Металлы вместе с легирующими добавками образуют самый прочный сплав. В первую очередь, это касается твердости. Кроме того, они отличаются рядом показателей, среди которых тепло и электропроводность. Прочные сплавы востребованы в промышленности. Особенно это касается самолетостроения, где наряду с прочностью требуется легкость. В крепких сплавах нуждается автомобилестроение и судостроение.
Титан
О металлах в природе
Металлы разделяются на черные и цветные. Классическим представителем первого вида является железо. Цветные образуют более дорогостоящую группу.
Как производят металлы
Металлы в чистом виде в природе не встречаются. Содержатся они в рудах.
Их производство идет по следующим этапам:
- определение месторождений;
- добыча руды:
- извлечение металла.
Самые прочные из металлов
Прочность — это свойство металла противостоять внешним нагрузкам. Сопротивляемость элемента обеспечивается его внутренней структурой, способной создавать внутреннее напряжение, которое противостоит наружному давлению.
К самым прочным металлам относятся:
- титан;
- рений;
- бериллий;
- хром;
- тантал;
- иридий.
Найдены вещества прочнее алмаза
Автор Павел Урушев
17.02.2009 00:09
Эврика » Открытия
Издавна было принято считать, что самым прочным материалом в мире является алмаз. Фактически, это соответствует действительности, но некоторые вещества в определенных состояниях могут демонстрировать качества, превосходящие крепость алмаза. Китайские ученые вывели два сверхпрочных материала, один из которых можно обнаружить и в природе.
Найдены вещества прочнее алмаза
Физики из шанхайского университета Цзяо Туна обнаружили, что прочность некоторых особо редких элементов растет под внешним давлением. Под воздействием индентора – предмета, развивающего фиксированное давление на поверхность – испытуемые материалы демонстрировали существенные изменения внутренних свойств, вследствие чего их прочность начала существенно превосходить прочность алмаза.
Первым таким материалом стал искусственный минерал — вюртцитный нитрид бора. Термин «вюртцит» обозначает специфическую лучистую структуру кристалла и происходит от названия одноименного минерала. Сам по себе нитрид бора в любой структуре не обладает признаками сверхпрочности. Они начинают проявляться после появления давления.
При давлении индентора деформация кристаллической решетки приводит к перераспределению межатомных связей нитрида бора. В результате твердость минерала возрастает на 78 процентов, а показатель выдерживаемого давления становится равен 114 гигапаскалям. Это больше, чем у алмаза, который в аналогичных условиях выдерживает до 97 гигапаскалей.
Абсолютный рекорд прочности принадлежит другому материалу – лонсдейлиту. Эта редкая форма алмаза имеет шестигранную кристаллическую структуру, которая образуется только под воздействием внешних сил огромных мощностей. Кристаллы лонсдейлита можно обнаружить только в местах падения метеоритов или создать в лабораторных условиях.
В нормальных условиях лонсдейлит тоже не может конкурировать по прочности с алмазом, но под постоянным давлением его структура изменяется. Исследуя этот материал, ученые смогли зафиксировать новый абсолютный рекорд твердости – под воздействием индентора лонсдейлит выдерживает до 152 гигапаскалей, что на 58 процентов больше прочности алмаза.
Физики планируют продолжить эксперименты со сверхпрочностью, изучение которой поможет открыть новые технологии создания надежных конструкционных материалов. Однако на это могут понадобиться годы – синтезировать вюртцитный нитрид бора и лонсдейлит в лабораторных условиях очень сложно.
Добавьте «Правду.Ру» в свои источники в Яндекс.Новости или News.Google, либо Яндекс.Дзен
Куратор: Владимир Губарев
Самый прочный сплав
Самые твердые сплавы в мире — вольфрамовые. Основу составляют порошки, состоящие из нескольких карбидов металлов и кобальта. Смешивание ведется в определенной пропорции. Разработанная учеными технология позволяет получать сплавы высокой степени твердости.
Маркируются такие соединения буквенным обозначением: ВК3, где В —принадлежность к вольфрамовой группе. К — содержание кобальта в процентах.
Физические и химические свойства
Основные физические свойства вольфрамовых сплавов:
- Характерной особенностью является красностойкость. Она составляет 800 градусов. Термин означает, что режущая кромка в состоянии выдерживать такую температуру. Это обеспечивается высокой теплопроводностью. Благодаря чему идет отвод тепла.
- Высокая твердость, которая составляет 90 единицы по Роквеллу.
- Температура плавления достигает 2780 градусов.
Химическая стойкость к внешней среде повышается с увеличением процентного содержания кобальта.
Химические свойства титана
Особенности изготовления и сферы применения
Технология получения твердых сплавов из вольфрама состоит из следующих этапов:
- Сначала формируется грубый порошок вольфрама, который затем измельчается и просеивается.
- Таким же образом получаются порошки карбида вольфрама и кобальта.
- Идет их перемешивание с добавлением клея. В этом качестве выступает каучук, растворенный в бензине.
- Смесь подсушивается и прессуется.
- Технологический процесс заканчивается двумя спеканиями.
Твердый материал используется в изготовлении следующих изделий:
- резцов для токарных станков;
- клейм;
- валки для прокатки;
- шариков и обоймы для подшипников.
- напайки для инструмента горнодобывающего оборудования;
Любое производство нуждается в обработке изделий. Чтобы обеспечить этот процесс, необходим материал более высокой твердости. Эту функцию выполняют твердые сплавы.
Титановые сплавы
Они используются в промышленности, машиностроении. Легкий и прочный титан является основным элементом сплавов, которые весьма устойчивы к коррозии. Но у них очень высокая себестоимость.
Поэтому титановые сплавы применяются в основном для высокотехнологичного производства. Месторождения титана есть в разных странах, в том числе в России.
Эффектный способ поменять законы: что для этого делали бедняки Древнего Рима
Анаэробные упражнения, изометрия: расшифровка распространенных фитнес-терминов
Бараны на шоссе и другие снимки для международного фотоконкурса
Сталь и ее сплавы
Сталь — это прочный сплав железа и углерода, с добавками других элементов, таких как кремний, марганец, ванадий, ниобий и пр. Благодаря различным системам легирования стали можно получать совершенно разный комплекс свойств новых сплавов.
Так, высокоуглеродистая сталь — это сплав железа с высоким содержанием углерода — получается прочной, относительно дешевой, долговечной, она хорошо поддается обработке. Из недостатков стоит отметить низкую прокаливаемость и низкую теплостойкость, что делает углеродистую сталь уязвимой в агрессивной среде.
Сферы применения: из углеродистой стали изготавливают различные инструменты, детали машин и сложных механизмов, элементы металлоконструкций. Важным условием применения таких изделий является неагрессивная среда.
Сплав стали, железа и никеля – один из наиболее прочных сплавов. Существует несколько его разновидностей, но в целом легирование углеродистой стали никелем увеличивает предел текучести до 1420 МПа и при этом показатель предела прочности на разрыв доходит до 1460 МПа.
Сферы применения: сплавы на никелевой основе используют в конструкциях некоторых типов мощных атомных реакторов в качестве защитных высокотемпературных оболочек для предохранения от коррозии урановых стержней.
Нержавеющая сталь – коррозионностойкий сплав стали, хрома и марганца с пределом текучести до 1560 МПа и пределом прочности на разрыв до 1600 МПа. Как и все виды стали, этот сплав обладает высокой ударопрочностью и имеет средний балл по шкале Мооса.
Сферы применения: благодаря своим антикоррозийным свойствам нержавеющую сталь широко применяют в самых разных областях – нефтехимической промышленности, машиностроении, строительстве, электроэнергетике, кораблестроении, пищевой промышленности и для изготовления бытовых приборов.
Платина
Платина – самый дорогой материал из нашего списка. Платина известна тем, что символизирует чистую, вечную любовь. Металл прочный, но позволяющий изменить размер вашего кольца. Это твердый металл, но он не устойчив к царапинам. Он никогда не тускнеет, но со временем на нем естественным образом образуется «патина» – тонкий слой пленки, придающий ему вид старой вещи. Яркий серебристый цвет и поверхность без царапин можно восстановить при помощи услуг вашего ювелира и повторной полировки. Мы знаем отличное место для поиска платиновых украшений – Platinum Guild International.
Бериллий
Относится к группе металлов, и представляет собой элемент светло-серого цвета, обладающий относительной твердостью и высокой токсичностью. Благодаря своим уникальным свойствам бериллий применяется в самых различных сферах производства:
- ядерной энергетике;
- аэрокосмической технике;
- металлургии;
- лазерной технике;
- атомной энергетике.
Из-за высокой твердости бериллий используется при производстве легирующих сплавов, огнеупорных материалов.
Инновационные сплавы
Существует ряд сплавов, которые появились совсем недавно, но уже успели завоевать признание благодаря своим «сверхкачествам» и активно используются в аэрокосмической сфере и медицине.
Алюминид титана – сплав титана и алюминия, который выдерживает высокие температуры и обладает антикоррозийными свойствами, но при этом он довольно хрупкий и недостаточно пластичный. Тем не менее, он нашел свое применение в производстве специальных защитных покрытий.
Сплав титана с золотом – еще один уникальный материал, который был разработан несколько лет назад группой ученых из университетов США. Основная задача, которая стояла перед учеными, создать материал крепче титана, который можно было бы применять в медицине для производства протезов, совместимых с биотканью. Дело в том, что титановые протезы, несмотря на свою прочность, изнашиваются относительно быстро, их приходится менять каждые 10 лет. А вот сплав титана с золотом оказался вчетверо более прочным, чем те сплавы, что сейчас используются в производстве протезов.
Керамика
Керамика близка к вольфраму по твердости. Она делается из карбида титана, который является твердым материалом, который плюс ко всему очень легкий. Он исключительно устойчив к царапинам и доступен в нескольких цветах. Керамика является новым материалом для ювелирной промышленности, поэтому ассортимент стилей исполнения изделий из керамики – более ограничен по сравнению с традиционными металлами. Изделия из керамики также отличаются хрупкостью, как и вольфрам, поэтому их размер также нельзя изменить.
Осмий
Блестящий серебристо-белый металл со слегка голубоватым отливом, относится к платиновой группе и считается одним из самых прочных металлов в мире. Аналогично иридию имеет высокую атомную плотность высокую прочность и твердость. Поскольку осмий относится к платиновым металлам, имеет схожие с иридием свойства: тугоплавкость, твердость, хрупкость, стойкость к механическим воздействиям, а также к влиянию агрессивных сред. Нашел широкое применение в хирургии, электронной микроскопии, химической промышленности, ракетной технике, электронной аппаратуре.
