить, что титан не магнитный. Как и многие металлы, титан может присутствовать в элементарной форме или в различных сплавах. Эти сплавы часто упрочняются и более устойчивы к коррозии. Большинство сплавов титана используются в аэрокосмической, конструкционной и других областях, где требуется устойчивость к высоким температурам. Элементарный титан часто используется в качестве легирующего элемента.

Сравнение титана и Сталь

Выбор между сталью и титаном зависит от конкретной области применения. В этом разделе сравниваются механические характеристики стали и титана, что помогает определить, как можно специфицировать каждый металл. Однако лучшее сравнение этих металлов основано на разных типах сплавов, а не на обобщенных данных.

Сталь против. Титан: плотность

Плотность можно использовать для определения веса каждого металла. Как отмечалось ранее, титан легче стали и весит почти вдвое меньше стали. Это свойство делает титан подходящим для применений, требующих прочности и легкости, например, в аэрокосмической промышленности. С другой стороны, плотность стали выгодна при использовании в таких местах, как шасси транспортных средств.

Сталь против. Титан: эластичность

Эластичность материала характеризует его гибкость. Эту меру иногда называют модусом Юнга. Это свойство важно для понимания того, как материал реагирует на удар, изгибается он или деформируется, не достигая пластической деформации или нет.

В этом отношении титан имеет низкую эластичность, что означает, что материал изгибается и деформируется под давлением. Эта особенность также затрудняет обработку титана. С другой стороны, сталь имеет более высокий модуль упругости и ее можно обрабатывать с меньшими трудностями. Это свойство делает сталь пригодной для изготовления режущих кромок, поскольку она может ломаться, не сгибаясь под нагрузкой.

Сталь против. Титан: прочность на разрыв

С точки зрения прочности на разрыв сталь намного прочнее титана, в отличие от большинства людей, которые считают, что титан более мощный, чем большинство металлов. Эта особенность делает сталь более широко используемым металлом по сравнению с титаном. Однако титан столь же прочнее, как сталь, и весит почти вдвое меньше стали. Это делает титан более прочным на единицу массы по сравнению со сталью.

В приложениях, требующих общей прочности, сталь является наиболее предпочтительной, поскольку большинство ее сплавов имеют более высокий предел текучести по сравнению с другими металлами. Если вы ищете исключительно прочность, тогда сталь должна быть вашим металлом. Однако, если проект требует прочности на единицу массы, вы выбираете титан.

Читайте также  Холодная сварка для нержавеющей стали высокотемпературная

Сталь против. Титан: удлинение при разрыве

Эта функция является мерой того, насколько материал растягивается до разрыва. Более высокое удлинение при разрыве означает, что материал растягивается больше, прежде чем окончательно разорвется. Другими словами, если металл имеет большее удлинение при разрыве, то он более ковкий. Титан очень пластичен и перед разрушением растягивается почти на половину своей длины. Эта особенность затрудняет обработку титана. С другой стороны, сталь имеет широкий спектр сплавов с низким удлинением при разрыве, что означает, что она более твердая и хрупкая.

Сталь против. Титан: твердость

Твердость считается относительной величиной, которая относится к тому, как материал реагирует на царапины, вмятины, травления и другие удары, наносимые на его поверхность. Твердость металла измеряется с помощью индентора. Титан тверд, но не достигает уровня стали. Это не означает, что титан легко деформируется. Напротив, титан образует твердый слой диоксида, который защищает металл от царапин. Сталь твердая и не царапается. Это делает его подходящим для применений, требующих воздействия суровых условий.

В нижней строке

Сравнение стали с титаном — лучший способ определить лучший материал для проекта. Однако важно понимать, что выбор материала между сталью и титаном зависит от конкретной области применения.

Различия между титаном и сталью можно объяснить различными аспектами, такими как механические свойства. Эти различия позволяют лучше понять каждый металл.

Ссылки на связанные источники:

Рошиндустри специализируется на высоком качестве Быстрое прототипирование, быстрый мелкосерийное производство и крупносерийное производство. Услуги быстрого прототипа, которые мы предоставляем, — это профессиональный инжиниринг, Обработка CNC включая фрезерные и токарные станки с ЧПУ, Изготовление листового металла или прототипирование листового металла, Умрите литье, металлическое тиснение, Вакуумное литье, 3D печать, SLA, Изготовление прототипов методом экструзии пластика и алюминия, Быстрая оснастка, Быстрое литье под давлением, Обработка поверхности закончить услуги и другие услуги быстрого прототипирования Китая, пожалуйста свяжитесь с нами прямо сейчас.

Разница между титаном и нержавеющей сталью

Металлы и металлические сплавы являются очень важными веществами в промышленности и строительстве. Титан является известным металлом для его применения в космической промышленности. Сталь — это метал

Содержание:

  • Основное отличие — титан против нержавеющей стали
  • Что такое титан
  • Что такое нержавеющая сталь
  • Разница между титаном и нержавеющей сталью

Основное отличие — титан против нержавеющей стали

Металлы и металлические сплавы являются очень важными веществами в промышленности и строительстве. Титан является известным металлом для его применения в космической промышленности. Сталь — это металлический сплав. Он состоит из железа и некоторых других элементов. Сталь широко используется во всем мире по нескольким причинам, таким как низкая стоимость, простота производства, прочность и т. Д. Существуют различные сорта стали в зависимости от их свойств. Нержавеющая сталь — это такой тип стали. Основное отличие титана от нержавеющей стали состоит в том, что титан — это металл, а нержавеющая сталь — это металлический сплав.

Кея Области Покрыты

1. Что такое титан
— Определение, свойства, использование
2. Что такое нержавеющая сталь
— определение, разные типы, химический состав
3. В чем разница между титаном и нержавеющей сталью
— Сравнение основных различий

Основные термины: аустенитная нержавеющая сталь, биосовместимость, коррозия, дуплексная нержавеющая сталь, ферритная нержавеющая сталь, мартенситная нержавеющая сталь, металл, металлический сплав, нержавеющая сталь, закаливающаяся в осадках, нержавеющая сталь, сталь, титан

Что такое титан

Титан — это химический элемент, обозначаемый символом «Ti». Атомный номер Титана равен 22. Это означает, что один атом Титана имеет 22 протона в своем ядре. Это металл серебристо-серого цвета. Атомный вес этого металла составляет 47,87. Это указывает на то, что один моль титана имеет вес 47 г. Следовательно, молярная масса титана составляет 47,87 г / моль.

Титан — это элемент d-блока в периодической таблице элементов. Поскольку его атомный номер равен 22, электронная конфигурация титана равна [Ar] 3d. 2 4s 2 , При комнатной температуре и давлении титан находится в твердой фазе. Температура плавления этого металла составляет около 1668 ° C. Температура кипения составляет около 3287 ° С.

Титан имеет высокое отношение прочности к весу. Это означает, что этот металл обладает высокой прочностью по сравнению с его весом. Он также обладает отличной коррозионной стойкостью и высокой эффективностью теплообмена. Эти специфические свойства делают титан превосходным металлом для строительных целей.

Рисунок 1: Титан используется для изготовления двигателей и планеров космических кораблей.

Одним из основных применений металлического титана является аэрокосмическая промышленность. Поскольку это легкий металл с высокой прочностью, титан используется для производства деталей космических аппаратов, таких как двигатели, планеры и т. Д. Титан также используется для производства труб для транспортировки химикатов из-за его устойчивости к коррозии.

Согласно последним исследованиям, титан обладает высокой биосовместимостью. Это означает, что он игнорируется иммунной системой человека. Поэтому титан можно использовать для замены поврежденных костей бедра или колена. Свойство коррозионной стойкости также полезно в этой заявке.

Что такое нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь — это металлический сплав, состоящий из железа и хрома, а также некоторых других элементов, таких как никель, молибден, титан и медь. Нержавеющая сталь — это разновидность стали. Содержание хрома в нержавеющей стали составляет около 10-30%.

Наиболее желательным свойством нержавеющей стали является ее коррозионная стойкость. В отличие от обычной стали, она не подвергается коррозии; следовательно, ржавчина отсутствует. Это свойство делает его полезным при производстве кухонных и медицинских изделий, поскольку его можно безопасно использовать во влажной среде. Нержавеющая сталь выдерживает высокие температуры. Поэтому для изготовления кухонных предметов используется нержавеющая сталь. В отличие от обычной стали, нержавеющая сталь имеет блестящий внешний вид, что очень привлекательно.

Рисунок 2: Нержавеющая сталь используется для изготовления кухонных предметов.

Существует пять видов нержавеющей стали. Они есть;

  • аустенитный
  • ферритные
  • мартенситные
  • дуплексный
  • Отверждение осадков

Аустенитная нержавеющая сталь это самая сварная нержавеющая сталь. Это способствует большей части нержавеющей стали на рынке стали. Ферритная нержавеющая сталь состоит из следовых количеств никеля, хрома и углерода. Эта сталь обладает хорошей пластичностью и пластичностью. Мартенситная нержавеющая сталь это другой тип нержавеющей стали, который содержит около 20% хрома. Дуплекс из нержавеющей стали в основном используется в приложениях трубопроводов. Отверждение осадков хромоникелевая нержавеющая сталь Этот сплав позволяет упрочнять нержавеющую сталь растворами и термической обработкой старением.

Разница между титаном и нержавеющей сталью

Определение

Титан: Титан — это металл, обозначенный символом «Ti».

Нержавеющая сталь: Нержавеющая сталь — это металлический сплав, состоящий из железа и хрома, а также некоторых других элементов.

биосовместимость

Титан: Титан является биосовместимым.

Нержавеющая сталь: Нержавеющая сталь не является биосовместимой.

Титан: Титан имеет небольшой вес по сравнению с прочностью.

Нержавеющая сталь: Нержавеющая сталь имеет большой вес.

плотность

Титан: Титан более плотный, чем нержавеющая сталь.

Нержавеющая сталь: Нержавеющая сталь менее плотная, чем титан.

Приложения

Титан: Титан используется в аэрокосмической промышленности и используется для замены тазобедренного и коленного суставов.

Нержавеющая сталь: Нержавеющая сталь используется для производства кухонной и медицинской продукции.

Заключение

Титан является хорошо известным металлическим веществом благодаря высокому соотношению прочности и веса. Он имеет множество применений в аэрокосмической промышленности. Нержавеющая сталь известна своей коррозионной стойкостью, которая отсутствует у других видов стали. Основное различие между титаном и нержавеющей сталью заключается в том, что титан — это металл, а нержавеющая сталь — это металлический сплав.

Рекомендации:

1. «Нержавеющая сталь | Четыре типа стали | Металлические супермаркеты ». Металлические супермаркеты — Сталь, Алюминий, Нержавеющая сталь, Горячекатаный, Холоднокатаный, Сплав, Углерод, Оцинкованный, Латунь, Бронза, Медь, 17 мая 2016 г.

Читайте также  Твердость стали по Моосу

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.