Главная » Разное » Самый крепкий в мире сплав

Самый крепкий в мире сплав


Самый прочный сплав в мире: химические и физические свойства

На чтение 3 мин.

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

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.

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:

  1. 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.
  2. Высокая твердость, которая составляет 90 единицы по Роквеллу.
  3. 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:

  1. Сначала формируется грубый порошок вольфрама, который затем измельчается и просеивается.
  2. Таким же образом получаются порошки карбида вольфрама и кобальта.
  3. Идет их перемешивание с добавлением клея. В этом качестве выступает каучук, растворенный в бензине.
  4. Смесь подсушивается и прессуется.
  5. 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.

Топ 10 самых прочных металлов в мире

Использование металлов в повседневной жизни началось на заре развития человечества. В первую очередь была освоена медь, которая доступна в природе и легко поддается обработке. До сих пор археологи при раскопках находят различные медные изделия и домашнюю утварь. В процессе эволюции люди постепенно учились соединять различные металлы, получая все более прочные сплавы, пригодные для изготовления орудий труда, а позже и оружия. В наше время продолжаются эксперименты, благодаря которым можно выявить самые прочные металлы в мире.

10 Титан

Титан – высокопрочный твердый металл, который сразу же привлек к себе внимание. Свойствами титана являются: высокая удельная прочность; стойкость к высоким температурам; низкая плотность; коррозийная стойкость; механическая и химическая стойкость. Титан применяется в военной промышленности, медицине авиации, кораблестроении, и других сферах производства.

9 Уран

Самый известный элемент, который считается одним из самых прочных металлов в мире, и в нормальных условиях представляет собой слабый радиоактивный металл. В природе находится как в свободном состоянии, так и в кислых осадочных породах. Он достаточно тяжел, широко распространен повсеместно и обладает парамагнитными свойствами, гибкостью, ковкостью, и относительной пластичностью. Уран применяется во многих сферах производства.

8 Вольфрам

Известен как самый тугоплавкий металл из всех существующих, и относится к самым прочным металлам в мире. Представляет собой твердый переходный элемент блестящего серебристо-серого цвета. Обладает высокой прочностью, отличной тугоплавкостью, стойкостью к химическим воздействиям. Благодаря своим свойствам поддается ковке, и вытягивается в тонкую нить. Известен в качестве вольфрамовой нити накаливания.

7 Рений

Среди представителей данной группы считается переходным металлом высокой плотности серебристо-белого цвета. В природе встречается в чистом виде, однако встречается в молибденовом и медном сырье. Отличается высокой твердостью и плотностью, и имеет отличную тугоплавкость. Обладает повышенной прочностью, которая не теряется при многократных перепадах температур. Рений относится к дорогим металлам и имеет высокую стоимость. Используется в современной технике и электронике.

6 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.

5 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.

4 Хром

Следующим среди самых прочных металлов в мире является хром – твердый, высокопрочный металл голубовато-белого цвета, стойкий к воздействию щелочей и кислот. В природе встречается в чистом виде и широко применяется в различных отраслях науки, техники и производства. Хром используется для создания различных сплавов, которые используются при изготовлении медицинского, а также химического технологического оборудования. В соединении с железом образует сплав феррохром, который используется при изготовлении металлорежущих инструментов.

3 Тантал

Тантал является одним из самых прочных металлов в мире. Он представляет собой серебристый металл с высокой твердостью и атомной плотностью. Благодаря образованию на его поверхности оксидной пленки, имеет свинцовый оттенок. Отличительными свойствами тантала являются высокая прочность, тугоплавкость, стойкость к коррозии, воздействию агрессивных сред. Металл является достаточно пластичным металлом и легко поддается механической обработке. Сегодня тантал успешно используется: в химической промышленности; при сооружении ядерных реакторов; в металлургическом производстве; при создании жаропрочных сплавов.

2 Рутений

Рутений – серебристый металл, принадлежащий к платиновой группе. Его особенностью является наличие в составе мышечной ткани живых организмов. Ценными свойствами рутения являются высокая прочность, твердость, тугоплавкость, химическая стойкость, способность образовывать комплексные соединения. Рутений считается катализатором многих химических реакций, выступает в роли материала для изготовления электродов, контактов, острых наконечников.

1 Иридий

Самый прочный металл – иридий – серебристо-белый, твердый и тугоплавкий, который относится к платиновой группе. В природе высокопрочный элемент встречается крайне редко, и часто входит в соединение с осмием. Из-за своей природной твердости он плохо поддается механической обработке и обладает высокой стойкостью к воздействию химический веществ. Иридий с большим трудом реагирует на воздействие галогенов и перекиси натрия. Этот металл играет важную роль в повседневной жизни. Его добавляют к титану, хрому и вольфраму для улучшения стойкости к кислым средам, применяют при изготовлении канцелярских принадлежностей, используют в ювелирном деле для создания ювелирных изделий. Стоимость иридия остается высокой из-за ограниченного присутствия в природе.

Источник

Топ 10 самых прочных металлов в мире

Металлы в обыденной жизни стали применять в древности. Медь была первым элементом, который начал использовать человек, так как в природе её было просто найти, и она легко обрабатывалась. Неслучайно археологами найдены многочисленные предметы, сделанные из меди. В ходе своего развития люди научились делать сплавы, из которых изготавливались орудия труда, а затем и оружие. В наши дни проводятся исследования для выявления прочнейших металлов. Давайте узнаем больше о свойствах и использовании десяти самых прочных металлов в мире.

10. Титан

Его называют металлом будущего, поскольку окончательное его место в жизни людей пока не определено. Человек быстро оценил его лучшие качества. Титан лёгкий и высокопрочный, устойчивый к высоким температурам, отличается низкой плотностью, стойкостью к коррозии. Сферы применения: авиационная техника и ракетная отрасль, судостроение. Титановые сплавы имеют большие перспективы применения, но сдерживаются его высокой стоимостью и недостаточной распространённостью.

9. Уран

Наиболее распространенный металл, отличается большой прочностью, в привычных условиях слабо радиоактивен. Обнаружение учёными урана считается открытием планетарного масштаба. Наделен парамагнитными свойствами, гибкий, ковкий и относительно пластичный, благодаря таким качествам нашёл применение в разнообразных производственных сферах: является основой для ядерного оружия, соединения урана используются в производстве стекол, в качестве красителей.

8. Вольфрам

Характеризуется высокой тугоплавкостью, также принадлежит к прочнейшим металлам на планете Земля. Являясь твёрдым элементом бело-серого цвета с характерным блеском, вольфрам высокопрочный, тугоплавкий, устойчив к воздействию кислотной и щелочной среды. Наделен ковкостью, при повышении температур W саморазогревается, а также растягивается в тоненькую нить, используемую в лампах.

7. Рений

Парамагнитный рений, один из более «тяжёлых» элементов высокой плотности (21.03 г/см3). На земле RE существует в чистом виде, особенно значительно содержание в виде примеси в молибдените до 0,5%. Ярко выраженными свойствами RE считаются высочайшая прочность, жаростойкость, характеризуется тугоплавкостью, стойкостью к окислению, пластичностью, малой коррозией при воздействии многих химических веществ. Рений — дорогостоящий металл. Сферы применения многообразны: электроника, ракетостроение, авиастроение (например, производство запчастей для сверхзвуковых истребителей), металлургическая отрасль, медицина, судостроение.

6. Осмий

Металл серебристо-светлой окраски, отливающий голубизной. Входя в группу платиноидов, считается одним из более плотных элементов. Характеризуется твёрдостью. Os является хрупким металлом, но при этом характеризуется устойчивостью к механическому воздействию и влиянию кислой среды. Учёными засвидетельствовано присутствие осмия в металлических метеоритах. Образуя идеальный состав с другими элементами, получил широкое использование в медицине, электронике, химии и нефтехимии, ракетостроении, нашёл широкое применение при производстве ручек.

5. Бериллий

Металл серого цвета с серебристым оттенком, приобретающий при соприкосновении с воздухом матовый оттенок по причине образования оксидной плёнки. Металл, характеризующийся твёрдостью, высоко токсичный. В отличие от других металлов прекрасно проводит тепло и характеризуется низким электрическим сопротивлением. Обладая уникальными свойствами, Be получил применение в авиакосмической области, ракетостроении, ядерной энергетике, металлургической промышленности, атомной энергетике, лазерной технике. Учитывая высокую твёрдость Ве, его применяют для получения легирующих сплавов, материалов, отличающихся своими огнеупорными качествами.

4. Хром

Хром – металл бело-голубого цвета. Характеризуется высокой прочностью, твёрдостью, ярко выраженными магнитными свойствами, не подвергается водородному охрупчиванию, стойкий к влиянию кислотной и щелочной среды. Его используют, создавая различные сплавы, а те в свою очередь востребованы для изготовления медоборудования. Кроме того, Cr применяется при синтезе искусственных рубинов, соли хрома четырехвалентного используют для сохранения древесины и дубления кож.

3. Тантал

Тантал входит в тройку прочнейших элементов на земле. Его характеризуют серо-металлический цвет с серебристым блеском, высокая твёрдость и атомная плотность. Образующаяся сверху оксидная плёнка придаёт ему свинцовый отлив. Несмотря на высокую твёрдость и прочность, это металл характеризуется пластичностью, и по такому качеству сравним с золотом. Металл тугоплавкий, стойкий к коррозии и окислению. Нашел активное применение в металлургии, строительстве энергетических установок, химической отрасли.

2. Рутений

Имя 2-го по прочности металла на древнем языке означает – Россия. Металл имеет серебристый цвет, относится к платиноидам, содержится в тканях мышц у всех живущих на земле существ. Высокопрочный металл, твёрдый, тугоплавкий, обладает стойкостью к воздействию химических веществ, способен образовывать комплексные соединения. Рутений используется в космической отрасли, медицине, электронике, в качестве добавки, придающей золоту чёрный цвет.

1. Иридий

Лидером среди всех металлов, обладающих высокой прочностью, считается Иридий. Твёрдый и тугоплавкий элемент серо-белого цвета принадлежит к платиноидам. Сегодня на поверхности Земли почти не встречается, но нередко встречается в соединениях с осмием. По причине твердости воздействие на металл затруднено, а значит и обработка, стоек под влиянием химических веществ. Его значение в обыденной жизни весьма велико. Иридий используется для придания таким металлам, как титан, хром и вольфрам лучшей устойчивости к влиянию кислотной и щелочной среды. Применяется для изготовления термопар, топливных баков, термоэлектрических генераторов, в медицине, нашёл широкое применение для сплавов с платиной у ювелиров.

Топ-10 самых прочных металлов в мире

*Обзор лучших по мнению редакции Zuzako.com. О критериях отбора. Данный материал носит субъективный характер, не является рекламой и не служит руководством к покупке. Перед покупкой необходима консультация со специалистом.

Самые прочные металлы на планете Земля встречаются довольно редко. Большинство из них стоят значительно дороже золота. Эксперты Zuzako составили рейтинг износостойких металлов. Всего их 10.

Какой металлический сплав самый прочный в мире: справка редакции Zuzako

Самый прочный металлический сплав на земле сделан учёными искусственно. Они соединили на атомном уровне далеко не самые твёрдые металлы: платину и золото. В результате получился материал, который практически не стирается.

Есть понятное для всех сравнение, демонстрирующее, что полученный сплав лучший. Если ехать по асфальтовой дороге вокруг экватора на шинах из этого сплава, то они сотрутся только после того, как машина 500 раз «обогнёт» земной шар.

Износостойкий сплав дорогой. Его производство по стоимости конкурирует с ценой металлов, из которых его делают.

Самый твёрдый сплав, полученный из соединений титана и золота, разрабатывался с целью создания из него протезов. Материал не окисляется и не вызывает отторжения тканей.

Друзья, вам понравился рейтинг самых твёрдых металлов, составленный нашими экспертами? О чём ещё вы хотели бы узнать на страницах нашего сайта?

Поделитесь с друзьями в социальных сетях

Справочная статья, основанная на экспертном мнении автора.

Оцените публикацию Загрузка...

Ножевой ликбез: самая твердая сталь в мире

Возможно на вполне увлечения ножами, вы начали разбираться в типах сталей, характеристиках и особенностях. Однако, многие представители ножевого сообщества считают, что самыми твердыми сплавами являются инструментальные порошковые сплавы американского или европейского производства. Но это не так.

Давайте же вместе найдем ответ на вопрос, который заботит многих из нас - что является самой твердой сталью, известной человечеству? Короткий ответ - нитинол, также известный как Ni-Ti-Nol.

Ножи из этого сплава высоко ценятся среди известных коллекционеров. Не только благодаря своей твердости, но и за счет способности приобретать яркую и непредсказуемую окраску в процессе термической обработки.

Нитинол, также известный как Ni-Ti-Nol, был впервые обнаружен еще в 1959 году учеными Уильямом Булером и Фредериком Вангом в лаборатории военно-морских сил. Сокращение Ni-Ti-Nol означает "лаборатория никель-титановых сплавов".

Булер и Ванг искали сверхупругий сплав для носовых конусов ракет, который был бы гибким при экстремальных температурах, но после охлаждения вернулся бы в свою первоначальную форму. Их усилия увенчались успехом. Но полученный ими прочный сплав был настолько сложен в обработке, что не использовался в течение долгого времени.

Как нитинол стал SM-100

Интерес к этому металлу пришел много лет спустя и, как водится, "оттуда откуда не ждали". Угадайте с одного раза, кого может заинтересовать высокотвердый и редкий сплав, который дает яркий и непредсказуемый узор в процессе термической обработки?

Ножевой дизайнер Дуэйн Двайер из Strider Knives заинтересовался нитинолом еще в 2005 году, когда искал сплав сверхтвердых металлов, который не ржавел бы. Он обратился к металлургу и другу Скотту Деванне, вице-президенту по технологиям SB Specialty Metals, и поинтересовался возможностью производства нитинола с использованием технологии, которая никогда не применялась.

Вскоре после этого Скотт познакомил Дуэйна с Эриком Боно, металлургом и производителем ножей, который также интересовался нитинолом, и они втроем начали изучать возможности создания клинков из этого сплава.

Обладая знаниями и опытом в области металлургии, Боно в 2006 году разработал рабочий вариант сплава, получивший название "SM-100", в виде порошкового металла. Еще несколько лет ушло на рафинирование сплава и процессов, и в 2009 году Боно и его деловой партнер Фред Йолтон создали компанию Summit Metals LLC для производства SM-100.

С тех пор SM-100 (60% никеля и 40% титана), который компания продает под названием "HIPTiNite", завоевал интерес не только у ножевой промышленности, но и у американского космического агентства NASA и у представителей различных команд Формулы-1.

Свойства стали SM-100

Запатентованный и брендированный сплав SM-100 нитинола, как и его предшественник, чрезвычайно прочен и очень тяжело поддается обработке. Например, одна шлифовальная лента может использоваться для шлифовки нескольких ножей из нержавеющей стали, однако для одного ножа из сплава SM-100 требуется несколько лент. Как правило, шесть и более лент.

Естественно, что работа с таким сплавам доступна только небольшому количеству найфмейкеров. Изготовленные и продаваемые в небольших количествах ножи из SM-100 стоят недешево. Если добавить к этому стоимость ремней и дополнительное время на грамотную обработку материала, то стоимость одного ножа, как говорится, улетает в космос. По словам создателей сплава, нож из SM-100 можно бросить в соленую морскую воду и через 50 лет вы не найдете на нем ни капли коррозии.

Во время разработки SM-100 Боно обнаружил, что он может быть окрашен в теплые оттенки, превращаясь в изысканную радугу цветов. Благодаря содержанию титана, SM-100 окисляется при термической обработке, как и другие сплавы, содержащие титан, но процесс достижения цветовых эффектов совершенно иной. Однако, создатели уверяют что дело не только в высокой температуре. Боно уверен, что магия происходит во время процесса термообработки, в котором он допускает попадание небольших воздушных пузырьков на поверхность ножа. Перед термообработкой клинки обматываются фольгой, под которой сознательно оставляются воздушные каналы.

При термической обработке на клинке возникают различные цветовые сочетания в зависимости от содержания кислорода на определенных участках. Учитывая относительную новизну этого сплава, будем надеяться, что мы еще о нем услышим и, может быть, даже увидим в ближайшее время на территории Российской Федерации.

Самый крепкий металл в мире - Topkin

Металл люди начали использовать еще в древности. Самый доступный в природе и поддающийся обработке металл — медь. Медные изделия в виде домашней утвари находят археологи при раскопках древних поселений. По мере роста технического прогресса человек научился делать сплавы из различных металлов, которые пригодились ему при изготовлении предметов быта и оружия. Так и появился самый крепкий металл в мире.

Титан

Этот необычайно красивый серебристо-белого цвета металл был открыт почти одновременно в конце 18 столетия двумя учеными — англичанином У. Грегори и немцем М. Клапротом. По одной версии, титан получил свое название в честь персонажей древнегреческих мифов, могучих Титанов, по другой — от Титании, королевы фей из германской мифологии — из-за своей легкости. Однако тогда применение ему не нашли.

Затем в 1925 году физики из Голландии смогли выделить чистый титан и открыли множество его преимуществ. Это — высокие показатели технологичности, удельной прочности и устойчивости к влиянию коррозии, очень большая прочность при высоких температурах. Также имеет высокую антикоррозионную стойкость. Эти фантастические показатели сразу привлекли инженеров и конструкторов.

В 1940 году ученый Кроль получил чистый титан с помощью магниетермического метода, и с тех пор этот метод является основным. Добывается самый крепкий металл на земле во многих местах в мире — России, Украине, Китае, ЮАР и других.

Титан прочнее железа в два раза по механическим показателям, в шесть раз — алюминия. Сплавы титана являются на данный момент самыми прочными в мире, и поэтому нашли применение в военной (конструкции подводных лодок, ракет), кораблестроительной и авиационной промышленностях (на сверхзвуковых самолетах).

Этот металл также невероятно пластичен, поэтому из него можно изготовить любую форму – листы, трубы, проволоку, ленту. Широко используют титан для изготовления медицинских протезов (при этом он биологически идеально совместим с тканями организма человека), ювелирных изделий, спортивного инвентаря и др.

Также применяют его в химическом производстве за счет его антикоррозионных свойств, этот металл в агрессивной среде не корродирует. Так, в испытательных целях пластину титана поместили в морскую воду, и за 10 лет он даже не покрылся ржавчиной!

За счет своего высокого электросопротивления и свойств ненамагничивания он широко применяется в радиоэлектронике, например, в конструктивных деталях мобильных телефонов. Очень перспективно применение титана в области стоматологии, особенно важна его способность срастаться с костной тканью человека, что дает прочность и монолитность при протезировании. Широко его используют при изготовлении медицинских инструментов.

Уран

Природные окислительные свойства урана использовались еще в древности (1 век до н.э.) при изготовлении желтой глазури в керамических изделиях. Один из наиболее известных в мировой практике прочных металлов, он является слаборадиоактивным и используется при производстве ядерного топлива. ХХ век даже называли «веком Урана». Этот металл обладает парамагнитными свойствами.

Уран тяжелее железа в 2,5 раза, образует множество химических соединений, в производстве используют его сплавы с такими элементами, как олово, свинец, алюминий, ртуть, железо.

Вольфрам

Это не только самый крепкий металл в мире, но и очень редкий, который даже нигде не добывается, а получен был химическим путем еще в 1781 году в Швеции. Самый устойчивый к температурам металл в мире. Благодаря высокой тугоплавкости хорошо поддается ковке, при этом его вытягивают в тонкую ниточку.

Самое известное его применение — вольфрамовая нить накаливания в лампочках. Широко используется для производства специальных инструментов (резцов, фрез, хирургических) и в ювелирном производстве. За счет его свойства не пропускать радиоактивные лучи, из него производят контейнеры для хранения ядерных отходов. Месторождения вольфрама в России находятся на Алтае, Чукотке, Северном Кавказе.

Рений

Имя свое получил в Германии (река Рейн), где был открыт в 1925 году, сам металл имеет белый цвет. Добывается и в чистом виде (Курильские острова), и при добыче молибденового и медного сырья, но в очень малых количествах.

Самый крепкий металл на земле очень твердый и плотный, отлично плавится. Прочность высокая и не зависит от перепадов температуры, недостаток – высокая стоимость, ядовитый для человека. Используется в электронике и авиационной промышленности.

Осмий

Самый тяжелый элемент, например, килограмм осмия выглядит в виде шарика, легко помещающегося в руке. Относится к платиновой группе металлов, по цене превышает в разы золото. Название получил свое из-за плохого запаха при химической реакции, которую провел английский ученый С. Теннант в 1803 году.

Внешне выглядит очень красиво: блестящие серебристые кристаллы с синим и голубым отливом. Используют его обычно в виде добавки к другим металлам в промышленности (металлокерамические резцы повышенной прочности, лезвия медицинских ножей). Его немагнитные и прочные свойства используют при изготовлении высокоточных приборов.

Бериллий

Получен был химиком Полем Лебо в конце 19 века. Вначале этот металл прозвали «сладким», из-за его конфетного вкуса. Потом оказалось, что у него есть и другие привлекательные и оригинальные свойства, например, он не хочет вступать ни в какие химические реакции с другими элементами за редким исключением (галоген).

Самый крепкий металл в мире одновременно и твердый, и хрупкий, и легкий, к тому же высокотоксичный. Его исключительная прочность (к примеру, проволока диаметром 1 мм может выдержать вес человека) используется в лазерной и космической технике, атомной энергетике.

Новые открытия

Об очень прочных металлах можно еще и дальше рассказывать, но технический прогресс двигается вперед. Ученые из Калифорнии недавно объявили миру о появлении «ликвид-металла» (от слова «жидкий»), по прочности превосходящего титан. К тому же он оказался суперлегким, гибким и высокопрочным. Поэтому ученым предстоит создать и разработать способы применения нового металла, а в будущем, возможно, совершить еще много открытий.

Какие металлы самые твердые в мире?

Металл - это род металлов, который описывает ряд различных материалов, которые обычно являются блестящими, электрически и теплопроводными и, прежде всего, твердыми. Металлы чрезвычайно разнообразны. Фактически, более 75 процентов из 118 элементов таблицы Менделеева сделаны из металлов. Поэтому, естественно, у многих возникает вопрос: «Какие металлы самые твердые в мире?» В этой статье мы рассмотрим множество различных видов металлов, независимо от того, являются ли они элементами, соединениями или сплавами, чтобы узнать, какие металлы самые прочные и самые твердые.В нашем списке используется шкала Бринелля, которая измеряет твердость материалов при вдавливании. Важно отметить, что редко бывает одно единое значение для одного металла, поскольку они имеют тенденцию меняться в зависимости от того, из каких сплавов и соединений они состоят.

1. Вольфрам (1960–2450 МПа)

Вольфрам - один из самых твердых металлов, встречающихся в природе. Также известный как Вольфрам, этот редкий химический элемент имеет высокую плотность (19,25 г / см3), а также высокую температуру плавления (3422 ° C / 6192 ° F).С вольфрамом в его редкой форме трудно работать из-за его хрупкости, которая может измениться, когда станет чистым. Вольфрам часто используется для создания твердых сплавов, таких как быстрорежущая сталь, для повышения защиты от истирания, а также для улучшения электропроводности.

2. Иридий (1670 МПа)

Как и вольфрам, иридий представляет собой химический элемент, обладающий признаками высокой плотности и устойчивостью к высоким температурам. Иридий относится к металлам платиновой группы и по внешнему виду напоминает платину.Однако с иридием сложно работать. Поскольку иридий очень твердый, он также довольно хрупкий, что усугубляется его очень высокой температурой плавления, превышающей 2000 ° C. Иридий считается одним из самых редких элементов на поверхности Земли, а также одним из самых устойчивых к коррозии элементов.

3. Сталь

Сталь - это легированный металл, состоящий из железа и других элементов, например углерода. Это наиболее часто используемый материал в строительстве, машиностроении и других отраслях промышленности. Из-за множества вариантов и уровней качества стали, которые могут применяться, не существует единого значения твердости.Существует множество различных методов закалки стали для улучшения защиты стали от износа, термостойкости и защиты от истирания. Borocoat, например, оптимизирует твердость стали, не делая ее хрупкой. Узнайте больше о борировании и Borocoat.

4. Осмий (3920–4000 МПа)

Осмий относится к металлам платиновой группы и обладает высокой плотностью. Фактически, это самый плотный природный элемент на Земле - 22,59 г / см3. По этой же причине осмий не плавится до 3033 ° C, температуры, которая затрудняет работу с металлом.Когда он легирован другими металлами платиновой группы (такими как иридий, платина и палладий), его можно использовать во многих различных областях, где необходимы твердость и долговечность.

5. Хром (687-6500 МПа)

Хром - элемент, часто встречающийся в сплавах, таких как нержавеющая сталь. По шкале Мооса, которая измеряет устойчивость к царапинам, он находится среди лучших. Хром ценится как за высокую коррозионную стойкость, так и за твердость. Поскольку с ним легче обращаться, а также с ним больше, чем с металлами платиновой группы, хром является популярным элементом, используемым в сплавах.

6. Титан (от 716 до 2770 МПа)

Титан известен своей прочностью. Хотя по твердости по Бринеллю он не совсем сравнивается с другими металлами из этого списка, титан имеет впечатляющее соотношение прочности и веса. Даже в чистом виде титан тверже многих стальных форм. Как тугоплавкий металл, он обладает высокой устойчивостью к нагреванию и истиранию, поэтому титан является популярным сплавом. Его можно легировать, например, железом и углеродом.

.

Самый износостойкий металлический сплав в мире - ScienceDaily

Если вам когда-нибудь не повезет иметь автомобиль с металлическими шинами, вы можете подумать о комплекте, сделанном из нового сплава, разработанного в Sandia National Laboratories. Вы можете проскользнуть - не ехать, скользить - вокруг экватора Земли 500 раз, прежде чем протектор износится.

Группа исследователей материалов Sandia разработала сплав платины с золотом, который считается самым износостойким металлом в мире. Он в 100 раз прочнее высокопрочной стали, что делает его первым сплавом или комбинацией металлов в том же классе, что и алмаз и сапфир, самые износостойкие природные материалы.Команда Сандии недавно сообщила о своих выводах в Advanced Materials . «Мы показали, что в некоторые сплавы можно внести фундаментальные изменения, которые приведут к огромному увеличению производительности по широкому спектру реальных, практичных металлов», - сказал материаловед Ник Арджибей, автор статьи.

Хотя металлы обычно считаются прочными, когда они многократно трутся о другие металлы, например, в двигателе, они изнашиваются, деформируются и корродируют, если у них нет защитного барьера, как присадки в моторном масле.

В электронике подвижные контакты металл-металл получают аналогичную защиту с внешними слоями из золота или других сплавов драгоценных металлов. Но эти покрытия дорогие. И в конечном итоге они изнашиваются, поскольку соединения сжимаются и скользят друг по другу день за днем, год за годом, иногда миллионы, даже миллиарды раз. Эти эффекты усиливаются, чем меньше размер соединений, поскольку чем меньше материала вы используете в начале, тем меньше износ может выдержать соединение, прежде чем оно перестанет работать.

С платиново-золотым покрытием Sandia только один слой атомов будет потерян после мили пробуксовки на гипотетических шинах. По словам Аргибая, сверхпрочное покрытие может сэкономить электронной промышленности более 100 миллионов долларов в год только на материалах и сделать электронику всех размеров и во многих отраслях более рентабельной, долговечной и надежной - от аэрокосмических систем и ветряных турбин до микроэлектроника для сотовых телефонов и радиолокационных систем.

«Эти износостойкие материалы потенциально могут обеспечить повышение надежности для ряда устройств, которые мы исследовали», - сказал Крис Нордквист, инженер Sandia, не участвовавший в исследовании.«Возможности для интеграции и улучшения будут зависеть от конкретного устройства, но этот материал предоставит еще один инструмент для устранения текущих ограничений надежности металлических микроэлектронных компонентов».

Новый металл опровергает старую теорию

Вам может быть интересно, как металлурги на протяжении тысячелетий как-то упускали это. По правде говоря, сочетание 90 процентов платины с 10 процентами золота вовсе не ново.

Но инженерия новая.Аргибай и его соавтор Майкл Чандросс разработали дизайн и заложили в него новую мудрость 21 и века. Принято считать, что способность металла противостоять трению зависит от его твердости. Команда Sandia предложила новую теорию, согласно которой износ связан с тем, как металлы реагируют на тепло, а не с их твердостью, и они вручную выбрали металлы, пропорции и процесс изготовления, которые могли бы подтвердить свою теорию.

«Многие традиционные сплавы были разработаны для повышения прочности материала за счет уменьшения размера зерен», - сказал Джон Карри, постдокторант в Sandia и первый автор статьи.«Даже несмотря на это, в присутствии экстремальных напряжений и температур многие сплавы будут огрубеть или размягчаться, особенно при усталости. Мы увидели, что у нашего сплава платина-золото превосходная механическая и термическая стабильность, и мы не заметили значительных изменений в микроструктуре. в течение очень долгих периодов циклических нагрузок во время скольжения ».

Теперь у них есть доказательства, которые они могут держать в руках. Он выглядит и ощущается как обычная платина, серебристо-белый и немного тяжелее чистого золота. Самое главное, он не тверже, чем другие сплавы платины с золотом, но он намного лучше сопротивляется нагреванию и в сотни раз более устойчив к износу.

Подход команды - современный, основанный на вычислительных инструментах. Теория Аргибея и Чандросса возникла в результате моделирования, в ходе которого было рассчитано, как отдельные атомы влияют на крупномасштабные свойства материала, и эта связь редко очевидна только из наблюдений. Исследователи во многих областях науки используют вычислительные инструменты, чтобы избавиться от догадок в исследованиях и разработках.

«Мы переходим к фундаментальным атомным механизмам и микроструктуре и связываем все эти вещи вместе, чтобы понять, почему вы получаете хорошие рабочие характеристики или почему вы получаете плохие рабочие характеристики, а затем разрабатываем сплав, который дает вам хорошие характеристики», - сказал Чандросс.

Сюрприз

Тем не менее, в науке всегда будут сюрпризы. В отдельной статье, опубликованной в Carbon, команда Sandia описывает результаты замечательной аварии. Однажды во время измерения износа их платино-золотого покрытия на их поверхности начала образовываться неожиданная черная пленка. Они признали это: алмазоподобный углерод, одно из лучших в мире покрытий, созданных руками человека, гладкое, как графит, и твердое, как алмаз. Их творение делало собственную смазку, причем неплохую.

Алмазоподобный углерод обычно требует особых условий для производства, и тем не менее сплав синтезировал его самопроизвольно.

«Мы считаем, что стабильность и внутренняя стойкость к износу позволяют углеродсодержащим молекулам из окружающей среды прилипать и разрушаться во время скольжения, в конечном итоге образуя алмазоподобный углерод», - сказал Карри. «В промышленности есть и другие методы для этого, но они обычно включают вакуумные камеры с высокотемпературной плазмой из углеродных частиц. Это может стать очень дорогим.«

Это явление можно использовать для дальнейшего улучшения и без того впечатляющих характеристик металла, а также потенциально может привести к более простому и экономичному способу массового производства смазочных материалов премиум-класса.

.

Инженеры создают самый износостойкий металлический сплав в мире

Предоставлено: Sandia National Laboratories.

Если вам когда-либо не повезло иметь автомобиль с металлическими шинами, вы можете подумать о комплекте, сделанном из нового сплава, разработанного в Sandia National Laboratories. Вы можете проскочить - не ехать, скользить - вокруг экватора Земли 500 раз, прежде чем протектор износится.

Группа исследователей материалов Сандии разработала сплав платины с золотом, который считается самым износостойким металлом в мире.Он в 100 раз прочнее высокопрочной стали, что делает его первым сплавом или комбинацией металлов в том же классе, что и алмаз и сапфир, самые износостойкие природные материалы. Команда Сандии недавно сообщила о своих выводах в Advanced Materials . «Мы показали, что в некоторые сплавы можно внести фундаментальные изменения, которые приведут к огромному увеличению производительности по широкому спектру реальных, практичных металлов», - сказал материаловед Ник Арджибей, автор статьи.

Хотя металлы обычно считаются прочными, когда они многократно трутся о другие металлы, например, в двигателе, они изнашиваются, деформируются и корродируют, если у них нет защитного барьера, как присадки в моторном масле.

В электронике подвижные контакты металл-металл получают аналогичную защиту с внешними слоями из золота или других сплавов драгоценных металлов. Но эти покрытия дорогие. И в конечном итоге они изнашиваются, поскольку соединения сжимаются и скользят друг по другу день за днем, год за годом, иногда миллионы, даже миллиарды раз.Эти эффекты усиливаются, чем меньше размер соединений, поскольку чем меньше материала вы используете в начале, тем меньше износ может выдержать соединение, прежде чем оно перестанет работать.

С платиново-золотым покрытием Sandia только один слой атомов будет потерян после мили пробуксовки на гипотетических шинах. По словам Аргибая, сверхпрочное покрытие может сэкономить электронной промышленности более 100 миллионов долларов в год только на материалах, а также сделать электронику всех размеров и во многих отраслях более экономичной, долговечной и надежной - от аэрокосмических систем и ветряных турбин до микроэлектроники. для сотовых телефонов и радарных систем.

«Эти износостойкие материалы потенциально могут обеспечить повышение надежности для ряда устройств, которые мы исследовали», - сказал Крис Нордквист, инженер Sandia, не участвовавший в исследовании. «Возможности для интеграции и улучшения будут зависеть от конкретного устройства, но этот материал предоставит еще один инструмент для устранения текущих ограничений надежности металлических микроэлектронных компонентов».

Новый металл опровергает старую теорию

Вам может быть интересно, как металлурги на протяжении тысячелетий как-то это пропускали.По правде говоря, сочетание 90 процентов платины с 10 процентами золота вовсе не ново.

Но техника новая. Аргибай и его соавтор Майкл Чандросс разработали дизайн и заложили в него новую мудрость 21 века. Принято считать, что способность металла противостоять трению зависит от его твердости. Команда Sandia предложила новую теорию, согласно которой износ связан с тем, как металлы реагируют на тепло, а не с их твердостью, и они вручную выбрали металлы, пропорции и процесс изготовления, которые могли бы подтвердить свою теорию.

«Многие традиционные сплавы были разработаны для повышения прочности материала за счет уменьшения размера зерен», - сказал Джон Карри, постдокторант в Sandia и первый автор статьи. «Даже несмотря на это, в присутствии экстремальных напряжений и температур многие сплавы будут огрубеть или размягчаться, особенно при усталости. Мы увидели, что у нашего сплава платина-золото превосходная механическая и термическая стабильность, и мы не заметили значительных изменений в микроструктуре. в течение очень долгих периодов циклических нагрузок во время скольжения.«

Теперь у них есть доказательства, которые они могут держать в руках. Он выглядит и ощущается как обычная платина, серебристо-белый и немного тяжелее чистого золота. Самое главное, он не тверже, чем другие сплавы платины с золотом, но он намного лучше сопротивляется нагреванию и в сотни раз более устойчив к износу.

Подход команды - современный, основанный на вычислительных инструментах. Теория Аргибея и Чандросса возникла в результате моделирования, в ходе которого было рассчитано, как отдельные атомы влияют на крупномасштабные свойства материала, и эта связь редко очевидна только из наблюдений.Исследователи во многих областях науки используют вычислительные инструменты, чтобы избавиться от догадок в исследованиях и разработках.

«Мы приступаем к фундаментальным атомным механизмам и микроструктуре и связываем все эти вещи вместе, чтобы понять, почему вы получаете хорошие характеристики или почему вы получаете плохие характеристики, а затем разрабатываем сплав, который дает вам хорошие характеристики», - сказал Чандросс.

Сюрприз

Тем не менее, в науке всегда будут сюрпризы.В отдельной статье, опубликованной в Carbon , команда Sandia описывает результаты замечательной аварии. Однажды во время измерения износа их платино-золотого покрытия на их поверхности начала образовываться неожиданная черная пленка. Они узнали это: алмазоподобный углерод, одно из лучших искусственных покрытий в мире, гладкое, как графит, и твердое, как алмаз. Их творение делало собственную смазку, причем неплохую.

Алмазоподобный углерод обычно требует особых условий для производства, и тем не менее сплав синтезировал его самопроизвольно.

«Мы считаем, что стабильность и внутренняя стойкость к износу позволяют углеродсодержащим молекулам из окружающей среды прилипать и разрушаться во время скольжения с образованием алмазоподобного углерода», - сказал Карри. «В промышленности есть и другие методы для этого, но они обычно включают в себя вакуумные камеры с высокотемпературной плазмой из углеродных частиц. Это может стать очень дорогим».

Это явление можно использовать для дальнейшего улучшения и без того впечатляющих характеристик металла, а также потенциально может привести к более простому и экономичному способу массового производства смазочных материалов премиум-класса.

Предсказание пределов трения: команда изучает свойства материала
Дополнительная информация: Джон Ф. Карри и др. Достижение сверхнизкого износа с помощью стабильных нанокристаллических металлов, Advanced Materials (2018).DOI: 10.1002 / adma.201802026 Предоставлено Сандийские национальные лаборатории

Ссылка : Инженеры создают самый износостойкий металлический сплав в мире (2018, 16 августа) получено 16 ноября 2020 с https: // физ.org / news / 2018-08-wear-устойчивый-металлический-сплав-world.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

.Сплав

- Студенты | Britannica Kids

Введение

Фердинанд Антон

Металл, состоящий из двух или более смешанных и расплавленных чистых металлов, представляет собой сплав. Некоторые сплавы состоят из металла и одного или нескольких неметаллов. Каждый день сплавы используются миллионами способов: самолеты, автомобили, строительные металлы и кастрюли - это типичные предметы, сделанные из сплавов. Обычно мы говорим о металлических изделиях, как если бы они были сделаны из таких чистых элементов, как железо, алюминий или медь, но на самом деле почти все они являются сплавами.

Элементы, наиболее часто используемые в сплавах

Металлы в чистом виде не находят широкого применения. Кастрюля из чистого алюминия будет хрупкой и мягкой и быстро изнашивается. Один из алюминия, легированного медью или кремнием, год за годом можно использовать ежедневно. Лезвие ножа из чистого железа станет тупым при первом использовании, потому что чистое железо относительно мягкое. Однако нож из железа, легированного углеродом и другими элементами, хорошо режет и сохраняет свою острую кромку.

Внутренняя структура сплавов

Все сплавы по определению содержат один или несколько металлов.Именно внутренняя структура металлов в сплавах самым непосредственным образом определяет их характеристики.

Атомная структура

Чистый металл состоит из идентичных атомов, плотно упакованных вместе в упорядоченном (подобном решетке) расположении. Атомы удерживаются на месте электростатическими силами.

Когда элементы смешиваются для получения сплава, металлический элемент, присутствующий в наибольшем количестве по весу, называется основным металлом, а остальные - легирующими добавками. Легирующие агенты растворяются в основном металле, но не соединяются с ним химически.Вместо этого они также выстраиваются в регулярный узор, заполняя пространства между атомами основного металла, не нарушая его основную атомную структуру.

Необходимость упорядоченного размещения объясняет, почему некоторые элементы не образуют сплавы. Представьте себе большую коробку, в которой нужно сложить много шаров. Если все мячи одинакового или почти одинакового размера, как баскетбольные или волейбольные, работа проста. Однако невозможно аккуратно сложить шары, которые сильно различаются по размеру, такие как баскетбольные мячи и мячи для гольфа.То же верно и для атомов. Для легирования диаметры атомов основного металла и легирующих добавок не могут отличаться более чем на 15 процентов. Таким образом, количество возможных сплавов ограничено.

Кристаллическая структура

Сплавы состоят из кристаллов правильной формы, некоторые из которых настолько велики, что их можно увидеть невооруженным глазом. Для изучения кристаллов ученые используют микроскопы, спектроскопы и рентгеновские лучи. Они обнаружили, что кристаллы сплава представляют собой совокупность крошечных зерен, между которыми находится граничный материал.

Некоторые зерна твердые, а некоторые мягкие из-за различных элементов, смешанных в сплаве. Твердые зерна выдерживают нагрузки и сопротивляются износу. Мягкие зерна, будучи более податливыми, позволяют твердым зернам двигаться. Таким образом, если попытаться согнуть кусок металла с твердыми зернами, он сломается. Но если смешать твердые и мягкие зерна, кусок можно согнуть.

В целом мелкозернистые металлы прочнее крупнозернистых металлов. В крупнозернистых сплавах границы могут быть сплошными.Такая структура является слабой, потому что сцепляется меньшее количество зерен. Это делает большинство крупнозернистых сплавов хрупкими, поскольку они легко разрушаются вдоль своих границ.

Изменение структуры сплава

Нагрев и охлаждение могут изменить размер и форму зерен сплава и, следовательно, его кристаллическую структуру. Сплав нагревают до определенной температуры (всегда ниже точки плавления), а затем охлаждают разными способами и с разной скоростью для достижения различной степени твердости и прочности.

Когда высокоуглеродистая сталь нагревается до температуры выше 760 ° C (1400 ° F), а затем резко охлаждается, например, она становится твердой и хрупкой. Это происходит потому, что кристаллическая структура не успевает постепенно меняться, как это было бы в течение более длительного периода охлаждения. Обычно желательно закалить такую ​​крайнюю твердость в процессе отжига. Он заключается в повторном нагреве сплава с последующим его медленным охлаждением.

Стальные сплавы

Некоторые стальные сплавы специального назначения

Железо является основным компонентом наиболее часто используемых сплавов, ферросплавов, от латинского ferrum , что означает «железо».«Когда углерод растворяется в железе, получается сплав - сталь. Самый простой такой сплав, называемый простой углеродистой сталью или деформируемой углеродистой сталью, имеет различные качества в зависимости от содержания углерода. Ему можно придать другие качества, включив другие элементы. Сталь, содержащая марганец, легче формовать на прокатных станах; поэтому большинство сталей содержат его. Стали с никелем устойчивы к ржавчине. Хромистые стали твердые и прочные. Кремнистые стали обладают магнитными свойствами, которые делают их идеальными для электрических генераторов и других электрических устройств.

Нержавеющие стали, называемые так потому, что они устойчивы к ржавчине и кислотной коррозии, обычно представляют собой сплавы железа с содержанием хрома от 10 до 20 процентов и никеля от 5 до 10 процентов. Из них делают столовые приборы, осветительные приборы, декоративную отделку автомобилей и многие другие изделия. Нержавеющая сталь также используется в оборудовании и чанах для обработки и хранения химикатов, которые могут разрушить обычные стали.

Автомобильные рессорные стали, содержащие хром, эластичны и хорошо поглощают удары дороги.Быстрорежущие инструментальные стали, названные так в честь их использования в высокоскоростных режущих инструментах, сохраняют режущую кромку даже при раскалении докрасна. Их можно сделать достаточно твердыми, чтобы резать практически любой материал, включая другие очень твердые стали. Быстрорежущие инструментальные стали изготавливаются из железа, вольфрама, хрома и ванадия. Вольфрам является наиболее важным элементом в этих сталях из-за его высокой температуры плавления, составляющей 3370 ° C (6098 ° F).

Цветные сплавы

Некоторые цветные сплавы

Сплавы, не содержащие железа, называются цветными.Из них медные сплавы составляют самую большую группу. Большинство медных сплавов - это латунь и бронза. Латунь - это медь, легированная цинком. Большинство видов латуни легко формуются и имеют приятный внешний вид. Под бронзой первоначально подразумевали медь, легированную в основном оловом. Многие различные сплавы, классифицируемые как бронза, в настоящее время производятся путем замены олова полностью или частично другими элементами (цинк, свинец, алюминий, фосфор, кремний). Большинство бронз обладают прочностью, твердостью и эластичностью.

Сплавы, содержащие алюминий или магний, имеют прочную конструкцию и легкий вес.Они используются в космических кораблях, самолетах, посуде и автомобилях. Металлический монель, очень устойчивый к коррозии сплав, состоит в среднем из 67 процентов никеля, 28 процентов меди и 5 процентов других элементов. Медь часто сплавляют с драгоценными металлами для изготовления монет.

Легкоплавкие сплавы

Сплавы с низкой температурой плавления называются легкоплавкими сплавами. Они используются в припоях, электрических предохранителях, предохранительных заглушках, например, в спринклерных системах зданий, а также в других специальных приложениях.

Баббитовый металл - один из важнейших легкоплавких сплавов. Это сплав олова, сурьмы и меди. Он используется там, где должен поддерживаться вращающийся стальной вал в машине. В общем, между разнородными металлами возникает меньшее трение, чем между металлами, которые похожи друг на друга, а баббитовый металл и сталь очень непохожи. Кроме того, поскольку баббитовый металл плавится при низкой температуре, его можно заливать в форму, установленную вокруг стального вала, без повреждения вала. После охлаждения металл образует подшипник, в котором вал вращается с небольшим износом.

Большинство припоев представляют собой сплавы свинца и от одной трети до двух третей олова. Эти легированные металлы плавятся при более низкой температуре, чем любой из них сам по себе. Паяльный припой, который образует более прочные соединения, чем обычный припой, состоит из равных частей меди и цинка. Серебро добавлено для ювелирных работ.

Висмут, свинец, олово и кадмий объединяются в плавкий металл Вуда - сплав, плавящийся при 71 ° C (160 ° F). Этот металл является хорошим предохранителем в электрической цепи, поскольку, когда он нагревается избыточным током, который может повредить электрическое оборудование или вызвать пожар, он плавится, останавливая прохождение тока.Защитные заглушки из подобных сплавов используются в котлах, водонагревателях и скороварках. Когда внутреннее тепло в таких сосудах достигает опасной точки, пробка плавится, позволяя пару уйти до того, как сосуд взорвется. Спринклерные системы удерживают воду под давлением с помощью предохранительной пробки, которая тает и выпускает воду, когда огонь вызывает повышение температуры в помещении. В некоторых системах пожарной сигнализации используется аналогичный предохранительный штекер.

Электропроволочные сплавы

Сплавы, обладающие высокой устойчивостью к электрическому току, выделяют тепло и свет, когда через них протекает ток.Нагревательные элементы для тостеров и электроплит изготавливаются из таких сплавов, состоящих из никеля и хрома. Эти сплавы также способны выдерживать сильное нагревание. Высокопрочный сплав вольфрама и тория используется в электронных нитях очень высокого напряжения. Вакуумные лампы, используемые в телевизорах и рентгеновских устройствах, содержат нити из сплава никеля, кобальта, железа, титана и марганца.

Некоторые другие сплавы

Десятипроцентная медь укрепляет серебряные монеты. Стерлинговое серебро содержит 7 штук.5 процентов меди. Лабораторное оборудование, которое должно выдерживать нагревание и химическое воздействие, обычно изготавливается из сплава платины с иридием.

В некоторые сплавы добавляются небольшие количества определенных элементов для химического удаления нежелательных компонентов. Добавленный элемент не обязательно становится ценной составляющей сплава. Таким образом обычно используются алюминий, титан, кальций, цирконий и литий.

Металл миш, сплав 50 процентов церия и нескольких редкоземельных металлов, используется в процессе производства для удаления нежелательной серы, газов и оксидов из других сплавов.Металл Misch также легирован 35-процентным содержанием железа для изготовления кремней для зажигалок и шахтерских ламп. Добавленный к углю в угольных дуговых лампах, он дает интенсивный свет, необходимый для фотографии и кинопроекции.

Платинит - полезный промышленный сплав, содержащий 46 процентов никеля и 54 процента железа. При нагревании этот сплав расширяется с той же скоростью, что и стекло. Платинит используется для соединения контакта розетки и нити накала через стекло лампочки.

Историческое развитие

Возможно, еще в 4000 году до нашей эры металлисты на Ближнем Востоке обнаружили, что некоторые медные руды можно нагреть для получения металла, который тверже меди, имеет более низкую температуру плавления и легче лить.Руды содержали олово, а полученный сплав был бронзовым. Так родился бронзовый век.

К 3000 г. до н.э. использовались также медно-мышьяковые, медно-золотые и свинцово-оловянные сплавы. Латунь, сделанная из медных и цинковых руд, появилась между 2000 и 1000 годами до нашей эры, но не имела большого значения, пока римляне не начали использовать ее для изготовления монет примерно в 200 году до нашей эры. Большой прогресс в металлургии произошел при Римской империи. Средневековые алхимики, безуспешно пытаясь превратить другие металлы в золото, нашли много новых сплавов.

Начиная с 6-го века нашей эры самые важные разработки в технологии легирования вращались вокруг железа и стали. В работах 16 века « De la pirotechnia » Ваннуччо Бирингуччи и « De re Metallica » Георгиуса Агриколы впервые были формализованы знания в области металлургии. Сплавление превратилось из искусства, основанного на испытаниях и опыте, в смесь искусства и науки, основанную на твердых принципах химии и физики. Современный прогресс в области легирования во многом зависит от совершенствования.Иногда создаются новые сплавы, отвечающие необычным спецификациям или заменяющие материалы, которые становятся дефицитными.

.

Определение сплава по Merriam-Webster

al · loy | \ ˈA-ˌlȯi также ə-ˈlȯi \ 1 : степень смешения с недрагоценными металлами : проба

2 : вещество, состоящее из двух или более металлов или металла и неметалла, тесно связанных, как правило, путем плавления вместе и растворяются друг в друге при расплавлении также : состояние соединения компонентов

3a : примесь, которая уменьшает значение

b : ухудшающий чужеродный элемент

4 : соединение, смесь , или объединение разных вещей этнический сплав многих народов

5 архаичный : металл, смешанный с более ценным металлом для придания прочности или другого желаемого качества

сплав | \ ə-ˈlȯi также ˈa-ˌlȯi \

легированный; легирование; сплавы

переходный глагол

b : ухудшить или ослабить примесь

2 : уменьшить чистоту путем смешивания с менее ценным металлом

3 : смешать с образованием сплава

.

сталь | Состав, свойства, типы, марки и факты

Основной металл: железо

Изучение производства и структурных форм железа от феррита и аустенита до легированной стали

Железная руда является одним из самых распространенных элементов на Земле, и одно из основных ее применений - производство стали. В сочетании с углеродом железо полностью меняет свой характер и становится легированной сталью.

Encyclopdia Britannica, Inc. Посмотреть все видеоролики к этой статье

Основным компонентом стали является железо, металл, который в чистом виде не намного тверже меди.За исключением крайних случаев, железо в твердом состоянии, как и все другие металлы, является поликристаллическим, то есть состоит из множества кристаллов, которые соединяются друг с другом на своих границах. Кристалл - это упорядоченное расположение атомов, которое лучше всего можно представить как сферы, соприкасающиеся друг с другом. Они упорядочены в плоскостях, называемых решетками, которые определенным образом пронизывают друг друга. Для железа структуру решетки лучше всего можно представить в виде единичного куба с восемью атомами железа в углах. Для уникальности стали важна аллотропия железа, то есть его существование в двух кристаллических формах.В объемно-центрированной кубической (ОЦК) конфигурации в центре каждого куба находится дополнительный атом железа. В расположении гранецентрированного куба (ГЦК) есть еще один атом железа в центре каждой из шести граней единичного куба. Важно отметить, что стороны гранецентрированного куба или расстояния между соседними решетками в ГЦК-конфигурации примерно на 25 процентов больше, чем в ОЦК-структуре; это означает, что в структуре ГЦК больше места, чем в структуре БЦК, для хранения посторонних ( i.е., легирующих) атомов в твердом растворе.

Железо имеет аллотропию ОЦК ниже 912 ° C (1674 ° F) и от 1394 ° C (2541 ° F) до точки плавления 1538 ° C (2800 ° F). Называемое ферритом, железо в его ОЦК-образовании также называется альфа-железом в более низком температурном диапазоне и дельта-железом в более высокой температурной зоне. Между 912 ° и 1394 ° C железо находится в порядке ГЦК, которое называется аустенитом или гамма-железом. Аллотропные свойства железа сохраняются, за некоторыми исключениями, в стали, даже когда сплав содержит значительные количества других элементов.

Существует также термин бета-железо, который относится не к механическим свойствам, а, скорее, к сильным магнитным характеристикам железа. Ниже 770 ° C (1420 ° F) железо является ферромагнитным; температуру, выше которой он теряет это свойство, часто называют точкой Кюри.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

В чистом виде железо мягкое и, как правило, не используется в качестве конструкционного материала; основной метод его упрочнения и превращения в сталь - добавление небольшого количества углерода.В твердой стали углерод обычно присутствует в двух формах. Либо он находится в твердом растворе в аустените и феррите, либо находится в виде карбида. Форма карбида может быть карбидом железа (Fe 3 C, известный как цементит) или карбидом легирующего элемента, такого как титан. (С другой стороны, в сером чугуне углерод проявляется в виде чешуек или кластеров графита из-за присутствия кремния, подавляющего образование карбидов.)

Влияние углерода лучше всего иллюстрируется диаграммой равновесия железо-углерод.Линия A-B-C представляет точки ликвидуса (, т.е. температуры, при которых расплавленное железо начинает затвердевать), а линия H-J-E-C представляет точки солидуса (при которых затвердевание завершается). Линия A-B-C показывает, что температура затвердевания снижается по мере увеличения содержания углерода в расплаве железа. (Это объясняет, почему серый чугун, содержащий более 2 процентов углерода, обрабатывается при гораздо более низких температурах, чем сталь.) Расплавленная сталь, содержащая, например, содержание углерода 0.77 процентов (показано вертикальной пунктирной линией на рисунке) начинают затвердевать при температуре около 1475 ° C (2660 ° F) и полностью затвердевают при температуре около 1400 ° C (2550 ° F). С этого момента все кристаллы железа находятся в аустенитном - т. Е. ГЦК - расположении и содержат весь углерод в твердом растворе. При дальнейшем охлаждении происходит резкое изменение примерно при 727 ° C (1341 ° F), когда кристаллы аустенита превращаются в тонкую пластинчатую структуру, состоящую из чередующихся пластинок феррита и карбида железа.Эта микроструктура называется перлитом, а изменение называется эвтектоидным превращением. Перлит имеет твердость алмазной пирамиды (DPH) приблизительно 200 килограммов-сил на квадратный миллиметр (285 000 фунтов на квадратный дюйм), по сравнению с DPH 70 килограммов-сил на квадратный миллиметр для чистого железа. Охлаждение стали с более низким содержанием углерода (, например, 0,25 процента) приводит к микроструктуре, содержащей примерно 50 процентов перлита и 50 процентов феррита; он мягче, чем перлит, с DPH около 130.Сталь с содержанием углерода более 0,77 процента, например 1,05 процента, содержит в своей микроструктуре перлит и цементит; он тверже перлита и может иметь DPH 250.

Диаграмма равновесия железо-углерод.

Encyclopædia Britannica, Inc. .

Смотрите также