+7(499) 136 06 90

+7(495) 704-31-86

[email protected]

Что прочнее сталь или металл


Применение металлов и их сплавов — урок. Химия, 9 класс.

О том, что свойства металлов меняются при их сплавлении, стало известно ещё в древности. \(5\) тысяч лет тому назад наши предки научились делать бронзу — сплав олова с медью. Бронза по твёрдости превосходит оба металла, входящие в её состав.

 

Свойства чистых металлов, как правило, не соответствуют необходимым требованиям, поэтому практически во всех сферах человеческой деятельности используют не чистые металлы, а их сплавы.

Сплав — это материал, который образуется в результате затвердения расплава двух или нескольких отдельных веществ.

В состав сплавов кроме металлов могут входить также неметаллы, например, такие как углерод или кремний.

 

Добавляя в определённом количестве примеси других металлов и неметаллов, можно получить многие тысячи материалов с самыми разнообразными свойствами, в том числе и такими, каких нет ни у одного из составляющих сплав элементов.

 

Сплав по сравнению с исходным металлом может быть:

  • механически прочнее и твёрже,
  • со значительно более высокой или низкой температурой плавления,
  • устойчивее к коррозии,
  • устойчивее к высоким температурам,
  • практически не менять своих размеров при нагревании или охлаждении и т. д.

Например, чистое железо — сравнительно мягкий металл. При добавлении в железо углерода твёрдость его существенно возрастает. По количеству углерода, а следовательно, и по твёрдости, различают сталь (содержание углерода менее \(2\) % по массе), чугун (\(С\) — более \(2\) %). Но не только углерод изменяет свойства стали. Добавленный в сталь хром делает её нержавеющей, вольфрам делает сталь намного более твёрдой, добавка марганца делает сплав износостойким, а ванадия — прочным.

Применение сплавов в качестве конструкционных материалов

Сплавы, используемые для изготовления различных конструкций, должны быть прочными и легко обрабатываемыми.

 

В строительстве и в машиностроении наиболее широко используются сплавы железа и алюминия.

 

Такие сплавы железа, как стали, отличаются высокой прочностью и твёрдостью. Их можно ковать, прессовать, сваривать.


Чугуны
используют для изготовления массивных и очень прочных деталей. Например, раньше из чугуна отливали радиаторы центрального отопления, канализационные трубы, до сих пор изготавливают котлы, перила и опоры мостов. Изделия из чугуна изготавливаются с применением литья.

  

Сплавы алюминия, используемые в конструкциях, наряду с прочностью должны отличаться лёгкостью. Дюралюминий, силумин — сплавы алюминия, они незаменимы в самолёто-, вагоно- и кораблестроении.

 

В некоторых узлах самолётов используются сплавы магния, очень лёгкие и жароустойчивые.

 

В ракетостроении применяют лёгкие и термостойкие сплавы на основе титана.

 

Для улучшения ударопрочности, коррозионной стойкости, износоустойчивости сплавы легируют — вводят специальные добавки. Добавка марганца делает сталь ударопрочной. Чтобы получить нержавеющую сталь, в состав сплава вводят хром.

 

Рис. \(1\). Конструкция из стальных балок

Рис. \(2\). Радиатор центрального отопления

Рис. \(3\). Детали, отлитые из чугуна

Инструментальные сплавы

Инструментальные сплавы предназначены для изготовления режущих инструментов, штампов и деталей точных механизмов. Такие сплавы должны быть износостойкими и прочными, причём при разогревании их прочность не должна существенно уменьшаться. Таким требованиям отвечают, например, нержавеющие стали, которые прошли специальную обработку (закалку).

Добавление к сплавам веществ, улучшающих их свойства, называют легированием.

Для придания необходимых свойств инструментальные стали, как правило, легируют вольфрамом, ванадием или хромом.

Применение сплавов в электротехнической промышленности, электронике и приборостроении

Сплавы служат незаменимым материалом при изготовлении особо чувствительных и высокоточных приборов, различного рода датчиков и преобразователей энергии.

 

Например, на изготовление сердечников трансформаторов и деталей реле идёт сплав никеля. Отдельные детали электромоторов изготавливаются из сплавов кобальта.

 

Сплав никеля с хромом — нихром, отличающийся высоким сопротивлением — используется для изготовления нагревательных элементов печей и бытовых электроприборов.


Из сплавов меди в электротехнической промышленности и в приборостроении наиболее широкое применение находят латуни и бронзы.

 

Латуни незаменимы при изготовлении приборов, деталью которых являются запорные краны. Такие приборы используются в сетях подачи газа и воды.

 

Бронзы идут на изготовление пружин и пружинящих контактов.

 

Рис. \(4\). Нагревательные элементы бытовых электроприборовРис. \(5\). Краны для водопроводов

Рис. \(6\). Металлическая пружина

 

Применение легкоплавких сплавов

Главным востребованным свойством легкоплавких сплавов является заданная низкая температура плавления. Это свойство, в частности, используется для пайки микросхем. Кроме того, эти сплавы должны иметь определённую плотность, прочность на разрыв, химическую инертность, теплопроводность.

 

Легкоплавкие сплавы производят из висмута, свинца, кадмия, олова и других металлов. Такие сплавы используют в термодатчиках, термометрах, пожарной сигнализации, например, сплав Вуда. А также в литейном деле для производства выплавляемых моделей, для фиксации костей и протезирования в медицине.

 

Сплав натрия с калием (температура плавления \(–\)\(12,5\) °С) используется как теплоноситель для охлаждения ядерных реакторов.

 

Рис. \(7\). Припой (сплав для паяния) имеет невысокую температуру плавленияРис. \(8\). Легкоплавкие сплавы незаменимы в датчиках пожарной сигнализации

 

Применение сплавов в ювелирном деле

Применение в чистом виде драгоценных металлов в ювелирном деле не всегда оправдано и целесообразно из-за их дороговизны, физических и химических особенностей.

 

Для придания ювелирным изделиям из золота большей твёрдости и износостойкости используются сплавы с другими металлами.

 

Самая лучшая добавка — это серебро (понижает температуру плавления) и медь (повышает твёрдость). Чистое золото используют очень редко, так как оно слишком мягкое, легко деформируется и царапается.

 

Из сплавов золота с \(10–30\) % других благородных металлов (платины или палладия) изготавливают форсунки лабораторных приборов, а из сплава с \(25–30\) % серебра — ювелирные изделия и электрические контакты.

 

Рис. \(9\). Ювелирные изделия из сплавов золота

 

Сплавы в искусстве

Оловянная бронза (сплав меди с оловом) — один из первых освоенных человеком сплавов металлов. Она обладает большей, по сравнению с чистой медью, твёрдостью, прочностью и более легкоплавка. Бронзы успешно применяют для получения сложных по конфигурации отливок, включая художественное литьё. Классической маркой бронзы является колокольная бронза.

Одно из новых направлений в искусстве — производство художественных литых изделий из чугуна. Литые изделия из чугуна существенно превосходят по качеству кованые изделия.

 

Чугун — металл гораздо более хрупкий и не такой ковкий, как сталь. Но даже из такого, казалось бы, грубого материала можно получать настоящие произведения литейного искусства способом литья, например, такие как литые лестницы или решётки на окна. Такие изделия подвержены лишь поверхностной коррозии и не требуют тщательного ухода.

 

Рис. \(10\). Бронзовая скульптура

  

Рис. \(11\). Колокола из специального сорта бронзыРис. \(12\). Чугунная лестница —  практично и красиво

Источники:

Рис. 1. Конструкция из стальных балок https://cdn.pixabay.com/photo/2019/09/07/16/14/steel-scaffolding-4459235_960_720.jpg

Рис. 2. Радиатор центрального отопления https://cdn.pixabay.com/photo/2017/10/12/19/00/radiator-2845463_960_720.jpg

Рис. 3. Детали, отлитые из чугуна https://cdn.pixabay.com/photo/2017/10/15/18/47/fence-2854829_960_720.jpg

Рис. 4. Нагревательные элементы бытовых электроприборов https://upload.wikimedia.org/wikipedia/ru/7/7d/%D0%9A%D0%B8%D0%BF%D1%8F%D1%82%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B8%D0%BA.JPG Общественное достояние

Рис. 5. Запорные краны для водопроводов  https://cdn.pixabay.com/photo/2020/02/01/21/11/water-crane-4811466_960_720.jpg

Рис. 6. Металлическая пружина https://cdn.pixabay.com/photo/2020/03/08/16/03/spring-4912865_960_720.jpg

Рис. 7. Припой (сплав для паяния)  https://cdn.pixabay.com/photo/2018/04/01/06/13/soldering-3280085_960_720.jpg

Рис. 8. Легкоплавкие сплавы https://cdn.pixabay.com/photo/2014/11/10/08/09/fire-detector-525147_960_720.jpg

Рис. 9. Ювелирные изделия из сплавов золота  https://cdn.pixabay.com/photo/2013/07/25/11/52/watch-166849_960_720.jpg

Рис. 10. Бронзовая скульптура https://cdn.pixabay.com/photo/2016/01/26/19/35/bronze-statue-1163163_960_720.jpg

Рис. 11. Колокола https://cdn.pixabay.com/photo/2017/06/17/19/30/bells-2413297_960_720.png

Рис. 12. Чугунная лестница https://cdn.pixabay.com/photo/2021/01/11/10/51/passage-5907911_960_720.jpg

«Алюминий — это новая сталь»: ученые нашли способ сделать металл прочнее

Один из самых перспективных материалов для авиационной и автомобильной промышленности — алюминий. Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» нашли простой и эффективный способ укрепления композитных материалов на его основе. Добавив в расплав алюминия никель и лантан, они смогли создать материал, сочетающий преимущества композиционных материалов и стандартных сплавов — гибкость, прочность, легкость. О разработке, которая открывает новые перспективы в авиа- и автомобилестроении, вышла статья в журнале Materials Letters.

Для производства более легких и быстрых летательных аппаратов и автомобилей требуются, соответственно, все более легкие материалы. Одним из наиболее перспективных материалов является алюминий, а точнее, алюмоматричные композиты — материалы на основе алюминия.

Команда ученых научной школы «Фазовые превращения и разработка сплавов на основе цветных металлов» НИТУ «МИСиС» создала новый прочный композит алюминий-никель-лантан для авиа- и автомобилестроения. В расплав алюминия добавлялись легирующие элементы, образующие с алюминием химические соединения, которые в процессе затвердевания сплава дают прочный армирующий каркас.

«Наша научная группа под руководством профессора Николая Белова уже многие годы занимается вопросами создания композитов на основе алюминия. Композит Al-Ni-La, — одна из таких работ по созданию естественного алюмоматричного композиционного материала, содержащего в структуре свыше 15% (по объему) армирующих частиц. Особенностью новой разработки является высокая армирующая способность формирующихся химических соединений, имеющих ультрадисперсное строение — диаметр армирующих элементов не превышает нескольких десятков нанометров. Ранее исследователи ограничивались изучением систем, в которых заведомо невозможно получение эффективного армирующего каркаса, либо получали композиционный материал трудоемкими методами порошковой металлургии (спеканием порошков), либо жидкофазными технологиями замешивания наночастиц в расплав» — рассказывает один из авторов разработки, научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением НИТУ «МИСиС», к.т.н. Торгом Акопян.

Сегодня армирование алюминия происходит в основном при помощи нанопорошков, однако это крайне дорогой и трудоемкий процесс, и результат не всегда оправдывает потраченные ресурсы. Например, при повышении прочности всего на 5-20%, такой показатель, как пластичность, наоборот, может снизиться на десятки процентов или даже в несколько раз. Кроме того, сами частицы слишком крупные — от 100 нанометров до 1-2 микрометров, а их количество в объеме невелико.

Разработка ученых НИТУ «МИСиС» решает проблемы неравномерного армирования и низкой прочности «порошкового» композита — при плавлении размер армирующих частиц после кристаллизации материала на основе системы Al-Ni-La не превышает в поперечном сечении 30-70 нанометров. Благодаря естественной кристаллизации, частицы распределяются равномерно, создавая армирующий каркас, и композит получается более прочным и гибким, чем его «порошкового» аналоги.

«Предложенный нами композит уже обходит по многим показателям аналоги, в том числе и зарубежные. Однако мы не собираемся останавливаться на достигнутом, и в дальнейшем планируем продолжить работу над созданием более совершенных, сложных (3-, 4- и более фазных) и дешевых композитов, производственный цикл которых будет предусматривать использование алюминия технической чистоты и более дешевых легирующих компонентов», — добавляет Торгом Акопян.

По словам ученых, предложенный материал можно использовать, прежде всего, в области авиа- и машиностроения, для проектирования современной робототехники, в том числе беспилотных летательных аппаратов, где снижение массы дрона имеет критическое значение. Благодаря особенностям формирования структуры, предложенный материал может быть использован для изготовления сложных деталей методами 3D-печати. Кроме того, новые разработки могут иметь и стратегическое значение с точки зрения экономики. В настоящий момент основную долю прибыли в алюминиевой отрасли России занимает экспорт первичного алюминия. Создание новых высокотехнологичных разработок, обладающих повышенной добавленной стоимостью, позволит повысить прибыль за счет расширения внутреннего и внешнего рынков потребления алюминия.

Исследование проводится в рамках гранта РНФ № 18-79-00345 «Создание научных принципов конструирования новых наноструктурированных металломатричных композиционных материалов на основе алюминия, с высокой долей алюминидов Al(Ti, Ca, Ni, Ce(La), Zr)».

Сталь с приправами


Секреты древности

Сплавы железа известны человечеству с глубокой древности – археологи находят железные украшения в захоронениях и стоянках, датируемых началом бронзового века. Любопытно, что чистое железо стало добываться и использоваться гораздо позже, а первые железные изделия были изготовлены человеком из материала, по современной классификации относящегося к легированным сталям – из метеоритного железа. Около 5,7% метеоритов, падающих на Землю, являются железными и состоят преимущественно из железо-никелевого сплава, содержащего до 8,5% никеля. Вероятно, древним людям приходила в голову мысль о применении небесного металла в более прагматичных целях, чем украшения, но он был слишком редким.

Около 1500 г. до н.э. в Малой Азии был открыт секрет получения более жаркого пламени, чем то, которое применялось для выплавки меди и бронзы – выяснилось, что если продувать воздух через руду, смешанную с древесным углём, то температура значительно увеличивается. Технология применения кузнечных мехов позволила выплавить железо и положила начало гонке вооружений. Чистое железо – не слишком твёрдый металл, но в процессе обработки поверхность металла впитывает в себя углерод, и образуется сталь. Древние орудия имели только тонкий поверхностный стальной слой, но этого хватало, чтобы железные стрелы и мечи оказывались прочнее и острее бронзовых.

У Айзека Азимова в его «Истории химии» читаем: «Располагавшие железным оружием дорийцы вторглись в 1100 г. до н.э. на Балканский полуостров и разгромили микенских греков. Микенские греки были более высокоцивилизованным народом, но ещё не имели стали и были вооружены бронзовым оружием. Часть греков проникла в Ханаан и принесла с собой железное оружие. Это были те самые филистимляне, о которых так много говорится в Ветхом Завете. И пока евреи не получили железного оружия (а это случилось при царе Сауле), они были, по существу, беспомощны. Ассирийская армия была первой армией, полностью оснащённой железным оружием хорошего качества. Благодаря такому превосходству в вооружении ассирийцы покорили многие соседние народы и к 900 г. до н.э. основали могущественное государство».

Вплоть до Нового времени основным материалом для изготовления оружия и орудий труда оставались железные сплавы, получавшиеся за счёт случайных примесей – железная руда редко встречается в природе в чистом виде. Исключением можно считать разве что знаменитую дамасскую сталь, особенностью которой является практически полное отсутствие легирующих элементов – технология её обработки была направлена на выжигание всех примесей, за счёт чего металл приобретал уникальные по тем временам свойства, но за это приходилось платить уязвимостью к коррозии.

За сотни лет способ обработки железа в Европе так же не претерпел существенных изменений, лишь к XIV в. появляется способ выплавки чугуна и так называемый кричный передел – процесс рафинирования чугуна, т.е. избавления его от излишних примесей углерода и заодно кремния с марганцем в целях получения ковкого кричного железа. Но к XVIII веку потребность в металле резко увеличивается, поэтому приходится искать способы массового производства сталей, одновременно изучая и изменяя их свойства.


Клинки, сделанные из знаменитой дамасской стали.

Рецепты Нового времени

Первым шагом на пути к промышленному производству сталей стало пудлингование, пришедшее на смену кричному переделу. Новая технология характеризовалась более высокой производительностью и, кроме того, позволяла заменить дорогой и дефицитный древесный уголь каменным углём или другими видами топлива. Впервые отражательную печь для получения ковкого железа использовали в 1766 г. англичане – братья Т. и Д. Кранедж, применив в качестве топлива каменный уголь. В 1784 г. способ был усовершенствован Г. Кортом, сыгравшим большую роль в практическом распространении пудлингования.

Только в середине XIX в. был разработан способ, который обеспечивал массовое производство литой стали. Большая заслуга в этом принадлежит английскому металлургу Генри Бессемеру (1813-1898). Работая над созданием артиллерийского снаряда, который вращался бы в полёте и двигался по точно заданной траектории, Бессемер столкнулся с необходимостью использовать более прочную сталь, чем производившаяся в то время. Речь идёт об орудии с нарезным стволом, в стенках канала ствола которого имеются спиральные канавки. Особо прочная сталь требовалась, так как ствол должен был выдерживать высокие давления, необходимые для вжимания выступов снаряда в эти канавки. Производство высококачественной стали в те времена обходилось весьма дорого, поэтому для орудия нового типа требовался новый подход к выплавке стали.

Бессемер искал такой способ производства стали, который позволил бы получать сталь непосредственно из чугуна, минуя дорогостоящую стадию получения сварочного железа, обычную для тогдашнего производства. Чтобы удалить избыточный углерод из чугуна, он пропускал через расплавленный металл струю воздуха. Металл при этом не охлаждался и не затвердевал; наоборот, в результате реакции углерода с кислородом выделялось тепло, и температура расплава повышалась. Прекращая в соответствующий момент подачу воздуха, Бессемер смог получить сталь. В 1856 г. Бессемер опубликовал сообщение об изобретённом им конвертере. Первые попытки повторить опыты Бессемера оказались неудачными, поскольку получить сталь таким методом можно было только из руды, не содержащей фосфора. Но как только это удалось преодолеть, производство стали резко удешевилось.

Когда главный технологический барьер был взят, встал вопрос о расширении свойств сталей за счёт легирующих добавок. Первым удачным опытом целенаправленного легирования считается изобретение Мюшеттом стали, в составе которой было 1,85% углерода, 9% вольфрама и 2,5% марганца. Промышленное производство стали Мюшетта началось в 1871 году. Главным образом его легированная сталь шла на изготовление резцов для металлообрабатывающих станков. Кроме того, данная сталь позднее стала прообразом современной линейки быстрорежущих сталей.

Английский металлург Роберт Эббот Гадфильд (1858-1940) изучал влияние на свойства стали добавок других металлов. Тогда уже было известно, что добавка марганца делает сталь хрупкой, но Гадфильд решил ввести в сталь марганца больше, чем обычно добавляли другие металлурги. Когда содержание марганца достигло 12%, хрупкость материала уменьшилась. Более того, выяснилось, что если такую сталь нагреть до 1000°С, а затем охладить в воде, то она станет намного твёрже, чем исходный металл. Гадфильд запатентовал марганцевую сталь в 1882 г., и с этого момента началось массовое производство легированных сталей.


На Всемирной выставке 1900 года специалисты впервые услышали о быстрорежущей стали Фредерика Винслоу Тейлора. Фредерик Тейлор и его друг, химик по образованию, Монсель Уайт работали на сталеплавильных заводах фирмы «Бетлехем Стил» в Филадельфии (США). Тейлер и Уайт пришли к мысли легировать вольфрамовую сталь хромом. Новая сталь содержала не менее 18% вольфрама и 4% хрома. Раскалённый докрасна резец из этой стали не терял стойкости при обработке заготовки из другой стали. Скорость резания была в четыре раза больше обычной. Так было заложено основание для развития инструментальной стали.

К 1919 г. американский изобретатель Элвуд Хэйнес (1857-1925) запатентовал нержавеющую сталь, содержащую в качестве добавок хром и никель. В 1916 г. японский металлург Котаро Хонда (1870-1954) обнаружил, что магниты, изготовленные из вольфрамовой стали, к которой добавлен кобальт, отличаются большей мощностью, чем магниты из обычной стали. Это открытие проложило путь к разработке сильных магнитных сплавов с заданными свойствами.


«Кутубова колонна» – одно из главных достопримечательностей Дели: за 1600 лет своего существования она практически избежала коррозии. Гиды рассказывают, что для создания памятника использовалась нержавеющая сталь, однако сделанный анализ показал, что колонна не содержит легирующих элементов, приводящих к повышенной коррозионной стойкости, и на 100 % (точнее, на 99,722 %) состоит из железа. Результатом открытия стала попавшая на несколько лет в учебники по металлургии гипотеза о высокой атмосферной стойкости чистого железа. Секрет исключительной стойкости колонны не раскрыт до сих пор, но из пары десятков различных версий более-менее правдоподобно выглядят три:

1. Возможно, что несколько десятков лет после отливки колонна пролежала в близлежащих горах, где повышен уровень радиации. Под её воздействием верхний слой металла мог превратиться в аморфное железо, стойкое к коррозии.

2. Атмосферостойкие стали, изобретённые в 1930-х годах в США, обладают своими особенностями за счёт высокого содержания в них фосфора – до 0,15 % фосфора. В делийской колонне фосфор тоже есть – его здесь 0,11-0,18 %. 

3. Атмосфера в Дели неагрессивна из-за своей сухости. Даже в период муссонов влажность делийского воздуха превышает критическое для начала коррозии значение (70 %) только в утренние часы. Даже нестойкий цинк окисляется здесь очень незначительно. Куски колонны, увезённые в другие регионы, начинают ржаветь очень быстро.

Сегодня и завтра в цифрах

ХХ век принёс новые способы получения легированных сталей, в частности электродуговую плавку и развитие порошковой металлургии. Но в целом чёрная металлургия не сильно изменилась за последние полтора века – до сих пор применяются конвертерные и мартеновские технологии, запущенные ещё в середине-конце позапрошлого столетия.

Металлы в XXI веке остаются основными конструкционными материалами, так как по своим свойствам, экономичности производства и потребления не имеют себе равных в большинстве сфер применения. Около трети всех производимых чёрных металлов применяются в машиностроении, приблизительно четверть уходит в строительство. Изготовленная с использованием чёрных и цветных металлов доля продукции в настоящее время составляет 72-74% валового национального продукта государств. Из общей массы ежегодно потребляемых металлов более 90% приходится на сталь. Объём перевозок продукции чёрной металлургии является важнейшим опережающим индикатором состояния экономики, что было зафиксировано и подтверждено на практике во время кризиса 2008 года.

Последние годы в связи с различными кризисными явлениями потребление сталей колеблется, намечаются тенденции снижения спроса на чёрные металлы. В настоящее время избыточные производственные мощности в мировой чёрной металлургии оцениваются до 600 млн тонн. Однако на ближайшие годы прогнозы аналитиков более оптимистичны. По оценкам WSA (World Steel Association), в 2013 году видимое потребление стали в мировом масштабе увеличится на 3,1% до 1,475 млрд тонн по сравнению с ростом на 2% в прошлом году. В 2014 году, по их прогнозам, глобальный спрос на металл увеличится еще на 3,3% и достигнет 1,523 млрд тонн. Ганс Юрген Керкоф, глава экономического комитета WSA, говорит, что потребление стали в глобальном масштабе за прошедшие полгода оказалось меньше, чем прогнозировалось, за исключением только одной страны – Китая. По сегодняшним оценкам, спрос на стальную продукцию в КНР по итогам 2013 года прибавит 6%.

В нашей стране на рынке стали также ожидается улучшение ситуации. Регион СНГ даже удостоился от WSA более благоприятных прогнозов по сравнению с Европой. В России увеличению потребления металла способствует рост активности в секторе строительства коммерческой недвижимости, а также принятый российским правительством пакет стимулирующих мер по развитию национальной автомобильной промышленности. По прогнозам аналитиков WSA, в 2013 году спрос на сталь в России увеличится на 3,8% до 43,6 млн тонн, а в 2014 году – на 4,6% до 45,6 млн тонн.

ЛЕГКАЯ СТАЛЬ. Металл Века

ЛЕГКАЯ СТАЛЬ

Брусок металла неяркого серебристо-серого цвета. ”Сталь” — привычно мелькает в сознании. Но стоит взять брусок в руку, как на мгновение возникает ощущение нереальности происходящего: металл оказывается удивительно, неправдоподобно легким. Это не сталь, а титан.

Любопытно наблюдать за реакцией людей, плохо знакомых с цветными металлами, когда к ним в руки попадает какой- нибудь предмет из титана. Первоначальное удивление (темный металл, а такой легкий!) сменяется недоумением, а затем убеждением, что их "разыгрывают”, и они пытаются разобраться, где же скрывается подвох: вертят предмет в руках, говорят, что внутри металла имеются пустоты и тому подобное. Но никакого подвоха нет. Титан действительно почти вдвое легче железа и всего лишь в полтора раза тяжелее алюминия. Один кубический сантиметр железа имеет массу 7,8 грамма, алюминия — 2,7, титана — 4,5 грамма. Надо признать все же, что 4,5 грамма в кубическом сантиметре не так уж и мало, особенно если учесть, что в кубическом сантиметре магния содержится 1,7 грамма, а такой металл, как литий, вдвое легче воды.

Поскольку к легким относят металлы, удельная масса которых не превышает 5 граммов на кубический сантиметр, то титан, следовательно, самый тяжелый среди легких металлов. Но и ”самый тяжелый”, он все-таки по праву принадлежит к числу легких металлов.

Однако легкость сама по себе еще ничего не решает. Легок натрий, но он плавится уже при температуре около 100 °С и как щелочной металл настолько активен, что его нельзя хранить на открытом воздухе. Хранят этот элемент в керосине. Еще легче и активнее металл литий. Он, как и остальные щелочные металлы, так непрочен, что легко режется обыкновенным ножом.

Мы привыкли к тому, что всякий конструкционный материал имеет свои достоинства и недостатки. Если алюминий,

например, почти в три раза легче стали, то он и в несколько раз менее прочен и плавится уже при 660 градусах, тогда как точка плавления стали находится выше 1500 °С. Примерно то же самое можно сказать и о магнии.

Интересно, а насколько титан уступает стали по прочности? Титан не уступает стали: он в полтора раза прочнее! Но, может быть, этот металл плавится при невысоких температурах? Титан плавится только при 1660 °С, то есть при более высокой температуре, чем железо и сталь. Так что не зря титан отливает стальным блеском: этот отлив не обманывает.

Но, кроме хорошей прочности, конструкционный материал обязательно должен иметь и такое важное качество, как пластичность. Пластичность — это способность материала изменять свою форму не разрушаясь, и именно в этой способности титану долго было отказано. Еще в сороковые годы нашего века о титане писали, что он ”хрупок и легко превращается в порошок при дроблении в ступке”. Любопытна и следующая запись: "Попытки вытянуть проволоку из титана безуспешны”.

Меньше всего хотелось бы иронизировать над автором приведенных строк, тем более что он поставил перед собой задачу ”заполнить досадный пробел в литературе, посвященной столь важному и интересному химическому элементу”.

На протяжении полутора столетий подлинных свойств металла не знал никто в мире. Но как только стали получать титан достаточной степени чистоты, сразу выяснилось, что причиной хрупкости металла являются примеси, а чистый титан очень пластичный материал. Его куют, как железо, вытягивают в проволоку, прокатывают в листы, трубы, ленты и даже в фольгу толщиной в сотые доли миллиметра.

Титан — более упругий металл, чем магний и алюминий, но менее упругий, чем сталь. Он гораздо тверже алюминия, магния, меди, железа и почти не уступает особо обработанным легированным сталям. Титан — один из немногих металлов, которые наряду с высокой прочностью и пластичностью обладают хорошей вязкостью, то есть противостоят воздействию ударов. Этот металл характеризуется еще и таким ценным свойством, как отличная выносливость.

Важный показатель любого металла — предел текучести. Чем он выше, тем лучше металл сопротивляется нагрузкам, стремящимся смять его, изменить размеры и форму изготовленной из него детали. У титана предел текучести весьма высок: в два с половиной раза выше, чем у железа, в три с лишним раза выше, чем у меди, и почти в 18 раз превосходит этот же показатель для алюминия.

Итак, титан гораздо прочнее и легче обычной углеродистой стали, получаемой из чугуна. Но в современном машиностроении широко распространены не столько углеродистые, сколько легированные стали, то есть сплавы на основе железа с добавками никеля, хрома, марганца, молибдена, вольфрама, а также других цветных и редких металлов. Легированные стали значительно прочнее углеродистых и в несколько раз прочнее технического титана. Выходит, что титан все-таки уступает стали? Нет не уступает! Титан тоже можно легировать и тогда получают сплавы, прочность которых в два- три раза больше прочности чистого титана.

Титановые сплавы — это, быть может, самые совершенные материалы, которыми располагает современная техника. Они превосходят все другие распространенные металлы по такому важному показателю, как удельная прочность. Что это такое? Не что иное, как прочность, приходящаяся на единицу массы.

Чтобы нагляднее постичь это, представим себе такую картину. На помост выходят тяжелоатлеты. Вряд ли нас удивит то, что грузный человек поднимает большую тяжесть. Ведь так оно и должно быть: те, кто полегче, обладают, как правило, меньшей силой, а от массивного, с мощными бицепсами атлета мы ждем и высокого результата. Не зря же в тяжелоатлетическом спорте введены различные весовые категории. А теперь вообразим, что после этого тяжелоатлета на помост вышел скромный, на первый взгляд ничем не примечательный спортсмен, худощавый, среднего роста и с первой попытки покорил тот же самый вес. Кто же из них сильнее? Конечно же, худощавый!

Такую же аналогию можно провести относительно титановых сплавов и специальных сталей. Титановые сплавы почти вдвое легче, а нагрузки выдерживают почти такие же.

Если бы все достоинства титана заключались только в его легкости и прочности, то и этого было бы уже достаточно для развития титановой промышленности, так как и в этом случае игра стоила свеч и нашлось бы немало отраслей, заинтересованных в таком материале. Но, помимо прочности и легкости, титан отличается еще и замечательной стойкостью против коррозии.

Обычную древесину сделали более прочной, чем сталь или титан / Хабр

Дерево — отличный материал для… всего. Из него делают все, что только можно себе представить. Единственное, чего не хватает — прочности. Многие сорта дерева — очень прочные, но, к сожалению, недостаточно прочные, чтобы их можно было применять более широко. Специалисты из США добились увеличения прочностных характеристик древесины путем специальной ее обработки.

После того, как дерево подвергается обработке по новому методу, его прочность возрастает в десятки раз, оно становится более прочным, чем сталь или титан. При этом древесина по-прежнему остаются дружественным окружающей среде материалом, альтернативой пластикам или металлам.

«Фактически, это новый класс материалов с великолепным потенциалом», — заявил Ли Тенг, специалист из Мэрилендского университета. Работа Тенга и его коллег опубликована 7 февраля в авторитетном научном издании Nature.

Попытки укрепить дерево, изменить тем либо иным образом его характеристики не прекращаются десятилетиями. Некоторые методы удачные, другие — не очень. К числу удачных можно отнести выделение микроволокон целлюлозы, что позволяет создавать достаточно устойчивые к внешним воздействиям материалы.

Но Тенг с коллегами решили подойти к проблеме с другой стороны. Исследователи сфокусировались на модифицировании пористой структуры натуральной древесины. Изначально они стали пробовать кипятить различные сорта древесины, включая дуб, в растворе гидроксида натрия и сульфита натрия в течение семи часов. Этот процесс оставил целлюлозную структуру практически нетронутой, но окружающие целлюлозу компоненты частично ушли. Один из таких компонентов — лигнин, полимер, связывающий целлюллозу.

Затем команда поместила на сутки деревянный блок под пресс, одновременно нагрев его до 100 градусов Цельсия. В результате образовались деревянные планки толщиной в пятую часть от прежних параметров. Кроме того, этот материал оказался в три раза плотнее натуральной древесины и в 11,5 раз прочнее. Предыдущие попытки усилить прочностные характеристики приводили к повышению этого параметра максимум в 3-4 раза.

Сканирование волокон нового материала при помощи электронного микроскопа показало, что сдавливание уничтожает целлюлозные трубочки, которые сжимаются и переплетаются вместе. «Вы получаете нановолокна, размещенные вдоль оси роста дерева, сцепленные между собой», — заявил один из участников исследования.

Для того, чтобы проверить, насколько устойчива «древесина нового типа» к внешним факторам, команда стала выстреливать по паллетам из баллистической пушки, которая обычно используется для проверки прочности военных транспортных средств. Как оказалось, модифицированная древесина выдерживает удар 46-граммового стального снаряда, летящего со скоростью примерно 30 метров в секунду.

Это, конечно, гораздо медленнее, чем скорость пули, вылетевшей из ствола огнестрельного оружия, но все же и это солидное достижение. Такая скорость примерно соответствует скорости автомобиля, движущегося перед столкновением с препятствием. Да, американцы считают, что их метод позволяет создавать материал, пригодный для автомобилестроения.

Эксперты считают, что команда «улучшателей дерева» чрезмерно усложняет процесс, который может быть гораздо более простым. Например, просто воздействие высокой температуры, пара и давления способно значительно улучшить прочностные характеристики материала. А можно просто прокипятить дерево в течение 7 часов в растворе каустической соды. В результате получается достаточно прочный материал. 24-х слойная защита из такого дерева задерживает 9-мм пулю, которой стреляют из пистолета.

Микаэела Идер, исследователь из Института Макса Планка считает, что воздействие давления также упрочняет дерево — хотя в этом случае неясно, насколько сильно имеет место сплетение нановолокон. Тем не менее, авторы оригинальной работы уверены, что только их методика позволяет многократно улучшить прочность дерева. Коллеги согласны с ними, говоря, что у работы большой потенциал, и в будущем можно было бы создать коммерческую технологию для производства прочных строительных материалов из дерева.

Что прочнее металла. Самый твердый металл в мире

С детских лет мы знаем, что самый прочный металл - это сталь. Все железное у нас ассоциируется ней.

Железный человек, железная леди, стальной характер. Произнося эти фразы, мы подразумеваем невероятную прочность, силу, твердость.

Продолжительное время в производстве и вооружении основным материалом была сталь. Но сталь - не металл. Если точнее, то не совсем чистый металл. Это с углеродом, в котором присутствуют и другие металлические добавки. Применяя добавки, т.е. изменяют ее свойства. После этого она подвергается обработке. Сталеварение - это целая наука.

Самый прочный металл получается при введении в сталь соответствующих лигатур. Это может быть хром, который придает и жаростойкость, никель, делающий сталь твердой и эластичной и т.д.

По некоторым позициям сталь начал вытеснять алюминий. Время шло, росли скорости. Не выдерживал и алюминий. Пришлось обратиться к титану.

Да-да, ведь титан - самый прочный металл. Для придания стали высоких прочностных характеристик в нее начали добавлять титан.

Его открыли в XVIII веке. Из-за хрупкости его применить было невозможно. Со временем, получив чистый титан, инженеры и конструкторы заинтересовались его высокой удельной прочностью, малой плотностью, стойкостью к коррозии и высоким температурам. Его физическая крепость превосходит прочность железа в несколько раз.

Инженеры стали добавлять титан в сталь. Получился самый прочный металл, который нашел применение в среде сверхвысоких температур. На то время их не выдерживал ни один другой сплав.

Если представить самолет, который летит в три раза быстрее, чем можно представить, как разогревается обшивочный металл. Листовой металл обшивки самолета в таких условиях разогревается до +3000С.

Сегодня титан применяют неограниченно во всех сферах производства. Это медицина, авиастроение, производство кораблей.

Со всей очевидностью можно сказать, что в скором будущем титану придется подвинуться.

Учеными из США, в лабораториях Техасского университета в городе Остин, открыт самого тонкого и самого прочного материала на Земле. Назвали его - графен.

Вообразите себе пластину, толщина которой равна толщине одного атома. Но такая пластина прочнее алмаза и в сто раз лучше пропускает электрический ток, чем компьютерные чипы из кремния.

Графен - материал с поражающими свойствами. Он скоро покинет лаборатории и по праву займет свое место среди самых прочных материалов Вселенной.

Даже невозможно себе представить, что нескольких граммов графена будет достаточно, чтобы покрыть поле для игры в футбол. Вот это металл. Трубы из такого материала можно будет укладывать вручную без применения подъемно-транспортных механизмов.

Графен, как и алмаз - это чистейший углерод. Его гибкость поражает. Такой материал легко сгибается, прекрасно складывается и отлично сворачивается в рулон.

К нему уже начали присматриваться производители сенсорных экранов, солнечных батарей, сотовых телефонов, и, наконец, суперскоростных компьютерных чипов.

Сегодня мы рассмотрим самые прочные металлы в мире и обсудим их свойства. И открывает "рейтинг прочности" титан.

Не самый прочный?

Название металла, предположительно, произошло от имени древнегреческого героя Титана. Поэтому данный металл ассоциируется у нас с несокрушимостью. Многие считают титан самым прочным металлом в мире. Однако на самом деле это далеко не так.

Чистый титан был впервые получен в 1925 году. На новый материал сразу же обратили внимание благодаря ряду свойств. Титан начали очень активно применять в промышленной сфере.

Сегодня титан находится на 10 месте среди природных металлов по распространенности. В земной коре его содержится около 700 млн тонн. То есть нынешнего сырья хватит еще на 150 лет.

Титан отличают превосходные свойства. Это легкий и прочный металл, устойчивый к коррозии. Он с легкостью поддается термической обработке, имеет широкий диапазон применения. Он взаимодействует с другими элементами таблицы Менделеева только при нагревании. В природе содержится в рутиловых и ильменитовых рудах. Чистый титан получают путем спекания руды с хлором.

Он способен выдерживать огромные нагрузки. Отличается металл высокой прочностью и сопротивляемостью ударному действию. Его используют при изготовлении транспортных средств, ракет и даже подводных лодок. Титан выдерживает силу давления даже на больших глубинах.

Популярен он и в медицинской промышленности. Протезы на его основе не взаимодействуют с тканями организма и не подвержены коррозии. Но через годы он начинает изнашиваться, что заставляет заменять протез на новый.

Новые разработки

В 2016 году ученые отыскали способ усовершенствовать свойства титана и сделать его еще более прочным. Основная цель исследований - найти более стойкий материал, при этом совместимый с тканями организма. И тут вспомнили о золоте, которое долгие годы применяется в протезировании.

Сплав титана и золота, после нескольких попыток найти идеальное соотношение составляющих, оказался невероятно прочным. В 4 раза прочнее других металлов, использующихся сегодня для протезирования.

Тантал

Один из самых прочных металлов. Назван в честь древнегреческого бога Тантала, который прогневил Зевса и был низвержен в ад. Имеет серебристо-белый цвет с синеватым отливом. Является характерным элементом гранитной и щелочной магмы. Его добывают из минерала колтана, наиболее крупные месторождения которого находятся в Бразилии и Африке.

Он был открыт в далеком 1802 году. Тогда его считали разновидностью колумбия, но позже установили - это два разных металла, схожих по свойствам. Лишь через 100 лет удалось получить чистый тантал. Стоимость его сегодня достаточно высокая - 150 долларов за 1 кг металла.

Тантал - тугоплавкий металл с достаточно высокой плотностью. С химической точки зрения он стабилен, так как не растворяется в разбавленных кислотах. В виде порошка тантал неплохо горит на воздухе. Используется для изготовления электролитических конденсаторов, нагревателей в вакуумных печах. Танталовые конденсаторы увеличивают срок эксплуатации электронных систем до 10-12 лет. Примечательно, что нашли применение ему даже ювелиры - им заменяют платину.

Испытание металлов на прочность показало - сплав тантала и вольфрама имеет почти стопроцентную крепость.

Осмий - самый-самый...

Осмий - еще один невероятно прочный металл. Он также входит в список самых редких и дорогих. В составе земной коры он присутствует в мизерных количествах. Относится к рассеянным, то есть не имеет собственных месторождений. Поэтому добыча его сопровождается огромными сложностями.

Осмий принадлежит к группе платиновых металлов. Стоимость его составляет около 10 000 долларов за 1 грамм. По цене он уступает лишь искусственному калифорнию. Он состоит из нескольких изотопов, которые невероятно сложно разделить. При этом наиболее востребованным является изотоп осмий-187. Его цена за 1 грамм доходит до 200 000 долларов!

Осмий - рекордсмен по плотности среди металлов. Кроме этого, он является высокопрочным металлом. Сплавы, в составе которых присутствует осмий, приобретают устойчивость к коррозии, становятся более прочными и долговечными. Применяют металл и в чистом виде, к примеру, для изготовления дорогих авторучек, которые практически не изнашиваются и пишут годами.

Хром

Хром, кобальт и вольфрам известны науке еще с 1913 года и объединены под общим названием - стеллиты. Они сохраняют твердость даже при температуре 600 градусов по Цельсию.

В основном этот металл содержится в глубоких слоях Земли. Также он встречается в составе каменных метеоритов, которые считаются аналогами нашей мантии. Промышленную ценность представляют только хромшпинелиды. Многие минералы, в составе которых встречается хром, совершенно бесполезны. Наиболее чистый хром получают путем электролиза концентрированных водных растворов или электролиза сульфата хрома.

Металл в сочетании со сталью значительно усиливает ее прочность, а также добавляет устойчивости к окислению. Он совершенствует характеристики стали, при этом не снижая ее пластичности.

Рутений

Принадлежит к платиновой группе и относится к благородным металлам. Однако из их списка рутений считают наименее благородным... Открыл его ученый Карл-Эрнст Клаус в 1844 году. Примечательно, что профессор постоянно нюхал и пробовал на вкус результаты своих исследований. Однажды он даже получил ожог ротовой полости, когда дегустировал одно из соединений открытого им рутения.

Его мировые запасы на сегодняшний день составляет около 5 000 тонн. Рутений долгое время исследуют, однако многие его свойства пока неизвестны. Вся проблема в том, что пока не было найдено способа полной очистки рутения. Загрязненность сырья мешает исследовать его свойства. Однако медики уверены, что использование металла в обиходе способно повысить заболеваемость среди населения. Поэтому выброс изотопа рутения-106 на Урале вызвал такой резонанс в прессе. Ведь рутений-106 имеет радиоактивные свойства.

При этом стоимость его в 2017 году неожиданно превзошла все платиновые металлы.

Иридий - самый прочный металл

Именно иридий отличается наивысшей прочностью. Да, он уступает осмию по плотности, но имеет высочайший коэффициент прочности. Его также называют самым редким из металлов, однако на самом деле содержание астата в земной коре еще меньше.

Иридий изучали очень осторожно. Спустя 70 лет его основные свойства - невероятная прочность и устойчивость к коррозии, стали известны всему миру. Сегодня он применяется во множестве отраслей. Львиную долю металла эксплуатирует химическая промышленность. Оставшаяся часть распределена на множество других областей, среди которых - медицина и ювелирное дело. Иридий в сочетании с платиной создает качественные и очень долговечные украшения.

Титан был открыт в конце XVIII века независимыми учеными из Англии и Германии. В периодической таблице элементов Д.И. Менделеева расположился в 4 группе с атомным номером 22. Довольно продолжительное время ученые не видели в титане никаких перспектив, поскольку он был очень хрупким. Но в 1925 году голландские ученые И. де Бур и А. Ван Аркель в лаборатории смогли получить чистый титан, который стал настоящим прорывом во всех отраслях.

Свойства титана

Чистый титан оказался невероятно технологическим. Он обладает пластичностью, малой плотностью, высокой удельной прочностью, коррозийной стойкостью, а также прочностью при воздействии на него высоких температур. Титан в два раза прочнее стали и в шесть раз прочнее . В сверхзвуковой авиации титан незаменим. Ведь на высоте 20 км развивает скорость, превышающую скорость звука в три раза. При этом температура корпуса самолета накаляется до 300оС. Такие условия выдерживают лишь титановые сплавы.

Титановая стружка пожароопасная, а титановая пыль вообще может взорваться. При взрыве температура вспышки может достигать 400оС.

Самый прочный на планете

Титан настолько легкий и прочный, что из его сплавов изготавливают корпуса самолетов и подводных лодок, бронежилеты и броню танков, а также применяют в ядерной технике. Еще одно замечательное свойство данного металла заключается в его пассивном воздействии на живые ткани. Только из делают остеопротезы. Из некоторых соединений титана изготавливают полудрагоценные камни и ювелирные украшения.

Химическая промышленность также не оставила титан без внимания. Во многих агрессивных средах металл не поддается коррозии. Диоксид титана используется для изготовления белой краски, при производстве пластика и бумаги, а также в качестве пищевой добавки Е171.

В шкале твердости металлов титан уступает лишь платиновым металлам и вольфраму.

Распространение и запасы

Титан довольно распространенный металл. В по этому показателю он занимает десятое место. В земной коре содержится порядка 0,57% титана. На данный момент ученым известно свыше ста минералов, в которых содержится металл. Его месторождения разбросаны практически по всему миру. Добычей титана занимаются в Китае, ЮАР, России, Украине, Индии и Японии.

Прогресс

Уже несколько лет ученые проводят исследования над новым металлом, который был назван «ликвид-металл». Данное изобретение метит на звание нового, самого прочного метала на планете. Но пока еще в твердом виде он не получен.

В мире есть много одинаковых по показателям твёрдости металлов, но не все они широко используются в промышленности. Причин тому может быть несколько: редкость и потому дороговизна или же радиоактивность, которая препятствует использованию в человеческих нуждах. Среди самых твёрдых металлов можно выделить 6 лидеров, покоривших мир своими особенностями.

Твёрдость металлов принято измерять по шкале Мооса. В основе метода измерения твёрдости – оценка устойчивости к царапинам другими металлами. Таким образом, было определено, что наивысшей твёрдостью обладают уран и вольфрам. Однако есть металлы, которые больше используются в разных сферах жизни, хоть их твердость и не наивысшая по шкале Мооса. Поэтому, раскрывая тему о самых твёрдых металлах, неправильно будет не упомянуть об известном титане, хроме, осмии и иридии.

На вопрос, какой самый твёрдый металл, любой человек, изучающий химию и физику в школе, ответит: «Титан». Конечно, существуют сплавы и даже самородки в чистом виде, которые превосходят его по прочности. Но среди используемых в быту и производстве титану нет равных.

Чистый титан впервые был получен в 1925 году и тогда же был объявлен самым твёрдым металлом на Земле. Его сразу стали активно использовать в абсолютно разных сферах производства – от деталей ракет и воздушного транспорта до зубных имплантатов. Заслугой такой популярности металла стали несколько его главных свойств: высокая механическая прочность, стойкость к коррозиям и высоким температурам и низкая плотность. По шкале твёрдости металлов Мооса титан обладает степенью 4.5, что не является самым высоким показателем. Однако его популярность и задействованность в различных отраслях делает его первым по твёрдости среди часто используемых.

Титан самый твёрдый среди часто используемых в производстве металлов

Детальнее про применение титана в промышленности. Данный метал имеет широкий спектр использования:

  • Авиационная промышленность – детали планерной части самолётов, газовые турбины, обшивки, силовые элементы, детали шасси, заклёпки и т.д;
  • Космическая техника – обшивки, детали;
  • Кораблестроение – обшивка судов, детали насосов и трубопроводов, навигационные приборы, турбинные двигатели, паровые котлы;
  • Машиностроение – конденсаторы турбин, трубы, износостойкие элементы;
  • Нефтегазовая промышленность – трубы для бурения, насосы, сосуды высокого давления;
  • Автостроение – в механизмах клапанов и выхлопных систем, передаточных валов, болтов, пружин;
  • Строительство – наружная и внутренняя обшивка зданий, кровельные материалы, лёгкие крепежные приспособления и даже памятники;
  • Медицина – хирургические инструменты, протезы, имплантаты, корпусы для кардиологических приборов;
  • Спорт – спортивный инвентарь, туристические принадлежности, детали для велосипедов.
  • Товары народного потребления – ювелирные украшения, декоративные изделия, садовой инвентарь, наручные часы, кухонная утварь, корпуса электроники и даже колокола, а также добавляют в состав красок, белил, пластика и бумаги.

Можно увидеть, что титан востребован в абсолютно разных сферах промышленности за счет его физико-химических свойств. Пусть он и не самый твёрдый металл в мире по шкале Мооса, изделия из него куда прочнее и легче стали, меньше изнашиваются и более стойкие к раздражителям.


Титан считается самым твердым среди активно потребляемых металлов

Самым твёрдым в своем натуральном виде считается металл голубовато-белого цвета – хром. Он был открыт еще в конце 18 века и с тех пор широко используется в производстве. По шкале Мооса твёрдость хрома составляет 5. И не зря – им можно резать стекло, а при соединении с железом он способен резать даже металл. Также хром активно применяется в металлургии – его добавляют в сталь, чтобы улучшить ее физические свойства. Спектр использования хрома весьма разнообразен. Из него изготавливают стволы огнестрельного оружия, медицинское и химическое технологическое оборудование, бытовые принадлежности – кухонная утварь, металлические части мебели и даже корпусы подводных лодок.


Наивысшая твёрдость в чистом виде - хром

Хром используют в различных сферах, например, для производства нержавеющей стали, или для покрытия поверхностей – хромирования (техника, автомобили, детали, посуда). Часто этот метал используют при изготовлении стволов огнестрельного оружия. Также нередко этот металл можно встретить при производстве красителей и пигментов. Удивительным может показаться еще одна сфера его использования – это производство диетических добавок, а в создании технологического оборудования для химических и медицинских лабораторий без хрома никак нельзя обойтись.

Осмий и иридий – представители металлов платиновой группы, имеют почти одинаковую плотность. В своем чистом виде в природе встречаются невероятно редко, а чаще всего – в сплаве друг с другом. Иридий по природе своей обладает высокой твердостью, из-за чего плохо поддается металлообработке, как механической, так и химической.


Осмий и иридий обладают наивысшей плотностью

Активно применять иридий в промышленности стали сравнительно недавно. Раньше его использовали с осторожностью, поскольку его физико-химические характеристики были изучены не до конца. Теперь иридий используют даже в изготовлении ювелирных изделий (в качестве инкрустаций или в сплаве с платиной), хирургических инструментов и деталей для сердечных стимуляторов. В медицине металл просто незаменим: его биопрепараты могут помочь побороть онкологию, а облучение его радиоактивным изотопом может остановить процесс роста раковых клеток.

Две трети добываемого в мире иридия уходит в химическую промышленность, а остальное распределяется между другими отраслями производства – напыления в металлургической индустрии, товарах народного использования (элементы перьевых ручек, ювелирные изделия), медицине при производстве электродов, элементов кардиостимуляторов и хирургических инструментов, а также для улучшения физико-химических и механических свойств металлов.


Твёрдость иридия по шкале Мосса – 5

Осмий – серебристо-белый металл с голубоватым отливом. Он был открыт позже иридия на год, а сейчас его нередко находят в железных метеоритах. Помимо высокой твёрдости, осмий отличается своей дороговизной – 1 грамм чистого металла оценивается в 10 тысяч долларов. Еще одной его особенностью считается его вес – 1 литр расплавленного осмия равен 10 литрам воды. Правда, ученые еще не нашли применения этому свойству.

Из-за редкости и высокой стоимости осмий задействуется только там, где никакой другой металл не может быть использован. Широкого применения ему так и не нашли, да и нет смысла в поисках, пока поставки металла не станут регулярными. Сейчас осмий используется для изготовления инструментов, требующих высокой точности. Изделия из него почти не изнашиваются и обладают значительной прочностью.


Показатель твёрдости осмия достигает 5.5

Один из наиболее знаменитых элементов, который является одним из самых твёрдых металлов в мире, – уран. Это металл светло-серого цвета, обладающий слабой радиоактивностью. Уран считается одним из самых тяжелых металлов – его удельный вес в 19 раз превышает вес воды. Он также обладает относительной пластичностью, ковкостью и гибкостью, парамагнитными свойствами. По шкале Мосса твёрдость металла составляет 6, что считается очень высоким показателем.

Раньше уран почти не использовался, а встречался только как рудный отход при добыче других металлов – радия и ванадия. На сегодняшний день уран добывается в месторождениях, основными источниками являются Скалистые горы США, Республика Конго, Канада и Южно-Африканский Союз.

Несмотря на радиоактивность, уран активно потребляется человечеством. Наиболее востребован в атомной энергетике – его используют как топливо для ядерных реакторов. Также уран применяется в химической промышленности и в геологии – для определения возраста горных пород.

Не пропустила невероятные показатели удельного веса и военная инженерия. Уран регулярно используется для создания сердечников бронебойных снарядов, которые, за счет высокой прочности, отлично справляются с поставленной задачей.


Уран является самым твёрдым металлом, но он радиоактивный

Увенчивает наш список самых твёрдых металлов на Земле блестящий серебристо-серый вольфрам. По шкале Мооса твердость вольфрама равна 6, как и у урана, но, в отличие от последнего, он не является радиоактивным. Природная твёрдость, однако, не лишает его гибкости, потому вольфрам идеально подходит для ковки разных металлических изделий, а его устойчивость к высоким температурам позволяет применять его в осветительных приборах и электронике. Потребление вольфрама не достигает больших оборотов, и главной тому причиной является его ограниченное количество в месторождениях.

Благодаря высоким показателям плотности вольфрам широко используется в оружестроении для производства тяжеловесов и артиллерийских снарядов. Вообще вольфрам активно используется в военной инженерии – пули, противовесы, баллистические ракеты. Следующим по популярности использования этого метала является авиация. Из него изготавливают двигатели, детали электровакуумных приборов. В строительстве используют режущие инструменты из вольфрама. Также он является незаменимым элементом при производстве лаков и светоустойчивых красок, огнестойких и водонепроницаемых тканей.


Вольфрам считается наиболее тугоплавким и прочным

Изучив свойства и сферы потребления каждого металла, сложно однозначно сказать, какой же самый твердый металл в мире, если брать во внимание не только показатели шкалы Мооса. Каждый из представителей имеет ряд преимуществ. Например, титан, не обладающий сверхвысокой твердостью, прочно занял первое место среди самых используемых металлов. А вот уран, твердость которого достигает наивысшей отметки среди металлов, не так популярен из-за слабой радиоактивности. А вольфрам, который не излучает радиации и имеет наивысшую прочность и очень хорошие показатели податливости, не может быть активно использован из-за ограниченных ресурсов.

Металлы использовались человеком еще на заре цивилизации. Одним из первых известных была медь, благодаря своей легкости в обработке и широкой распространенности. Археологи находили в процессе раскопок тысячи медных изделий. Прогресс не стоит на месте, и вскоре человечество научилось производить прочные сплавы, чтобы изготавливать оружие и сельскохозяйственные инструменты. По сей день эксперименты с металлами не прекращаются, так что стало возможным выявить, какой самый прочный металл в мире.

Иридий

Итак, самый прочный металл ‒ это иридий. Получают его путем выпадения осадка от растворения платины в серной кислоте. По прошествии реакции вещество приобретает черный цвет, в дальнейшем в процессе различных соединений может менять цвет: отсюда и название, в переводе означающее "радуга". Иридий открыли в начале XIX века, и с тех пор было найдено всего два способа растворить его: расплавленная щелочь и перекись натрия.

Иридий очень редко встречается в природе, в составе земли его количество не превышает 1 к 1 000 000 000. Вследствие этого, одна унция материала стоит как минимум 1000 долларов.

Иридий широко применяется в разных сферах деятельности человека, особенно в медицине. Из него производят глазные протезы, слуховые аппараты, электроды для мозга, а также специальные капсулы, которые вживляют в раковые опухоли.

По теории ученых, столь малое количество вещества говорит о том, что оно имеет инопланетное происхождение, а именно, принесено каким-либо астероидом.

Другой самый крепкий металл в мире, наименование которого произошло от названия нашей страны. Впервые его обнаружили на Урале. Вернее там нашли платину, в составе которой русские ученые позднее выявили новый металл. Это было 200 лет назад.

Благодаря своей красоте рутений нередко применяется в ювелирном деле, но не в чистом виде, ведь он очень редок

Рутений относится к благородным металлам. Он обладает не только твердостью, но и красотой. По твердости он лишь немного уступает кварцу. Но при этом он весьма хрупкий, его легко раскрошить в порошок или разбить, уронив с высоты. Кроме того, это самый легкий и прочный металл, его плотность едва ли составляет тринадцать граммов на сантиметр в кубе.

При всем своем плохом сопротивлении ударам рутений прекрасно противостоит высоким температурам. Чтобы его расплавить, необходимо нагреть более чем до 2300 градусов. Если сделать это при помощи электрической дуги, вещество может перейти сразу в газообразное состояние, миновав стадию жидкости.

В составе сплавов его применение чрезвычайно широко, даже в космической механике, к примеру, сплавы металлов рутения и платины были избраны для изготовления топливных элементов для искусственных спутников Земли.

Первым на Земле этот металл открыл шведский ученый Экеберг. Но выделить его в чистом виде химику так и не удалось, с этим возникли трудности, поэтому он и получил название греческого героя мифов, Тантала. Активно использоваться тантал начал лишь в период Второй мировой войны.

Тантал ‒ твердый долговечный металл серебристого цвета, при обычной температуре проявляет мало активности, окисляется лишь при нагреве свыше 280°С, а плавится лишь при почти 3300 Кельвин.


Невзирая на свою прочность, тантал довольно пластичен, приблизительно как золото, и работа с ним не вызывает затруднений

Допускается использование тантала в качестве заменителя нержавеющих сталей, срок службы может отличаться на целых двадцать лет.

Также тантал применяется:

  • в авиации для изготовления жаропрочных деталей;
  • в химии в составе антикоррозийных сплавов;
  • в ядерной энергетике, поскольку он крайне устойчив к парам цезия;
  • медицине для изготовления имплантатов и протезов;
  • в вычислительной технике для производства сверхпроводников;
  • в военном деле для разного рода снарядов;
  • в ювелирном деле, поскольку при окислении он может приобретать различные оттенки.

Этот металл считается биогенным, значит, способен положительно влиять на живые организмы. К примеру, количество хрома регулирует уровень холестерина. Если хрома в организме меньше шести миллиграммов, то это приводит к резкому увеличению холестерина в крови. Получить ионы хрома можно, к примеру, из перловки, утятины, печёнки или свёклы.
Хром тугоплавок, не реагирует на влагу и не окисляется (только при нагревании выше 600°С).


Металл активно используют для создания хромированных покрытий, зубных коронок

Этот долговечный металл ранее назывался глюцинием, потому что люди отметили его сладковатый вкус. Кроме того, у этого вещества еще много удивительных свойств. Он неохотно вступает в химические реакции. Чрезвычайно прочен: опытным путем установлено, что бериллиевая проволока толщиной в миллиметр способна удержать на весу взрослого человека. Для сравнения, алюминиевая проволока выдерживает лишь двенадцать килограммов.

Бериллий очень ядовит. При попадании в организм он способен заменять магний в костях, это состояние носит название бериллиоз. Он сопровождается сухим кашлем и отечностью легких, может привести к смерти. Ядовитость, пожалуй, единственный существенный недостаток бериллия для человека. В остальном же у него масса плюсов и масса способов применения: тяжелая промышленность, ядерное топливо, авиация и космонавтика, металлургия, медицина.


Бериллий очень легок, в сравнении с некоторыми щелочными металлами

Этот прочный металл еще более дорогой, чем иридий (а уступает лишь калифорнию). Однако применяется он в таких областях, где важнее результат, чем затраты на него: для производства медицинского оборудования в самые лучшие мировые клиники. Кроме того, может использоваться для изготовления электрических контактов, деталей измерительной техники и дорогих часов вроде "Ролекс", электронных микроскопов, военных боеголовок. Благодаря осмию они становятся прочнее и выдерживают более высокие температуры, вплоть до экстремальных.

Осмий не встречается в природе самостоятельно, только в паре с родием, так что после добычи предстоит задача разделить их атомы. Реже встречается осмий в "комплекте" с платиной, медью и некоторыми другими рудами.


В год на планете вырабатывается лишь несколько десятков килограммов вещества

Этот металл обладает очень прочной структурой. Сам он беловатого цвета, а при измельчении в порошок становится черным. Металл очень редок и добывается в совокупности с другими рудами и минералами. Концентрация рения в природе ничтожно мала.

Из-за невероятной дороговизны вещество используются лишь в случаях крайней необходимости. Ранее его сплавы благодаря своей жаростойкости использовались в авиации и ракетостроении, в том числе для оснащения сверхзвуковых истребителей. Именно эта сфера и была основным пунктом мирового потребления рения, сделав его материалом военно-стратегического назначения.

Из рения делают нити накаливания и пружины для измерительных приборов, самоочищающиеся контакты и специальные катализаторы, необходимые для получения бензина. Именно это в последние годы повысило спрос на рений в разы. Мировой рынок готов буквально сражаться за этот редкий металл.


Во всем мире есть лишь одно его полноценное месторождение, и находится оно в России, второе, гораздо меньше, - в Финляндии

Ученые изобрели новое вещество, которое по своим свойствам может стать прочнее известных металлов. Его назвали «Ликвид-металл». Эксперименты с ним начались совсем недавно, но он уже зарекомендовал себя. Вполне возможно, в скором времени «Ликвид-металл» потеснит так хорошо известные нам металлы.

Какой металл считается самым прочным. Нержавеющая сталь, керамика или титан

Титан или сталь?

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

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

Масса клапана .

Титановый клапан кроссового мотоцикла (14 грамм)

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

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

Износостойкость.

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


Разработанное в нашей мастерской многослойное защитное покрытие тарелки титанового клапана

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

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

Теплопроводность, коэффициент расширения и тепловой зазор

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



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

Стоимость клапана и ремонта

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

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

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

Ресурс

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

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

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

Стальные клапана имеет смысл менять на титановые в случаях если:

Двигатель регулярно эксплуатируется на повышенных оборотах

Планируется модернизация двигателя с целью увеличения мощности

Производится регулярное качественное обслуживание техники

Происходит смена назначения техники (из эндуро в кросс, например)

Титановые клапана имеет смысл менять на стальные если:

Двигатель не эксплуатируется на повышенных оборотах

Сложности с обслуживанием (проведение самостоятельного обслуживания и ремонта)

Нет возможности обрабатывать седла (есть возможность притереть клапана)

Титановый аналог слишком дорогой

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

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

Изготовление доспехов начинается не с того момента, когда мастер начнет выгибать пластины или клепать кольца, а с выбора металла. Если быть точными - с его производства. Ни в старину, когда кузнецы только учились производить доспехи, так интересующие нас сегодня, ни теперь без стали не обойтись. На современном рынке распространено несколько вариантов, которые мы и рассмотрим.

Итак, допустим, у нас нет кричного железа, настоящего горна и возможности выплавить металл из руды самостоятельно. В такой ситуации находятся, скажем без преувеличения, все. И, хотя все решают эту проблему по-своему, выбор материалов у них не так уж велик.

Эти материалы довольно легко перечислить - чем мы и займемся. Сталь Ст3 - самое типичное и простое, из чего можно сделать свой комплекc. Она отличается от стали, которая была в распоряжении кузнецов в старину, хотя бы тем, что эта сталь - заводская, и ее состав, конечно, стандартен, где бы вы ни закупались. Это обычно листы толщиной около миллиметра. Если сталь толще, то доспехи будут слишком тяжелы, если тоньше - недостаточно прочны. Современная сталь прочнее средневековой, ее можно довольно легко выбивать, придавать любую форму, и в результате получаются хорошие доспехи - конечно, если материал окажется в руках опытного мастера. Эта сталь по качеству выше, чем была в распоряжении мастеров когда-то, но в целом она вполне подходит для создания доспехов. Она более прочная, по-другому обрабатывается, однако это самый близкий к аутентичному материал из легко доступных на рынке.

Средний вес комплекта доспехов из стали Ст3 составляет 20-25 килограммов, иногда может доходить до 30. Конечно, легко двигаться в них можно только при наличии навыка, но любой, кто тренировался более-менее регулярно, знает, как этот навык достигается. Кроме стали этой распространенной марки, существуют и другие варианты. Например, в Средневековье был совершенно неизвестен титан, однако современные реконструкторы доспехи из него делают, и довольно успешно. Разумеется, речь идет не о титане в чистом виде, а о сложном сплаве с титаном. Титановый сплав более углеродист, чем сталь, он прочнее и легче, не мнется от ударов и проще обрабатывается, поэтому доспехи из него можно изготовить быстрее. Прочность сплава такова, что из него можно делать пластины толщиной менее миллиметра - примерно 0,8. Меньшая толщина влечет за собой существенно меньший вес, который боец понесет на своих плечах, когда выйдет на ристалище. Так, «титановый» комплекc в среднем весит около 15 килограммов, а самый тяжелый - до 20, нижнего предела для обычного доспеха. Например, латные рукавицы за счет использования этого сплава теряют около 30 процентов своего обычного веса, корпусная защита одной и той же модели вместо 20 может весить 12 килограммов.

Наконец, зачастую доспехи создаются из нержавеющей стали - сплава, который не поддается коррозии. В целом характеристики такого доспеха будут такими же, как у доспехов из СТ3, однако владелец избавлен от необходимости постоянно чистить заржавевший от росы или дождя доспех. Таким образом, «нержавеющие» доспехи проще в уходе, но вот их историчность некоторыми ставится под сомнение из-за того, что настоящий аутентичный доспех просто обязан ржаветь. Современные правила не запрещают использование нержавеющих сталей при изготовлении комплектов защитного снаряжения, но правильность их использования с точки зрения исторической реконструкции средневековья остается спорным вопросом.

От выбора кухонного ножа зависит не только удобство в приготовлении пищи, но и сохранение витаминов. Например, пилообразный нож хорош для хлеба, с помощью него можно порезать, не повреждая мякиш.

Для того чтобы кусок металла стал ножом, вначале его нужно деформировать, после этого заготовку отправляют в печь. После ковки и термообработки задаются геометрические параметры будущего ножа, то есть формируется сам клинок, затем делается рукоять.

Готов ли нож стать полезным помощником на кухне зависит от многих факторов, главное геометрий клинка и толщина его режущей кромки – чем она тоньше, тем лучше. Для того чтобы проверить геометрические параметры кухонного ножа вам нужно взять основание обуха и двумя пальцами, скользящим движением провести в сторону режущей кромки, если при этом вы не почувствовали какой то разницы, то нож сделан качественно.

Основной параметр при выборе ножа – толщина режущей кромки.

Соприкасаясь с водой и продуктами нержавейка окисляется. Именно поэтому продукты имеют порой металлический привкус.

Нержавеющая сталь не столь безупречно противостоит коррозии, как считают многие. Крошечные очаги со временем покрывают поверхность ножа и проникают внутрь стали.

А вот керамические ножи устойчивы к химическому воздействию и биологически инертны, что очень важно при разделке зелени или овощей. Но у такого ножа есть значительный минус – при резке замороженного мяса может возникнуть скол на режущей кромке ножа.

Титановые ножи также обладают полной пищевой нейтральностью, но кроме этого они не портятся при резке твердых продуктов. При правильном использовании такие ножи остаются острыми в течении нескольких лет.

В каждом овоще и фрукте содержаться специальные ферменты специфические для каждого витамина. Пока они находятся в целом плоде, процесс окисления не происходит, но как только мы начинаем нарезать, например, яблоко, то выпускаем клеточный сок наружу и тут же эти ферменты начинают свой разрушительный процесс. Чтобы максимально сохранить содержащиеся в продуктах витамины, нарезайте их крупными кусками.

Все ножи, которые подвержены коррозии, также инициируют вышеизложенный процесс. Если разделить ножи по степени полезности, то первое место займет керамический нож, второе титановый и третье нержавеющий. Ну а если учитывать все потребительские свойства ножей, в частности их механическую прочность, то на первое место выйдет титановый , но он значительно дороже.

Информация оказалась для вас полезной и интересной? Поделитесь ссылкой на сайт http://сайт с друзьями на своем блоге, сайте или форуме где общаетесь.Спасибо.

С детских лет мы знаем, что самый прочный металл - это сталь. Все железное у нас ассоциируется ней.

Железный человек, железная леди, стальной характер. Произнося эти фразы, мы подразумеваем невероятную прочность, силу, твердость.

Продолжительное время в производстве и вооружении основным материалом была сталь. Но сталь - не металл. Если точнее, то не совсем чистый металл. Это с углеродом, в котором присутствуют и другие металлические добавки. Применяя добавки, т.е. изменяют ее свойства. После этого она подвергается обработке. Сталеварение - это целая наука.

Самый прочный металл получается при введении в сталь соответствующих лигатур. Это может быть хром, который придает и жаростойкость, никель, делающий сталь твердой и эластичной и т.д.

По некоторым позициям сталь начал вытеснять алюминий. Время шло, росли скорости. Не выдерживал и алюминий. Пришлось обратиться к титану.

Да-да, ведь титан - самый прочный металл. Для придания стали высоких прочностных характеристик в нее начали добавлять титан.

Его открыли в XVIII веке. Из-за хрупкости его применить было невозможно. Со временем, получив чистый титан, инженеры и конструкторы заинтересовались его высокой удельной прочностью, малой плотностью, стойкостью к коррозии и высоким температурам. Его физическая крепость превосходит прочность железа в несколько раз.

Инженеры стали добавлять титан в сталь. Получился самый прочный металл, который нашел применение в среде сверхвысоких температур. На то время их не выдерживал ни один другой сплав.

Если представить самолет, который летит в три раза быстрее, чем можно представить, как разогревается обшивочный металл. Листовой металл обшивки самолета в таких условиях разогревается до +3000С.

Сегодня титан применяют неограниченно во всех сферах производства. Это медицина, авиастроение, производство кораблей.

Со всей очевидностью можно сказать, что в скором будущем титану придется подвинуться.

Учеными из США, в лабораториях Техасского университета в городе Остин, открыт самого тонкого и самого прочного материала на Земле. Назвали его - графен.

Вообразите себе пластину, толщина которой равна толщине одного атома. Но такая пластина прочнее алмаза и в сто раз лучше пропускает электрический ток, чем компьютерные чипы из кремния.

Графен - материал с поражающими свойствами. Он скоро покинет лаборатории и по праву займет свое место среди самых прочных материалов Вселенной.

Даже невозможно себе представить, что нескольких граммов графена будет достаточно, чтобы покрыть поле для игры в футбол. Вот это металл. Трубы из такого материала можно будет укладывать вручную без применения подъемно-транспортных механизмов.

Графен, как и алмаз - это чистейший углерод. Его гибкость поражает. Такой материал легко сгибается, прекрасно складывается и отлично сворачивается в рулон.

К нему уже начали присматриваться производители сенсорных экранов, солнечных батарей, сотовых телефонов, и, наконец, суперскоростных компьютерных чипов.

Сегодня часы выполняют роль незаменимого аксессуара каждого современного человека, с помощью которого можно выгодно подчеркнуть свой высокий статус, а также выделиться из серой массы. Поэтому весьма важно подходить к выбору наилучшего варианта. Особой популярностью характеризуются часы из титана и стали через отличные эксплуатационные характеристики.

Стальные часы

Часы из нержавеющей стали – наиболее распространенные. Массовое и сравнительно недорогое производство этого материала позволяет предлагать часы в широком ценовом диапазоне. Инертность стали защищает корпус и детали механизма часов от окисления и «старения». Сталь отличается повышенной вязкостью, которая дает устойчивость к внешним повреждениям: при ударе стальные часы не раскалываются и не трескаются. Формул стальных сплавов довольно много, лучшая в плане прочности сталь, используемая для изготовления корпуса часов, – низкоуглеродистая 316L.

Преимущества:

  • ударопрочность;
  • неприхотливость в эксплуатации;
  • соотношение качества и цены;
  • устойчивость к износу;
  • при появлении царапин возможность легко восстановить внешний вид при помощи полировки.

Недостатки:

Титановые часы

Титан в часовом производстве

Трудоемкость процесса добычи, переработки титановой руды. Дороговизна производства черновых заготовок – технология предполагает плавление титана при высоких температурах и литье в вакууме. Сложности механической обработки изделия, ввиду высокой прочности титана. Все это существенно сказывается на стоимости конечного изделия, и до конца 20-го века считалось не рентабельным использование титана в изготовлении часов.

Но как случалось не раз «ход делу» задали военные. В конце 80-хпрошлого века, для войск немецкого бундесвера, фирмой IWC были выпущены часы в титановом корпусе – Ocean Bund.

Данные модели и сейчас пользуются широким спросом у коллекционеров, особенно вариант «Водолаз – сапер» (нем. Minentaucher). Разрабатывались они для подводных минеров, поэтому наряду с требованиями по точности, противоударности, водозащите, предполагалось, что часы должны быть легкими,стойкими к морской воде, не восприимчивыми к воздествию магнитных полей. Этим требованиям идеально соответствовал титан. Стоит отметить, еще в 1978 благодаря марке IWC появились титановые часы Porsche Design Compass Watch созданные совместно с внуком знаменитого Порше – дизайнером Фердинандом Александром. С 1982 начали

выпускаться первые серийные титановые часы Ocean 2000 от IWC. Предназначались дайверам, имели водозащиту 2000 метров и так же разрабатывались совместно с Порше.

Впоследствии, титан уверенно закрепился как один из материалов для изготовления корпусов и браслетов часов, и стал использоваться многими производителями. В часпроме титан пользуется популярностью еще и потому, что абсолютно не вызывает аллергии.

Вследствие низкой теплопроводности (в 13 раз ниже теплопроводности аллюминия) титановые часы теплые и не вызывают у владельца дискомфорта даже в холодное время года. Из титановых сплавов сначала делали только некоторые детали часового механизма, позже – браслеты и корпус. Такие сплавы отличаются абсолютной инертностью, т.е. они не взаимодействуют с другими веществами, не ржавеют и не меняют цвет. Более того, титановые сплавы не реагируют на магнитное воздействие, что обеспечивает более точный ход, необходимый для профессиональных хронографов. Также титан считается самым безопасным металлом, сплавы с ним в отличие от нержавеющей стали не вызывают аллергических реакций.

Преимущества:

  • в сплавах титан в 5 раз прочнее стали;
  • выдерживает давление в 1000 Мпа;
  • малый вес;
  • 100% устойчивость к коррозии;
  • на титане менее заметны царапины, хотя появляются они легче, чем на стали;
  • гипоаллергенность;
  • более точный ход.

Недостатки:

  • пластичность;
  • высокая стоимость;
  • опасность «срастания» крышки с корпусом из-за склонности к диффузии, то есть крышку необходимо периодически открывать;
  • сложный уход.

Титановые соединения и часы

Рассматривая титан в производстве часов, стоит упомянуть и о соединениях — карбид и нитрид титана.

Карбид титана используется в качестве напыления часов. Данное покрытие имеет благородный черный цвет и достаточно устойчиво к истиранию. Напыление нитридом по цвету схоже с золотом. Может использоваться самостоятельно, и в качестве промежуточного слоя между основой корпуса и наносимой на него позолотой. Это удешевляет производство, ввиду того, что подобное покрытие дешевле золота. При истирании же верхнего слоя, изъян на корпусе менее заметен. Если н.титана наносится на корпус из латуни (металл относительно мягкий) — это дополнительно делает покрытие более износостойким.

Сравнение материалов

Титановые часы являются незаменимым устройством для всех любителей активного образа жизни, так как их технические характеристики позволяют использовать их в самых неблагоприятных средах. Их основным качеством можно назвать исключительную прочность. Титановый сплав по своей структуре достаточно пластичен, что позволяет не бояться чрезмерных повреждений связанных с сильными ударами корпуса о твердую поверхность.

Титан в отличие от стали изначально обладает гипоаллергенными свойствами и не требует, каких либо мер по предотвращению соприкосновения поверхности часов с кожей.

Еще одно свойство титана – низкая теплопроводность. На практике это означает, что, нагревшись от руки со временем, наручные титановые часы будут сохранять комфортную для человека температуру. И это несмотря на любые перепады температуры на улице. Можно купить титановые часы и не беспокоиться за свои ощущения ни летом, ни зимой во время путешествий по самым экзотическим местам. Они не подведут.

Ну и, наконец, еще одно немаловажное свойство титановых часов – легкость. Титановые часы зачастую выглядят практически как стальные. Но при этом их вес отличается на порядок. При длительном использовании это может оказаться важным и очень удобным качеством.

Стоит ли переплачивать за титан? Плюсы титана – он легче стали, не обладает аллергическим действием и, действительно, на нем менее заметны царапины (за исключением полированных поверхностей). А решение принимать Вам! 😀

Граф

Сейчас ищу часы. Иногда встречаются модели с одинаковыми механизмами и дизайном, но одна – в стали, а другая – титановая. Последняя обычно процентов на 20 дороже. Я вот и думаю, стоит ли переплачивать за титан? Обычный титан легко царапается (легче чем обычная сталь). Поэтому для титана часто применяют всяческие хитрые покрытия, которые, однако, со временем могут вполне стереться. В целом, по ощущениям, когда я держу в руке часы из титана, то впечатление такое, что часы сделаны из пластмассы.

Аноним

глядя на свои стальные часы довольно сложно будет выдавить из себя, что сталь царапается меньше всего — в смысле это сложно назвать словом меньше… точнее сказать все остальное царапается еще больше.

И титановые и стальные часы, которые прошли через мои руки, царапались примерно одинаково, то для себя давно уже решил – никаких полированных до блеска поверхностей в часах на каждый день и для отдыха. только матовые. На самом деле «матовость» (по крайней мере, стандартная) царапается даже лучше, чем

«полированность». Кстати, на некоторых ножах делают покрытие stonewash, специально «царапая» их таким образом, что потом другие царапины не особо и заметны.

Мария

Примерно одну ценовую нишу со стальными часами занимают часы с корпусами из титана. Этот металл назван «крылатым», т. к. он активно применяется в авиации и ракетостроении благодаря малому весу и высокой прочности. Сам титан достаточно хрупок, и для изготовления часов используют сплавы титана, которые более пластичны. Титан, как и сталь, не требует покрытий, он гипоаллергенен, не вызывает кожных заболеваний. Часы из титана имеют два преимущества перед стальными: они очень легкие и как бы «теплые» на ощупь. Последнее ощущение возникает из-за того, что титан обладает низкой теплопроводностью. Большинство часов из титана имеют специфический матовый серый цвет, но некоторые производители делают корпуса из полированного титана, и тогда получается интересное сочетание: часы внешне выглядят как стальные, но почти ничего не весят. Едва ли не единственный недостаток часов из титана в том, что на них легко появляются небольшие поверхностные царапины. Помимо малого веса и низкой теплопроводности титан обладает и еще одним интересным свойством: если сжать между собой два куска титана, то они могут «свариться». Поэтому часы с титановым корпусом и титановой задней крышкой необходимо иногда открывать, иначе крышка может «прирасти» к корпусу.

Выводы

Стальные часы

Особой популярностью и востребованностью пользуются стальные часы через доступную цену. Это можно объяснить низкой себестоимостью материала, а также оборудование для производства часов. Поэтому на рынке представлен широкий ассортимент различных вариантов стальных часов, что относятся к бюджетному варианту.

Среди преимуществ стальных часов можно выделить:

  • Устойчивость к механическому воздействию.
  • Простота и легкость при эксплуатации.
  • Низкая цена соответствует хорошему качеству часов.
  • Длительный эксплуатационный срок.
  • Способом полировки можно легко восстановить мелкие недостатки на металлическом корпусе.

Кроме преимуществ стальные часы также имеют недостатки, среди которых можно выделить:

  • Большой вес.
  • Бюджетный вариант часов, что не способен подчеркнуть высокий статус в обществе.

Титановые часы

Во многих промышленных сферах используют титан через свои отличные эксплуатационные характеристики. Сегодня также с этого прочного и надежного материала изготавливают мужские наручные часы.

Среди преимуществ титановых часов можно выделить:

  • В первую очередь стоит выделить обеспечения точного хода часов через уникальную способность титана реагировать на магнитное поле.
  • Кроме того, титан считается экологически чистым и безопасным для организма человека. Материал не вызывает аллергических реакций и других раздражений на коже.
  • Также стоит выделить невероятную прочность титана. Это позволяет создавать ударопрочные часы, что не боятся механического воздействия.
  • Кроме того, титан также выдерживает высокое давление и характеризуется малым весом по сравнению со сталью.
  • Также титан характеризуется отличной устойчивостью к негативному воздействию факторов внешней среды. Иными словами корпус таких часов не боится влаги. Высокая цена титановых часов и потребность в особом уходе является главным недостатком титановых часов.

сталь металл железо - сталелитейный завод

Сталь металл железо


Опубликовано 27 апреля 2018 г. автором admin



Сталь металл железо
В повседневной жизни Лондона много металлических предметов. Хотя они действительно металлические? Одни будут утверждать, что некоторые предметы сделаны из железа, другие будут утверждать, что те же самые предметы сделаны из стали.

Каковы фактические различия?

Металл
Название «металлы» охватывает ряд элементов из нескольких порядков периодической таблицы.Важнейшей особенностью металлов является их низкая электроотрицательность.

Это предотвращает плотное связывание электронов с ядром и, таким образом, легко образует положительно заряженные ионы (атомы или молекулы с меньшим или большим количеством атомов), из которых образуется соль. Металлы можно идентифицировать по их блеску, высокой пластичности, пластичности, высокой температуре плавления и способности проводить тепло и электричество.

Обычные металлы включают железо, свинец, алюминий, медь, серебро и золото.

Железо , таким образом, является типом металла Природное железо имеет шероховатую поверхность и серый цвет. Подобно никелю и кобальту, железо является ферромагнитным металлом. Проще говоря: это означает, что вокруг объекта, сделанного из ферромагнитного материала, такого как железо, создается постоянное магнитное поле. Земная кора состоит примерно из 5% железа. Чистое железо производится из железных руд, изолированных путем восстановления углеродом при высокой температуре. Железные рудники находятся практически во всех частях мира, но самые крупные районы добычи находятся в Китае, Бразилии, Австралии, России и Индии.В сумме эти районы обеспечивают около 70% мирового производства. Кроме того, железо содержится в продуктах питания. Например: в мясе, рыбе, крупах, фасоли и бобовых. Человеческому организму требуется железо, хотя в больших количествах оно ядовито и может вызвать проблемы со здоровьем.

Сплав
Сплав представляет собой твердую смесь металла и одного или нескольких других элементов. В абсолютном выражении сплав представляет собой твердый раствор твердых веществ в другом металле. Многие металлы в жидком состоянии могут соединяться с другими.В металлургии различают сплавы для пластической обработки (это сплав, который принимает свою окончательную форму с помощью метода превращения) и литейные сплавы (сплав, в котором после заливки расплавленного металла в подходящую форму он сразу принимает свою форму). окончательный вид).

Существует также различие между сплавами внедрения (где элементы сплава находятся в полостях кристалла) и вторичными сплавами (где элементы сплава заменяют атомы основного металла в кристаллической структуре).Примерами сплавов являются латунь (медь и цинк) и нержавеющая сталь (например, сочетание железа и хрома). Возможно, вы когда-нибудь задумывались, почему многие продукты на самом деле сделаны из сплава. Ответ прост: чистые металлы не обладают нужными свойствами. Потому что что вы выберете: нож из чистого железа, который быстро заржавеет, или нож из нержавеющей стали?

Прочитайте полную статью Виктора Бреннтиса на http://plazilla.com/page/4295028609/metaal-ijzer-staal-wat-zijn-de-verschillen
Этот пост также доступен на голландском (Nederlands)


.Сталь

- что это? кто придумал как он был создан?

Сталь — самый важный инженерный и строительный материал в мире. Используется во всех аспектах нашей жизни, таких как автомобили, строительные изделия, холодильники, грузовые суда и хирургические скальпели. Его можно многократно перерабатывать без потери свойств. См. также

История стали

Древние люди, кажется, использовали железо еще в 4000 г. до н.э. для производства различных инструментов, оружия и других предметов.По-видимому, они получали железо из метеоритов. В составе этих самых ранних железных артефактов было больше никеля, чем в самородных железных рудах на Земле, что соответствует составу метеоритов. На самом деле слово «железо» происходит от древнего термина, означающего «металл с небес». Интересно, что когда адмирал Роберт Пири посетил Гренландию в 1890 году, он обнаружил, что эскимосы много лет изготавливали железные инструменты из 30-тонного железного метеорита, упавшего туда веками ранее.

Хотя точно неизвестно, когда люди научились извлекать железо из руды, в 1200 году мы смешивали железную руду с горящими дровами или древесным углем.Мы превратили его в горячую массу, из которой можно было «выковывать» черные металлы многократным ковком. Положить железо обратно в горящий уголь казалось трудным и вдохновляющим. Железо захватило древесный уголь из древесного угля, особенно на его поверхности, превратив его в твердый материал, который стал известен как сталь.

В первом тысячелетии до н. э. в Индии высококачественный стальной продукт производился в районе недалеко от Хайдарабада. Известный своей прочностью и волнистой узорчатой ​​поверхностью, он был особенно востребован для изготовления лезвий мечей.Некоторые считают, что руда, найденная в этом районе, просто имела соответствующие примеси, придающие стали особые свойства. Горячее железо ковали и собирали много раз, чтобы получить очень качественный металл, который прославился на весь древний мир. Его особенно разыскивали европейцы, которые называли их «вуц» живущими в Испании маврами. Кто использовал его для изготовления толедских клинков, а также арабы, которые использовали его в своих знаменитых мечах из Дамаска.

Что такое сталь?

Сталь

представляет собой сплав железа и углерода, содержащий менее 2% углерода и 1% марганца с небольшими количествами кремния, фосфора, серы и кислорода. Сталь является самым важным инженерным и строительным материалом в мире. Он используется во всех аспектах нашей жизни; в автомобилях и строительных изделиях, холодильниках и стиральных машинах, грузовых кораблях и хирургических скальпелях.

Как делают сталь?

Сталь производится двумя основными способами: в кислородной доменной печи (BF-BOF) и в электродуговой печи (EAF).Существуют также вариации и комбинации производственных маршрутов.

Основное различие между маршрутами заключается в типе используемых ресурсов. Для маршрута BF-BOF это в основном железная руда, уголь и переработанная сталь, в то время как маршрут EAF производит сталь, используя в основном переработанную сталь и электроэнергию. В зависимости от конфигурации завода и наличия переработанной стали, на следе ЭДП также могут использоваться другие источники металлического железа, такие как железо прямого восстановления (DRI) или чугун.

Около 75% стали производится по технологии BF-BOF. Во-первых, железные руды восстанавливаются до железа, также называемого чугуном или чугуном. Затем железо превращается в сталь в кислородном конвертере. После разливки и прокатки сталь поставляется в виде рулонов, листов, профилей или прутков.

Сталь, производимая в ЭДП, использует электричество для плавки вторичной стали. Добавки, такие как сплавы, используются для адаптации к желаемому химическому составу.Электричество может быть дополнено кислородом, впрыскиваемым в ЭДП. Последующие технологические этапы, такие как литье, повторный нагрев и прокатка, аналогичны этапам в доменно-конвертерном цикле. Около 25% стали производится по маршруту ЭДП.

На долю другой технологии производства стали, мартеновской печи (МПП), приходится примерно 0,4% мирового производства стали. Процесс МОГ очень энергоемкий и снижается из-за неблагоприятных экологических и экономических условий.

Мы оставляем большинство стальных изделий в эксплуатации на десятилетия, прежде чем отправить их на переработку.Следовательно, переработанной стали недостаточно для удовлетворения растущего спроса с использованием только метода производства стали в ЭДП. Спрос удовлетворяется за счет комбинированного использования методов производства BF-BOF и EAF.

Все эти методы производства могут использовать переработанный стальной лом в качестве сырья. Большая часть новой стали содержит переработанную сталь.

Типы стали

Сталь – это не единичный продукт. Существует более 3500 различных марок стали с различными физическими, химическими и экологическими свойствами.Около 75% современных сталей было разработано за последние 20 лет. Если бы мы реконструировали Эйфелеву башню сегодня, инженерам потребовалась бы только 1/3 первоначально использованной стали. Мы производим современные автомобили из новых сталей, которые стали прочнее, но на 35% легче, чем раньше.

Какая страна производит больше всего стали?

Тремя крупнейшими производителями стали в мире являются Китай, США и Япония, именно в таком порядке. Соединенные Штаты и Япония производят около 100 миллионов тонн (90 миллионов метрических тонн) стали в год, а в Китае в 2000 году было произведено около 140 миллионов тонн (127 миллионов метрических тонн).Чугун и сталь составляют около 90 процентов всех металлов, производимых в мире. Крупнейшей сталелитейной компанией в США является United States Steel, которая производит около 20 процентов стали в стране.

Сколько стали производится в год?

Мировое производство нерафинированной стали достигло 1 808,6 млн тонн (Мт) в 2018 году.

Что такое интеллектуальное производство?

Умное производство выходит за рамки умного завода. Это существенное изменение в том, как мы получаем сырье, производим и продаем нашу продукцию за счет интеграции горизонтальной и вертикальной цепочки поставок.Это концепция, в которой мы глубоко ориентированы на клиента.

Это изменение не является одноэтапным процессом, поскольку существуют очевидные проблемы доверия и безопасности данных, которые необходимо преодолеть между различными участниками цепочки поставок. Есть много примеров первопроходцев в сталелитейной промышленности; особенно в вертикальной интеграции внутри бизнес-сегментов, в которых строятся компоненты умных фабрик.

Является ли сталь долговечной и экологически чистой?

Сталь

очень экологична.Он полностью пригоден для вторичной переработки, имеет длительный срок службы и, по сравнению с другими материалами, требует относительно мало энергии для производства. Инновационная легкая стальная конструкция (например, в автомобилях и рельсовых транспортных средствах) помогает экономить энергию и ресурсы. Сталелитейная промышленность в последние десятилетия приложила огромные усилия для снижения загрязнения окружающей среды. Сегодня для производства одной тонны стали требуется всего 40 % энергии, которая производилась в 1960 году. Они еще больше сократили выбросы пыли.

Пригодна ли сталь для повторного использования?

Да, очень просто. Уникальные магнитные свойства стали позволяют легко извлекать ее из потока отходов для вторичной переработки. Свойства стали остаются неизменными независимо от того, сколько раз сталь перерабатывается. Только переработанная сталь может использоваться для производства стали методом электродуговой печи (ЭДП). До 30% переработанной стали может быть использовано в маршруте доменная печь-конвертер с первичным кислородом (BF-BOF).

Почему сталь ржавеет?

Многие элементы и материалы вступают в химические реакции с другими элементами. При контакте стали с водой и кислородом происходит химическая реакция, и сталь начинает возвращаться в свою первоначальную форму – оксид железа. В большинстве современных сталей эта проблема может быть легко решена путем нанесения покрытия. На сталь можно наносить самые разные материалы покрытия. Краска используется для покрытия автомобилей, а эмаль используется в холодильниках и другой бытовой технике.В других случаях в нержавеющую сталь добавляют такие элементы, как никель и хром, которые помогают предотвратить ржавчину.

.

Основные отличия алюминия от нержавеющей стали

Алюминий и нержавеющая сталь могут выглядеть очень похоже, но имеют некоторые принципиальные отличия. Оба пластика широко используются: нержавеющую сталь можно найти во всем: от столовых приборов и бытовой техники до инфраструктурных проектов. Благодаря малому весу алюминий широко используется, в том числе, в производстве оконных и дверных столярных изделий, самолетов, велосипедов и автомобилей. Взгляд на основные различия между ними должен помочь вам определить, какой металл подходит именно вам.

Алюминий или нержавеющая сталь – что тяжелее?

Нержавеющая сталь намного тяжелее алюминия. Оказывает ли это непосредственное влияние на прочность и долговечность металла? Давайте проверим.

Отношение прочности к весу

Алюминий весит примерно одну треть веса нержавеющей стали, поэтому он используется в аэрокосмической и велосипедной промышленности. Алюминиевая нержавеющая сталь также легко находит применение в автомобильной промышленности, где она широко используется.Оказывается, хотя нержавеющая сталь прочнее, соотношение прочности и веса у алюминия намного лучше. Поэтому, если у нас есть алюминий или нержавеющая сталь, при покупке смарт-часов, Apple Watch мы должны выбрать алюминиевые или стальные оправы или перила, мы рекомендуем алюминий.

Что дороже - алюминий или нержавеющая сталь?

Цена за килограмм алюминия и нержавеющей стали аналогична. Однако, принимая во внимание, что алюминий намного легче, он также становится намного более экономичным.

Коррозия алюминия и нержавеющей стали

Алюминий обладает очень высокой устойчивостью к коррозии и не ржавеет при соблюдении соответствующих мер. Проверьте , чтобы предотвратить коррозию алюминия . Тем не менее, нержавеющая сталь имеет небольшое преимущество в этой области. Он непористый и содержит добавку хрома, которая обеспечивает защитный слой и повышает и без того высокую коррозионную стойкость.

Электричество и теплопроводность

В столкновении между алюминием и нержавеющей сталью алюминий оказывается гораздо лучшим проводником электричества и тепла, т.е.значение, сталкиваясь с необходимостью приобретения стальных или алюминиевых радиаторов. Выбор алюминия или нержавеющей стали также будет непростым при покупке кофейника, сковороды или кастрюли. Хотя алюминий является отличным проводником тепла, нержавеющая сталь отлично противостоит высоким температурам.

Гибкость

Алюминий относительно мягкий, гибкий, его легче резать, растягивать и обрабатывать. Мы можем согнуть алюминий, не сломав его, намного легче, чем нержавеющую сталь, которая имеет гораздо более слабые параметры и формующие свойства.

Добавлен: 11.05 алюминий нержавеющая сталь алюминий или нержавеющая сталь

ПОДЕЛИТЬСЯ .

Общая информация о металлах, наиболее часто используемых для изготовления ювелирных изделий

ПЛАТИНА Химический символ Pt; плотность 21,45 г/см 3 ; температура плавления 1773,5 o C, температура кипения 4127 o C.
Платина - металл белого цвета с голубым оттенком. Он тверже серебра (4-5 баллов по шкале Мооса) и обладает значительной пластичностью. Он кристаллизуется в обычном порядке. При загрязнении даже небольшими количествами свинца, цинка, мышьяка или кремния он становится хрупким и ломким.Не растворяется в кислотах, растворяется горячей царской водкой. Он не меняется на воздухе и сохраняет свой блеск даже после отжига.
В ювелирном деле обычно используется сплав 95% платины и 5% меди. Для заполнения алмазов используются платиновые сплавы с содержанием платины 15-30%. Фальшивомонетчики снижают стоимость платины, добавляя палладий. Платина техническая содержит (включая платиновые металлы, преимущественно иридий) 99,5 - 99,8% платины; химически чистая платина содержит 99,9% платины; Физически чистая платина содержит 99,99% платины.
В отличие от золота и серебра (известных человечеству с незапамятных времен), платина была открыта сравнительно недавно, в 1735 году, и изначально недооценивалась (о чем свидетельствует название, происходящее от испанского «plata» — серебро, «платина» - серебро). Платина встречается в первичных или вторичных месторождениях. Применяется в химической и электротехнической промышленности, а также в медицине (в том числе в стоматологии).

ТИТАН (Ti) Химический символ Ti; плотность 4,5 г/см 3 ; температура плавления 1669 о С, температура кипения 3500 о С.
Титан — белый серебристый металл с красивым металлическим блеском. Матовый металлик имеет серебристый цвет и напоминает белое золото, а полированный — с оттенком темного графита. Титан характеризуется высокой прочностью (тверд и устойчив к сильным химическим веществам, даже царской воде, не подвергается коррозии), хорошей пластичностью и малой плотностью (он в 4 раза легче золота). Он совершенно нейтрален в организме человека и не вызывает аллергии (некоторые имплантаты изготовлены из титана).Совокупность этих особенностей означала, что этот металл охотно используется не только в авиации, флоте и торговле и космосе, но и в современных ювелирных изделиях. Он уже много лет используется в мире для производства обручальных колец, различных видов запонок, часов и т. д. Ювелирные изделия из титана легкие и устойчивые к истиранию. Идеально подходит для людей с аллергией на другие металлы.
В природе встречается в виде минералов, таких как: ильмень, рутил, титанит, анатаз и брукит.

ЗОЛОТО Химический символ Au; плотность 19,3 г/см 3 ; температура плавления 1062,4 o C, температура кипения 2600 o C..
В чистом виде золото - металл желтого цвета, очень мягкий (твердость 2,5 по шкале Мооса), вязкий и самый пластичный из всех металлов. Из 1 г золота можно вытянуть проволоку длиной более 2 км или выбить из этого металла пластину толщиной 0,0001 мм, которая просвечивает зеленым цветом. Золото кристаллизуется по регулярной схеме.При прокатке или ковке удельный вес золота увеличивается с 19,3 до 19,6. Золото легко полируется, оно долго сохраняет свой блеск и сияние, поскольку устойчиво к погодным условиям – не меняется под воздействием воздуха, воды и перепадов температуры. Он не подвергается коррозии, поскольку, будучи благородным металлом, образует лишь несколько нестабильных химических соединений. Он устойчив к кислотам (исключение составляет царская водка - смесь соляной и азотной кислот), хлорной воде и раствору цианистого калия в присутствии воздуха.После плавления и отжига не теряет ни цвета, ни блеска. Он хорошо проводит тепло и электричество. Обладает способностью сваривать холодным способом. Золото легко распылять, потому что оно создает микроскопические частицы. Золото используется в ювелирном деле в сплавах с медью, серебром, никелем (чистое золото для ювелиров слишком мягкое).
Золото встречается в природе в самородном состоянии и в соединениях с теллуром (в первичных и вторичных месторождениях). Первичные месторождения представлены в основном кварцитовыми жилами, где чаще всего встречается золото с дисульфидом железа (пирит) и сульфидом мышьяка (арсенопирит).В коренных месторождениях иногда встречается сплав золота и серебра (электрум). Вторичные отложения представляют собой пески и золотосодержащие гравия, которые образовались в результате процессов выветривания и распада первичных отложений. Золото
используется в гальваническом золочении и золочении предметов из недрагоценных металлов, медицине и фотографии.

СЕРЕБРО Химический символ Ag; плотность 10,5 г/см 3 ; т.пл. 960,5°С; температура кипения 2200 o C.
Серебро – белый металл с красивым металлическим блеском.Он кристаллизуется в правильном расположении, с кристаллами, расположенными в удлиненной форме. Серебро очень мягкое (чуть тверже золота), его твердость составляет 2,5-3 балла по шкале Мооса. Его легко полировать, он также очень пластичен и прочен. Хорошо подходит для литья. Это лучший проводник тепла и электричества среди всех металлов.
Серебро легко растворяется в разбавленной азотной кислоте и концентрированной серной кислоте. На воздухе изменяется незначительно, но под действием соединений серы быстро буреет или чернеет (тогда образуется сульфид серебра).
В ювелирном деле серебро в основном используется в сплаве с медью. Также широко используются серебряные припои, т. е. сплавы с медью и цинком или кадмием. Литье серебра также содержит медь. Чистое серебро в жидком состоянии поглощает значительное количество кислорода и при остывании отдает его обратно, что может привести к образованию на поверхности «кратеров» выходящего кислорода. Медь, содержащаяся в серебряном сплаве, притягивает кислород, образуя твердый и хрупкий оксид меди, который трудно удалить с поверхности (так называемый зуд).
При плавлении серебро переходит от красного (ок. 600-850 o C ), через темно- и светло-желтый (ок. 850-1100 o C ) до почти белого цвета расплавленного серебра (выше 1200 o C ) C ).
Серебро редко встречается в природе в самородном виде, чаще всего оно образует соединения с другими элементами (серой, мышьяком, сурьмой), образуя такие минералы, как аргентин, пираргирит, прустит и др. Он также обычно сопровождает свинцовые и медные руды. Серебро – лучший проводник тепла и электричества.Сплавы серебра с палладием или платиной нашли применение в стоматологии. Важное значение имеют также соединения серебра
: азотнокислое серебро, его используют для серебрения зеркал и термосов; бромид серебра используется в фотографии; Цианид серебра используется для гальванического серебрения.

МЕДЬ Химический символ Cu; плотность 8,96 г/см 3 ; т.пл. 1083°С; температура кипения 2310 o C.
Самым важным из неблагородных металлов (с точки зрения ювелира) является медь.Встречается в качестве добавки к сплавам серебра, золота и платины, образует ценные сплавы с другими металлами. В естественном состоянии он часто используется для изготовления моделей и шаблонов.
Этот металл имеет характерный лососево-красный цвет, значительную твердость и прочность, а также он очень ковкий — из меди можно протягивать тонкие провода и ковать тонкие пластины. Закаленная после наклепа, при отжиге при температуре около 550-650 o C снова становится мягкой. Он не пригоден для отливок, так как при охлаждении выделяет большое количество газов, которые делают отливку пористой, а из-за высокой усадки (1,8%) расплавленная медь плохо заполняет формы.
Во влажном воздухе медь подвергается коррозии - она ​​покрывается слоем зеленоватого щелочного карбоната, предохраняющего металл от дальнейшей коррозии. Медь растворяется в азотной кислоте, но на нее не действуют разбавленные соляная и серная кислоты. Нагретая серная кислота растворяет медь, выделяя диоксид серы. В присутствии кислорода медь растворяется в аммиаке в синюю жидкость.
Медь встречается в природе в естественном состоянии и в соединениях. Это гораздо лучший электрический и тепловой проводник, чем сталь, поэтому он идеально подходит для производства кабелей и проводов.

ЛАТУНЬ Латунь представляет собой медно-цинковый сплав. Они легкоплавки и, как и бронзы, пригодны для литья, хотя и менее прочны. В зависимости от процентного содержания отдельных компонентов латунь может быть желтой или красноватой. Олово и свинец иногда являются добавками в эти сплавы. Литейная латунь содержит 55-70% меди, 30-45% цинка и до 3% свинца.
Латунь с содержанием цинка более 18% называется томпак. Томпак часто содержит несколько процентов олова. Используется для производства дешевых украшений (т.н.«американское золото»). Сплавы меди с цинком и оловом также называют бронзами.

КОРИЧНЕВЫЙ Бронзы представляют собой сплавы меди с оловом (чаще всего 10 % олова, 90 % меди). Они особенно полезны для литья, благодаря своей твердости и долговечности, небольшая примесь цинка еще больше увеличивает эту полезность бронзы. При содержании олова более 30% коричневый цвет меняется на белый. На воздухе бронза покрывается зеленым налетом.

НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ Нержавеющая сталь (иначе благородная - сплав железа, углерода и хрома с добавками) ведет себя аналогично драгоценным металлам, превосходя их по твердости и полирующей способности.Он не ржавеет, потому что на его поверхности образуется тонкий слой оксидов хрома, который защищает его от коррозии. Он не намагничивается и не твердеет при охлаждении. Только ковка или прокатка немного упрочняют сталь. Мягкость можно повысить накаливанием и охлаждением в воде или спирте. Работа с нержавеющей сталью требует использования кислородно-водородной горелки.
Нержавеющая сталь, используемая в ювелирном деле (например, для изготовления браслетов, корпусов часов, посуды и т. д.), чаще всего представляет собой хромоникелевую сталь, состоящую из 18-20% хрома, 8-10% никеля, 0,12% углерода и остальных компонентов. железо.
Припои для нержавеющей стали. Нержавеющие стали паяют припоем из белого золота, серебра или латуни. Точечная электросварка также хорошо подходит для производства изделий из нержавеющей стали.

.

Механические свойства стали - что такое класс 8.8???

Болты подразделяются на классы в зависимости от механических свойств сталей, из которых они изготовлены. В зависимости от требуемой прочности на растяжение и требуемого предела текучести в стальных строительных конструкциях применяют 10 классов болтов - 3,6; 4,6; 4,8; 5,6; 5,8; 6,8; 8,8; 9,8; 10,9; 12,9

Классы обозначаются символом, состоящим из двух чисел, разделенных точкой. Первое число равно 0,01 минимального требуемого предела прочности стали готовых болтов при непосредственном растяжении в МПа.Второе число равно 0,1 отношения минимального предела текучести к минимальному непосредственному пределу прочности болтов на растяжение.

А.Б /5.8/

A - 0,01 минимального требуемого мгновенного предела прочности готовых стальных болтов R м [МПа]
B - отношение минимального предела текучести Re к минимальному немедленному пределу прочности R м

Символом 5.6 обозначен болт с пределом прочности при растяжении R м = 500 и отношением R е / R м , равным 0,6.

Прочность болтового соединения определяется прочностью сердечника болта. Чтобы обеспечить правильное использование болта, прочность всех компонентов сердечника болта, то есть резьбы и сердечника без резьбы, должна быть примерно равной.

Резьба на винтовых изделиях чаще всего накатывается или нарезается. Катаная резьба имеет лучшую статическую и усталостную прочность сердечника и более износостойкая.

Гайки бывают пяти классов: 5; 6; 8; 10; 12

Символ для маркировки гаек составляет 0,01 минимального требуемого временного предела прочности стали на растяжение [МПа].Определенному классу гаек соответствует определенный класс болтов.

Во избежание повреждения болтового соединения при затягивании или затягивании гайки гайки изготавливают из стали более низкого качества, чем болты, в связи с тем, что при нагружении должна сломаться резьба в гайке, а не головка болта или резьба на хвостовик болта.

.

HSS (быстрорежущая сталь)

Быстрорежущая сталь — это высоколегированная сталь, используемая в основном для производства режущего инструмента, т. е. сверл, метчиков, плашек, разверток, сверл, зенкеров, токарных ножей.

Из-за высокой цены на сталь HSS инструмент малого диаметра изготавливают целиком из указанной стали, а инструмент большего диаметра - из двух частей и чаще всего хвостовиковую часть изготавливают из обычной стали, при этом только режущая часть из быстрорежущей стали.

Существует 3 типа быстрорежущей стали:
  1. Быстрорежущая сталь -
  2. быстрорежущая сталь
  3. HSS-E — быстрорежущая сталь с добавлением кобальта,
  4. HSSE-PM - быстрорежущая порошковая сталь.
Сталь HSS представляет собой группу сталей, в состав которых входят определенные элементы, в том числе около 30 % легирующих элементов:
  • большинство из них содержат 1-10% молибдена,
  • все содержат около 4% хрома, 1-5% ванадия, до 19,5% вольфрама.

Быстрорежущую сталь получают методом, заключающимся в плавлении компонентов этой стали, после чего сталь затвердевает в слитки, которые прокатывают в прутки.Недостатком этого способа является образование волокон материала, которые удаляются при ковке.

С другой стороны, сталь HSS-E имеет в своем составе дополнительно кобальт, маркируемый несколькими способами: HSSE, HSS-E, HSS Co, P6M5K5 (по стандарту СССР 19265-73).

Кобальт – довольно дорогая добавка к быстрорежущей стали, чаще всего его добавляют в пропорции 5%.

Присутствие кобальта в HSS вызывает:
  • увеличение твердости примерно с 64 HRC до 66 HRC, что позволяет использовать режущие инструменты из нержавеющей стали,
  • позволяет увеличить скорость резки.

Сталь HSSE-PM является быстрорежущей порошковой сталью - технология производства этой стали основана на методе порошковой металлургии. Он заключается в измельчении расплавленной стали HSS или HSSE, последующем прессовании в формах и спекании. В таком виде инструмент уже очень похож по форме на конечный продукт. Это экономит время и материал, и связано это с минимальными припусками, которые остаются на отделку. Материал, полученный этим методом, имеет однородную структуру, что приводит к увеличению срока службы лезвия.

В таблице представлены наиболее популярные быстрорежущие стали с физическими свойствами.

90 081 64 90 052 90 081 64 90 052 90 059 64 90 052 90 059 65 90 052 90 059 65 90 052
Знак марки стали Твердость в состоянии
Мягкая (M) HB Закаленная твердость
HB макс. HRC мин.
SW12 223 ÷ 285
SW18
SW2M5 192 ÷ 255
SW7M 207 ÷ 269
СК5 223 ÷ 285
СК5М
SK5MC 229 ÷ 293 66
СК8М 241 ÷ 302
СК5В 223 ÷ 285
СК10В 241 ÷ 302 66

HSS (высокоскоростной сталь) последнее изменение: 30 декабря 2020 г., автор Tomek

.

Углеродистая сталь по сравнению с нержавеющей сталью

В прошлом посте мы обсуждали роль отдельных элементов в сталях. Если интересно, нажмите здесь.

Сегодня мы сравним две самые важные марки стали в производстве японских ножей, а именно: углеродистую сталь и нержавеющую сталь.

Как вы уже знаете из предыдущего поста, определение стали гласит, что «сталь — это сплав железа с углеродом.

С содержанием углерода до 2,11%, кованые». Он очень общий и описывает все сплавы, которые мы можем назвать сталью. Он не акцентирует внимание на свойствах отдельных видов, которые могут диаметрально отличаться друг от друга.

Существуют различные критерии, по которым мы можем отличить сталь по: химическому составу, применению, качеству, способу изготовления и т. д. Однако самый простой и доступный способ отличить сплавы железа — по их химическому составу. Благодаря ему различают: нелегированную (углеродистую) сталь и легированную сталь (не учитывая чугун).

Углеродистая сталь (нелегированная)

По составу – это сталь, , в которой количество легирующих добавок не превышает предельных концентраций (табл. 1). Однако стоит помнить, что предельное значение не всегда является «жестким» и квалификация стали может быть неоднозначной, дополнительную сложность представляет разница в методе квалификации между европейскими и японскими стандартами и различия в торговых маркировках.

90 100

Химический элемент

Предел массовой концентрации [%]
Хром 0,3
Молибден 0,08
Ванадий 0,1
Вольфрам 0,3
Кобальт 0,3
Марганец 1,65
Силикон 0,6

Таблица 1.Примеры ограничений элементов согласно [1] (обсуждалось в нашей предыдущей статье) в сталях (конечно, серы и фосфора должно быть всего J ). 90 106

Углерод оказывает доминирующее влияние на свойства углеродистой стали. По мере увеличения содержания этого элемента в стали прочностные свойства (твердость, предел текучести, предел текучести и др.) повышаются, а пластические свойства (м.в удлинение и сужение). Это связано с уменьшением содержания в стали мягкой фазы - феррита и увеличением количества цементита. Мы различаем низкоуглеродистую сталь (ниже 0,25 % C), среднеуглеродистую сталь (0,25–0,6 % C) и высокоуглеродистую сталь (выше 0,6 % C). Хотя добавление легирующих элементов в эти стали невелико, они имеют ограниченное влияние на их свойства. Кроме того, при делении углеродистых сталей большое внимание уделяется их качеству, что обусловлено содержанием фосфора и серы.По этому критерию выделяют:

  • Стали нормального качества с содержанием фосфора 0,1% и серы
  • Стали более высокого качества с 0,07% фосфора и серы
  • Стали высшего качества с 0,03% фосфора и серы

Стоит отметить, что все предлагаемые нами ножи из углеродистой стали имеют минимальное количество загрязнений и относятся к более качественной стали.

Типичным представителем углеродистых сталей , используемых в производстве ножей, являются инструментальные стали . Эти стали представляют собой высокоуглеродистые стали, которые подвергаются закалке и низкому отпуску и отлично подходят для эксплуатации при комнатной температуре. Инструментальная углеродистая сталь используется как: инструмент для резки и обработки различных материалов (не только ножи J, например, пилы, сверла, пружины и т. д.).

Углеродистая сталь , используемая для производства ножей, характеризуется:

+ высокая твердость,

+ легкая заточка,

+ высокая режущая агрессия,

+ стойкость к истиранию (и, следовательно, очень долгое время выдержки),

+ износостойкость,

+ при соответствующей термической обработке сохраняют высокую твердость поверхности при значительной пластичности сердцевины, что гарантирует достаточную стойкость к растрескиванию,

+ ножи из этой стали обычно имеют более низкую цену за счет простого (но эффективного!) химического состава и легкости обработки,

Но:

- при ненадлежащем обслуживании, ржавчина ,

- могут быть покрыты патиной , что не всем эстетично (однако может защитить от глубокой коррозии),

Представителями японских углеродистых сталей, используемых в производстве ножей, являются: Aogami и Super Aogami, SK 5 и Shirogami.

Нержавеющая сталь

Сталь нержавеющая (точнее коррозионностойкая) - легированная сталь, которая должна быть устойчива прежде всего к химической коррозии, в том числе к окислению в атмосфере воздуха, воды и водяного пара, при низких и повышенных температурах, а также в среде разбавленных кислоты и соли, сырая нефть и ее производные, спирты и масла, а также пищевые вещества. Так что ножи из него идеально подходят для повседневного использования.По химическому составу коррозионностойкие стали делятся на:

  • Высокий хром,
  • Хромоникелевый,
  • Хром-никель-марганец.

Все предлагаемые нами ножи относятся к группе высокохромистых нержавеющих сталей. Хром, как основная добавка в коррозионно-стойких сталях (более 10%, тем больше хрома, нож более устойчив к агрессивной среде) отвечает за их повышенную пассивацию (покрытие металлов коррозионно-стойким оксидным слоем ).Однако на этом его положительное влияние не заканчивается. Из-за склонности к образованию карбидов этот элемент также повышает твердость, сопротивление истиранию и износу. В нержавеющих сталях часто используют и другие карбидообразующие элементы, которые позволяют еще в большей степени улучшить их свойства (главным образом прочность, но не только).

Коррозионностойкие стали имеют ряд преимуществ:

+ чрезвычайная твердость,

+ износостойкость,

+ сопротивление истиранию,

+ Обычный длиннофокусный,

Модель

+ не требует особого обслуживания, как угольные ножи модели

.

+ обычно легко затачивается,

Но:

- Обычно ножи из нержавеющей стали дороже ножей из углеродистой стали из-за более сложного процесса их обработки.

Типичными марками нержавеющей стали, используемой для изготовления ножей, являются стали (по ценовому диапазону стоимость данных сталей, помимо состава, зависит еще и от способа обработки):

  • Самые дешевые: сталь 420 и ванадиево-молибденовая сталь 90 120
  • Среда: VG-5, VG-10 и Gingami
  • Самые дорогие: R2S/G2 и ZDP - 189 90 120

Резюмируя : Оба типа стали имеют свои преимущества и недостатки.Обе марки характеризуются высокой твердостью и износостойкостью . Углеродистая сталь, однако, требует от пользователя большего внимания, потому что требует должного ухода и защиты ножа после использования (некоторые, правда, относятся к этому как к некоему ритуалу и считают главным достоинством ножей), но это компенсируется обычно более низкой ценой , чем . Ножи из нержавеющей стали менее проблематичны, чем , в плане обслуживания.

Каталожные номера:

[1] Бличарский М., Введение в материаловедение, Научно-технические издательства, Варшава, 2001

[2] Добжаньски Л.А., Инженерные материалы и проектирование материалов – Основы материаловедения и металловедения, Научно-технические издательства, Варшава, 2006

[3] Przybyłowicz K., Metal Studies, Scientific and Technical Publishers, Варшава, 1999

[4] Pacyna J., Металловедение – избранные выпуски, Издательство AGH, Краков, 2005.

.

Смотрите также