Топ 10 самых твердых металлов

Прочность металла или сплава зависит от множества факторов; таким образом, важно выбрать металл, обладающий требуемыми характеристиками. Например, когда дело доходит до грубой силы, сталь не имеет себе равных. Вольфрам — предпочтительный металл, если вы ищете исключительную твердость, а титан — отличная альтернатива как стали, так и вольфраму из-за его схожих качеств.

1. Вольфрам (Tungsten)

Когда дело доходит до обычных металлов, вольфрам является одним из самых прочных металлов, с которыми вы можете столкнуться. Редкий химический элемент, также известный как вольфрам, имеет высокую плотность (19,25 г/см3) и высокую температуру плавления (3422 °C). С вольфрамом трудно иметь дело в чистом виде из-за его хрупкости, однако это свойство может быть изменено термической обработкой. Вольфрам часто используется в производстве прочных сплавов для повышения сопротивления истиранию и электропроводности.

Название «Вольфрам» происходит от китайского слова «тяжелый камень», что точно описывает материал, он имеет серо-белый глянцевый цвет. Он также используется для создания ламп накаливания, так как у него самая высокая температура плавления среди всех металлов. Так же у вольфрама есть интересное свойство при 1650 градусах Цельсия его прочность на растяжение не имеет себе равных. Это также 74-й элемент в периодической таблице. Он имеет температуру плавления 3410 градусов по Цельсию. Таким образом, вольфрам является одним из самых твердых металлов на планете.

2. Хром (Chromium)

Согласно недавнему исследованию, хром является вторым по прочности металлом на планете. Этот металл с атомным номером 24 имеет блестящий серо-стальной цвет. Хром используется для создания сплава нержавеющей стали. А из-за своей устойчивости к коррозии и твердости металлический хром имеет более высокую цену. Температура плавления хрома составляет 1907 градусов, а его химический символ — Cr. Вы можете быть незнакомы с Chromium, но вы, вероятно, знакомы с нержавеющей сталью. Основным компонентом нержавеющей стали является хром. По этой причине он находит применение во многих областях.

3. Титан (Titanium)

Титан, серебристый металл, обладает высокой отражательной способностью. Утверждается, что в земной коре он занимает девятое место по распространенности. Кроме того, его плотность довольно низкая, но его прочность исключительно сильна. Соотношение прочности и плотности титана — замечательное качество.

Он легче большинства металлов, но обладает прочностью стали. Титан имеет температуру плавления 1668 градусов по Цельсию и температуру кипения 3287 градусов по Цельсию. Титан используется для создания аэрокосмических сплавов, которые являются одновременно прочными и легкими. Титан с его серебристым оттенком и огромной прочностью — очень легкий металл. Как металл, он имеет самое большое отношение прочности на растяжение к плотности среди всех известных материалов. Однако он не такой твердый, как термообработанная сталь.

Многочисленные другие металлы, такие как железо, алюминий и ванадий, часто объединяют с титаном для образования сплавов. Благодаря высокому соотношению прочности к весу титановые сплавы находят широкое применение в транспортной, аэрокосмической, оборонной и промышленной отраслях. Более двух третей всего металлического титана предназначено для использования в компонентах самолетов. Устойчивость титана к коррозии в соленой воде делает его идеальным для использования в снаряжении для дайвинга, таком как ножи и гребные валы.

4. Гадолиний (Gadolinium)

Атомный номер гадолиния — 64. После удаления оксида металл имеет серебристый цвет и является земным металлом.  Кроме того, это пластичный и ковкий редкоземельный металл. Гадолиний, в частности, имеет замечательную прочность на разрыв 430 x 106 Па. Этот металл имеет температуру плавления 1312 градусов по Цельсию и температуру кипения 3250 градусов по Цельсию.

Гадолиний — мягкий, блестящий, пластичный металл серебристого цвета, относящийся к группе лантанидов периодической таблицы. В сухом воздухе металл не тускнеет, но во влажном воздухе образуется оксидная пленка. Гадолиний медленно реагирует с водой и растворяется в кислотах. Гадолиний становится сверхпроводящим при температуре ниже 1083 К. Он сильно магнитится при комнатной температуре.

Гадолиний нашел применение в регулирующих стержнях ядерных реакторов и атомных электростанций, а его соединения используются для изготовления фосфора для цветных телевизионных трубок. Металлический гадолиний редко используется в качестве самого металла, но его сплавы используются для изготовления магнитов и электронных компонентов, таких как записывающие головки для видеомагнитофонов. Он также используется для производства компакт-дисков и компьютерной памяти.

Гадолиний — один из наиболее распространенных редкоземельных элементов. Он никогда не встречается в природе в свободном виде, но содержится во многих редких минералах. Основными районами добычи являются Китай, США, Бразилия, Шри-Ланка, Индия и Австралия, запасы которых, как ожидается, превысят один миллион тонн. Мировое производство чистого гадолиния составляет около 400 тонн в год.

5. Железо (Iron)

Железо – один из самых распространённых металлов на нашей планете. Этому элементу присвоен 26-й атомный номер. Кроме того, железо является основным элементом, используемым при формировании сплава стали. Поскольку железо вызывает коррозию, сталь является основным его сплавом. Твердость железа делает его желанным материалом.  Плавится при 1538 градусах Цельсия.

Железо является наиболее используемым из всех металлов, включая 95 % всего тоннажа металла, производимого в   мире. Благодаря сочетанию низкой стоимости и высокой прочности он незаменим. Его применение простирается от  пищевых контейнеров до автомобилей, от шлифовальных машин до стиральных, от грузовых кораблей до скоб для бумаги и.т.д. Сталь является наиболее известным сплавом железа, и некоторые из форм, которые принимает железо, включают:  чугун, углеродистую сталь, кованое железо, легированные стали, оксиды железа.

6. Ванадий (Vanadium)

Это серебристо-белый металл один из самых твердых металлов на земле. Он редко встречается в природе в виде свободного элемента, но его можно найти в комбинированном состоянии почти в 65 различных минералах, таких как магнетит, ванадинит, карнотит и патронит, а также в месторождениях угля, нефти и фосфоритов. По твердости ванадий уступает только железу. Кроме того, он не подвержен коррозии. Ванадий имеет температуру плавления 1910 градусов. 

Этот малоизвестный металл обладает такими свойствами, как хорошая структурная прочность, ковкость, пластичность, естественная стойкость к коррозии и устойчивость к щелочам, кислотам и соленой воде, что делает его чрезвычайно ценным в обрабатывающей промышленности. Он также демонстрирует очень красочные и разнообразные степени окисления. Его также называют пластиком 21 века, так как он создает сверхвысокопрочные и сверхлегкие сплавы.

Наиболее важным применением этого материала является создание специальных стальных сплавов. Легируется сталью и железом для быстрорежущей инструментальной стали, высокопрочной низколегированной стали, пружинной стали, износостойкого чугуна. Добавление ванадия в стали удаляет окклюдированные кислород и азот, тем самым повышая прочность материалов. Примерно 80 процентов материалов, производимых во всем мире, легировано железом для создания ударопрочной и коррозионно-стойкой добавки к стали под названием феррованадий. Феррованадий состоит из от 1 до 6 процентов ванадия. Обогащенные этой добавкой сплавы ванадия и стали используются для изготовления прочных инструментов и компонентов, таких как циркулярные пилы, сверла, автомобильные шестерни, оси, броневые пластины, пружины, режущие инструменты, поршневые штоки и коленчатые валы. Это связано с тем, что ванадиевая сталь сохраняет свою твердость при высоких температурах,

Ванадий способствует мелкозернистости, увеличивает прокаливаемость и улучшает износостойкость за счет осаждения карбидов и нитридов. Эти эффекты используются в различных сталях, в том числе в конструкционных легированных, науглероживающих, рельсовых, жаропрочных инструментальных и штамповых сталях, а также в так называемых супер-12% нержавеющих сталях. Однако на сегодняшний день наибольшее количество тоннажа ванадия применяется в качестве мощного упрочнителя микролегирования в высокопрочных низколегированных (HSLA) сталях. Использование ванадия продолжает расти в связи с быстро расширяющимся применением сталей HSLA как в плоском прокате, так и в новых классах марок для ковки и холодной высадки. Ванадий занимает шестую строчку в рейтинге самых твердых металлов.

7. Лютеций (Lutetium)

Одним из самых редких металлов на Земле является лютеций. Это означает, что это один из самых дорогих металлов.  Температура плавления 1663 градуса по Цельсию. 

Лютеций очень дорого получать в полезных количествах, и поэтому он мало где находит свое применение. Это  редкоземельный металл и, пожалуй, самый дорогой из всех редких элементов. Он содержится в небольших количествах со всеми редкоземельными металлами, и его очень трудно отделить от других редких элементов. Во многом это связано с  тем, как он встречается в природе. Лантаниды встречаются в природе в составе ряда минералов. Наиболее важными  являются ксенотим, монацит и бастнезит. Первые два представляют собой ортофосфатные минералы LnPO 4 (Ln    обозначает смесь всех лантанидов, кроме прометия, который встречается очень редко), а третий представляет собой фтористый карбонат LnCO 3 F. Наиболее распространенными лантаноидами в этих минералах являются, по порядку, церий,  лантан, неодим и празеодим. Монацит также содержитторий и иттрий, что затрудняет обращение, поскольку торий и продукты его разложения радиоактивны.

Основными районами добычи являются Китай, США, Бразилия, Индия и Австралия. Общие мировые запасы оцениваются примерно в 200 000 тонн. Мировое производство лютеция составляет около 10 тонн в год в виде оксида лютеция.

8. Цирконий (Zirconium)

Цирконий один из самых твердых металлов имеет атомный номер 40 и выглядит как тусклый золотой металл. Тот факт, что это устойчив к коррозии, является его наиболее заметным качеством. Кроме того, цирконий имеет температуру плавления 1855°C. Трубки, используемые в ядерных реакторах, - еще одно применение. Кроме того, он имеет практическое применение на кухне и в быту как материал для изготовления режущих инструментов.

9. Осмий (Osmium)

Осмий имеет температуру плавления 3033 градуса по Цельсию. Кроме того, он кажется ярким голубовато-белым металлом. Атомный номер 76.

Металл используется в нескольких сплавах и в промышленности в качестве катализатора. Когда-то его можно было встретить в перьях высококачественных перьевых ручек, иглах компаса, долговечных иглах граммофонов и подшипниках часов благодаря его исключительной твердости и коррозионной стойкости.

Осмий в основном встречается в сплавах с другими платиновыми металлами, из которых он извлекается в промышленных масштабах. Наиболее важными рудами являются иридосмин и осмиридий. Иридосмин — редкий минерал, встречающийся в России, Северной и Южной Америке. Ежегодно производится менее 100 кг. Спрос на металл, который трудно изготовить, невелик.

10. Тантал (Tantalum)

Тантал — это материал, который можно использовать для создания мощных резисторов и конденсаторов. Тантал обладает высокой температурой плавления — 3290 K (3017 °C); кипит при 5731 K (5458 °C). Поскольку он не представляет опасности для организма, он также находит применение в области медицины, особенно в области хирургии.