Uobičajeno mišljenje o tvrdoći je dijamant ili damast čelik / Damask čelik. Ako je prvi mineral superiorniji od svih jednostavnih tvari koje postoje na Zemlji koje je priroda stvorila, onda su zadivljujuća svojstva oštrica izrađenih od rijetkog čelika zahvaljujući vještini mačevalaca i aditiva iz drugih metala. Mnogi tehničke legure, koji se koriste, na primjer, za proizvodnju super-tvrdih rezača u inženjerskoj industriji, stvaranje izdržljivih, pouzdanih alata s jedinstvenim svojstvima, povezani su s ovim aditivima u uobičajenoj simbiozi željeza i ugljika, ukratko, tradicionalno nazvanog čelika - hrom, titan, vanadijum, molibden, nikl. Kada čitaoci pitaju koji je najbolji tvrdi metal u svijetu, onda su kao odgovor na stranicama web stranica bombardirani salvom kontradiktornih informacija. U toj ulozi, prema autorima raznih članaka, djeluju ili volfram ili krom, ili iridij sa osmijumom, ili titan sa tantalom.

Da bismo prošli kroz džunglu ne uvijek ispravno interpretiranih, iako tačnih činjenica, vrijedi se obratiti primarnom izvoru - sistemu elemenata sadržanih kako u sastavu tako iu drugim kosmičkim objektima, koje je čovječanstvu ostavio veliki ruski hemičar i fizičar D.I. Mendeljejev. Imao je enciklopedijsko znanje, napravio je mnoga naučna otkrića u saznanjima o strukturi, sastavu i interakciji supstanci, pored čuvene tabele zasnovane na fundamentalnom periodičnom zakonu koji je otkrio, nazvanom po njemu.

Planete najbliže Suncu - Merkur, Venera, Mars, zajedno sa našom planetom, svrstane su u jednu - zemaljsku grupu. Za to postoje razlozi ne samo među astronomima, fizičarima i matematičarima, već i među geolozima i hemičarima. Razlog za ovakve zaključke među potonjima je, između ostalog, činjenica da se svi uglavnom sastoje od silikata, tj. razne derivate elementa silicijum, kao i brojna metalna jedinjenja iz tabele Dmitrija Ivanoviča.

Konkretno, naša planeta se većinom (do 99%) sastoji od deset elemenata:

Ali čovjeka su, pored željeza i legura na njegovoj osnovi, neophodnih za opstanak i razvoj, uvijek mnogo više privlačili plemeniti metali, koji se često s poštovanjem nazivaju plemenitim metalima - zlato i srebro, a kasnije i platina.

Prema naučnoj klasifikaciji koju su usvojili hemičari, grupa platine uključuje rutenijum, rodijum, paladijum i osmijum sa iridijumom. Svi oni takođe pripadaju plemenitim metalima. Na osnovu njihove atomske mase, konvencionalno se dijele u dvije podgrupe:

Posljednja dva su od posebnog interesa za naše pseudonaučno istraživanje na temu ko je ovdje najteži. To je zbog činjenice da velika atomska masa u odnosu na druge elemente: 190,23 za osmijum, 192,22 za iridijum, prema zakonima fizike, podrazumijeva ogromnu specifičnu gustoću, a samim tim i tvrdoću ovih metala.

Ako su gusto, teško zlato i olovo meke, plastične tvari koje se lako obrađuju, tada su se osmijum i iridij, otkriveni početkom 19. stoljeća, pokazali krhkima. Ovdje je potrebno zapamtiti da je mjera ovoga fizička svojstva– dijamant, kojim se bez većeg napora može upisati bilo koji drugi tvrdi materijal prirodnog ili veštačkog porekla, takođe je izuzetno krhak, tj. Prilično je lako razbiti. Iako na prvi pogled to izgleda gotovo nemoguće.

Osim toga, osmijum i paladij imaju još mnogo zanimljivih svojstava:

• Veoma visoka vatrostalnost.
• Otporan na koroziju i oksidaciju čak i kada se zagrije na visoke temperature.
• Otporan na koncentrisane kiseline i druga agresivna jedinjenja.

Stoga se, zajedno s platinom, uključujući u obliku spojeva s njom, koriste u proizvodnji katalizatora za mnoge hemijski procesi, visoko precizni instrumenti, oprema, instrumenti u medicinskom, naučnom, vojnom i svemirskom sektoru ljudske aktivnosti.

Upravo su osmijum i iridijum, a naučnici nakon istraživanja veruju da im je ovo svojstvo približno podjednako dato od prirode, najtvrđi metali na svetu.



I sve bi bilo u redu, ali ne baš dobro. Činjenica je da su i njihovo prisustvo u zemljinoj kori i, shodno tome, globalna proizvodnja ovih minerala zanemarljivi:

• 10 -11% je njihov sadržaj u čvrstoj ljusci planete.
• Ukupna količina proizvedenog čistog metala godišnje je u granicama: 4 tone za iridijum, 1 t za osmijum.
• Cijena osmijuma je približno jednaka cijeni zlata.

Jasno je da se ovi rijetki zemni, skupi metali, uprkos svojoj tvrdoći, ne mogu ni u ograničenoj mjeri koristiti kao sirovina za proizvodnju; možda kao aditivi legurama, spojevima s drugim metalima koji daju jedinstvena svojstva.

Ko je za njih?

Ali čovjek ne bi bio sam da nije pronašao zamjenu za iridijum sa osmijumom. Budući da je njihovo korištenje neprikladno i preskupo, pažnja nije bez uspjeha okrenuta i drugim metalima koji su svoju primjenu u različitim situacijama i industrijama našli za stvaranje novih legura, kompozitnih materijala, proizvodnju opreme, strojeva i mehanizama za oboje. civilna i vojna upotreba:

Iako su najtvrđi metal na svijetu, odnosno dva od njih - iridij i osmijum, pokazali svoja jedinstvena svojstva samo u laboratorijskim uslovima, i to kao zanemarivi postotak dodataka legurama, ostala jedinjenja za stvaranje novih materijala potrebnih ljudima trebali bi biti zahvalna prirode i za ovaj dar. Istovremeno, nema sumnje da će radoznali umovi talentovanih naučnika i briljantnih pronalazača doći do novih supstanci sa jedinstvenim svojstvima, kao što se već dogodilo sa sintezom fulerena, za koji se pokazalo da je tvrđi od dijamanta, koji je već iznenađujuće.

Od djetinjstva to najviše znamo izdržljiv metal- Ovo je čelik. Uz to povezujemo sve željezo.

Gvozdeni čovek, gvozdena dama, karakter od čelika. Kada izgovaramo ove fraze, mislimo na neverovatnu snagu, snagu, tvrdoću.

Čelik je dugo vremena bio glavni materijal u proizvodnji i naoružanju. Ali čelik nije metal. Tačnije, nije u potpunosti čist metal. To je s ugljikom, u kojem su prisutni drugi metalni aditivi. Korišćenjem aditiva, npr. promeniti njegova svojstva. Nakon toga se obrađuje. Proizvodnja čelika je čitava nauka.

Najjači metal se dobija uvođenjem odgovarajućih legura u čelik. To može biti krom, koji daje otpornost na toplinu, nikal, koji čini čelik tvrdim i elastičnim, itd.

U nekim područjima čelik je počeo da zamjenjuje aluminij. Vrijeme je prolazilo, brzine su se povećavale. Ni aluminijum to nije izdržao. Morao sam da se okrenem titanijumu.

Da, da, titanijum je najjači metal. Da bi čelik dobio visoke karakteristike čvrstoće, počeo mu se dodavati titan.

Otkriven je u 18. veku. Zbog svoje krhkosti, bilo ga je nemoguće koristiti. Vremenom, nakon što su dobili čisti titanijum, inženjeri i dizajneri su se zainteresovali za njegovu visoku specifičnu čvrstoću, nisku gustinu, otpornost na koroziju i visoke temperature. Njegova fizička snaga nekoliko puta premašuje snagu gvožđa.

Inženjeri su počeli da dodaju titanijum čeliku. Rezultat je najizdržljiviji metal, koji je našao primenu u okruženjima sa ultra visokim temperaturama. U to vrijeme nijedna druga legura ih nije mogla izdržati.

Ako zamislite da avion leti tri puta brže nego možete zamisliti kako se metalni pokrov zagrijava. Lim oplate aviona se u takvim uslovima zagreva do +3000C.

Danas se titanijum neograničeno koristi u svim oblastima proizvodnje. To su medicina, proizvodnja aviona, proizvodnja brodova.

Jasno je da će titanijum morati da se preseli u bliskoj budućnosti.

Naučnici iz SAD-a su u laboratorijama Teksaškog univerziteta u Austinu otkrili najtanji i najtrajniji materijal na Zemlji. Nazvali su ga grafen.

Zamislite ploču čija je debljina jednaka debljini jednog atoma. Ali takva ploča je jača od dijamanta i prenosi stotinu puta bolje električna struja nego kompjuterski čipovi napravljeni od silikona.

Grafen je materijal sa štetnim svojstvima. Uskoro će napustiti laboratoriju i s pravom zauzeti svoje mjesto među najtrajnijim materijalima u Univerzumu.

Nemoguće je čak ni zamisliti da bi nekoliko grama grafena bilo dovoljno da prekrije fudbalski teren. Ovo je metal. Cijevi od takvog materijala mogu se polagati ručno bez upotrebe mehanizama za podizanje i transport.

Grafen je, kao i dijamant, najčistiji ugljenik. Njegova fleksibilnost je neverovatna. Ovaj materijal se lako savija, savršeno savija i savršeno se kotrlja.

Proizvođači su ga već počeli detaljnije razmatrati ekrani osetljivi na dodir, solarni paneli, mobilni telefoni i konačno, super-brzi kompjuterski čipovi.

Američki inženjeri iz Sandia National Laboratories tvrde da su uspjeli stvoriti najjaču metalnu leguru, koja je sto puta otpornija na habanje od čelika najveće čvrstoće. Poznata kombinacija platine i zlata, ali napravljena na nov način, postala je prva legura koja je po svojim svojstvima. osim toga, novi materijal prirodno proizvodi lubrikant, koji bi inače bio preskup.

Zanimljivo je da su eksperimenti s platinom i zlatom provedeni i ranije, ali do sada takve legure nisu testirane na čvrstoću s dovoljnom pažnjom. Činjenica je da u tradicionalnom pogledu otpornost materijala na habanje ovisi o njegovoj tvrdoći, a ova kombinacija metala ne može se pohvaliti ovim pokazateljem.

Međutim, u novi posao John Curry i njegove kolege razvili su fundamentalno novi pristup. Stvorili su leguru koja sadrži uobičajenih 90% platine i 10% zlata, koja na određeni način reaguje na toplotu, što joj omogućava da se ne deformiše tokom trenja dugo vremena. To je postignuto promjenom energije granica zrna materijala kroz segregaciju (ovaj proces je povezan s promjenama svojstava, sastava i strukture površinskih slojeva atoma).

Stručnjaci su kompjuterskim simulacijama proučavali moguće mikrostrukture na nivou pojedinačnih atoma sa različitim kombinacijama polaznih materijala. Na osnovu ove analize odabrali su legure otporne na temperaturu za pravo ispitivanje.

„U razvoju mnogih tradicionalnih legura, povećanje čvrstoće materijala postignuto je smanjenjem veličine zrna“, kaže Curry in. „Ipak, pod ekstremnim stresom i temperaturom, mnoge od njih će se proširiti ili omekšati, posebno sa akumulacijom zamora Ali u slučaju naše legure, vidimo odličnu mehaničku i termičku stabilnost bez značajnih promjena u mikrostrukturi tokom vrlo dugih perioda cikličkog naprezanja povezanog s trenjem.

Prema autorima studije, kada bi se nova legura koristila za pravljenje guma za drift takmičenja, u kojima trkači proklizavaju kroz zavoje i vrlo brzo istroše gume, automobil na takvim točkovima mogao bi da obiđe Zemlju 500 puta duž ekvatora.

Tokom testiranja otkrivena je još jedna iznenađujuća karakteristika novog materijala. Tokom trenja, na njegovoj površini se spontano formirao crni film, za koji se pokazalo da je dijamantska modifikacija ugljika. Ova umjetna prevlaka, koja je istovremeno glatka poput grafita i tvrda poput dijamanta, obično djeluje kao vrlo efikasno mazivo, ali njegova proizvodnja zahtijeva složene visokotemperaturne vakuumske komore.

„Vjerujemo da stabilnost i visoka otpornost na habanje omogućavaju molekulima koji sadrže ugljik okruženje zalijepiti se za leguru, degradirati dok ona klizi i na kraju formirati ugljenik nalik dijamantu,” objašnjava Curry.

Dakle, ovo spontano stvaranje maziva ne samo da produžava vijek trajanja materijala, već može pružiti i alternativni način za njegovu proizvodnju.

V96Ts3p.ch.-T12(1965-1 ) – super-jaka legura (σ V≥600–645 MPa), preporučuje se umjesto legura visoke čvrstoće V95o.č./p.č. u obliku valjanih i presovanih poluproizvoda za gornje obloge krila, grede, podupirače i druge elemente, posebno u komprimovanim delovima okvira aviona naprednih konstrukcija aviona. Posebno
trostepeni režim starenja (T12), koji obezbeđuje visok nivočvrstoća (T1) i otpornost na koroziju, blizu otpornosti u stanju T2.

Listovi od legure V96Ts3p.ch. obećavajuće za stvaranje slojevitih metal-polimernih, bimetalnih i hibridnih materijala visoke čvrstoće.

V96TS3-T1(1965) – konstrukcijski materijal za tijela raketa.

1933 – moderna legura za kovanje, koja se koristi u termički obrađenom stanju prema režimima T2 i T3 (σ u >500/440 MPa), sa povećanom otpornošću na pucanje ( K 1With>34 MPa√m), koji se koristi za proizvodnju energetskih delova unutrašnjeg okvira avionskog okvira (okviri, armature, grede, krakovi) u avionima JSC GSS, ANTK Antonov, JSC Sukhoi Design Bureau, JSC Irkut Corporation "" . Legura je 20-30% bolja u otpornosti na lom u odnosu na druge legure visoke čvrstoće, uključujući i strane.

Legura	Pogled poluproizvod	σ in	σ 0.2	δ, %	σ u / d, km (konvencionalne jedinice)	K 1With, MPa√m	MCU*: N Sreda, bicikl
		MPa
V96Ts3p.ch.-T12	Listovi, ploče (2–60 mm); profili, pruge (5–60 mm)	≥600‒645	≥580‒620	≥8,0	21,4	≥25	240
V95o.č.-T2 (osnovni)	limovi, ploče, profili, paneli	≥500–540	≥420–460	≥7,0	17,9	≥34	150

R=0,1; Kt=2,6).

Razvijeni su načini niskodeformacijskog kaljenja i trostepenog starenja T123 i T122 velikih poluproizvoda od legure 1933, koji pružaju poboljšani skup karakteristika čvrstoće i vijeka trajanja u kombinaciji sa 1,5-3 puta nižim nivoom
napona gašenja, što omogućava smanjenje pogona i savijanja složenih dijelova tokom obrade.

B-1963– obećavajuća legura za kovanje visoke čvrstoće ( TO 1With>39/43 MPa√m) sa povećanom žilavošću na lom ( K 1With>34MPa√m), dizajniran za masivne, teško opterećene dijelove unutrašnjeg sklopa napajanja. Zahvaljujući legiranju s malim dodacima srebra i skandijuma, bilo je moguće istovremeno povećati karakteristike čvrstoće - za 10-20% i vijek trajanja -
1,8–2,3 puta u odnosu na serijske domaće i strane legure slične primjene.

Legure 1933 i B-1963 obećavaju za uvođenje energetski efikasne tehnologije koja štedi resurse izotermnog preciznog štancanja za proizvodnju masivnih dijelova.

Legura	σ in	σ 0.2		K 1With, MPa√m	MCU*: N Sreda, bicikl
	MPa
1933-T123	≥510		≥460	≥37	200
V-1963-T12	≥560		≥510	≥34	250
V93p.ch.-T2 (osnovni)	≥440		≥400	≥31	120
AK6p.ch.-T1 (osnovni)	≥380		≥275	≥34	120

* Niskociklični zamor (pri σ max =157 MPa; ƒ=5 Hz; R=0,1; Kt=2,6).

V95o.ch., V95p.ch., 1973 (σ na ≥500–540 MPa) – moderne osnovne legure visoke čvrstoće, koje se koriste u obliku širokog spektra valjanih proizvoda (ploče, limovi)
i presovani (profili, trake, paneli) poluproizvodi u različitim stanjima (T1, T2, T3) za obloge krila, stringere (savijeni lim i presovani) i druge elemente okvira aviona.

Listovi od legura V95p.ch./o.ch. sa jednostranom oblogom imaju povećanu čvrstoću, otpornost na zamor i proizvodnost.

Legure V95p.ch./o.ch.-T3 se takođe preporučuju u obliku masivnih ploča (debljine do 100 mm) za unutrašnje sklopove čvrstoće (regali, grede, itd.). Imaju visoku otpornost na pucanje ( K 1With >35 MPa√m) .

Vrijeme čitanja: 1 min.

Metali prate čovječanstvo gotovo cijeli njegov svjesni život. To je počelo, naravno, s bakrom, budući da je on najpodložniji materijal za obradu i dostupan u prirodi.

Evolucija je pomogla ljudima da se značajno razviju u tehnički i vremenom su počeli da izmišljaju legure koje su postajale sve jače i jače. U naše vrijeme eksperimenti se nastavljaju, a nove izdržljive legure pojavljuju se svake godine. Hajde da razmotrimo najbolje od njih.

Titanijum

Titanijum je materijal visoke čvrstoće koji je veoma tražen u mnogim industrijama. Najčešća oblast primjene je avijacija. To je zbog uspješne kombinacije male mase i velike čvrstoće. Takođe, svojstva titanijuma su visoka specifična čvrstoća, otpornost na fizičke uticaje, temperature i koroziju.

Uran

Jedan od najtrajnijih elemenata. IN prirodni uslovi to je slab radioaktivni metal. Može se naći u slobodnom stanju, veoma je težak i svuda je rasprostranjen zbog svojih paramagnetnih svojstava. Uranijum je fleksibilan, ima visoku savitljivost i relativnu duktilnost.

Tungsten

Najvatrostalniji metal trenutno poznat. Ima srebrno-sive boje i predstavlja tzv. prelazni element. Svojstva volframa omogućavaju mu da odoli hemijskim napadima i da se može kovati. Najpoznatije područje primjene koristi se u žaruljama sa žarnom niti.

renijum

Srebrno-bijeli metal. U prirodi se može naći u čistom obliku, ali postoji i molibdenska sirovina u kojoj se takođe nalazi. Posebnost renijuma je njegova vatrostalnost. Spada u skupe metale, pa je i njegova cijena izvan ljestvice. Glavno područje primjene je elektronika.

Osmijum

Osmijum je srebrno-bijeli metal koji ima blagu plavu nijansu. Pripada grupi platine i ima neobično jaku sličnost sa iridijumom u svojstvima kao što su vatrostalnost, tvrdoća i krtost.

Berilijum

Ovaj metal je element koji ima svijetlosivu nijansu i vrlo je toksičan. Imajući tako neobična svojstva, materijal je našao široku primjenu u području nuklearna energija i laserske tehnologije. Visoka čvrstoća berilija omogućava mu da se koristi u proizvodnji legiranih legura.

Chromium

Plavkasto-bijela nijansa čini da se hrom ističe iz gomile. Otporan je na alkalije i kiseline. U prirodi se može naći u svom čistom obliku. Krom se često koristi za stvaranje raznih legura, koje kasnije nalaze primjenu u oblastima medicine i hemijske opreme.

Vrijedi napomenuti da je ferohrom legura hroma i željeza. Koristi se u proizvodnji alata za rezanje metala.

Tantal

To je srebrnast metal visoke tvrdoće i gustine. Olovna nijansa na metalu nastaje zbog pojave oksidnog filma na površini. Metal je pogodan za obradu.

Danas se tantal uspješno koristi u građevinarstvu nuklearnih reaktora i metalurške proizvodnje.

Rutenijum

Srebrni metal koji pripada grupi platine. Ima neobičan sastav: sadrži mišićno tkivo živih organizama. Druga karakteristična činjenica je da se rutenijum koristi kao katalizator za mnoge hemijske reakcije.

Iridijum

Ovaj metal je na prvom mjestu u našoj ocjeni. Ima srebrno bijelu boju. Iridijum takođe pripada platinskoj grupi i ima najveću tvrdoću od navedenih metala. IN savremeni svet koristi se veoma često. Uglavnom se dodaje drugim metalima kako bi se poboljšala njihova otpornost na kiselu sredinu. Sam metal je veoma skup, jer je veoma slabo rasprostranjen u prirodi.

Pročitajte također: