Koks yra sunkiausias metalas žemėje?

Kalbant apie metalus, kietumas yra pagrindinė savybė, lemianti jų tinkamumą įvairioms programoms. Bet kas tiksliai yra sunkiausias metalas žemėje? Atsakymas nėra toks tiesus, kaip gali atrodyti, nes „kietumas“ gali būti apibrėžtas skirtingais būdais -, pavyzdžiui, atsparumas įbrėžimams, atsparumas įbrėžimams ar tempimo stiprumas. Tačiau vienas metalas nuosekliai išsiskiria bendro kietumo atžvilgiu: volframas.
Metalų kietumo supratimas
Prieš pasinerdami į tai, kodėl volframas laikomas sunkiausiu metalu, svarbu išsiaiškinti, kaip matuojamas kietumas. Medžiagų moksle kietumas paprastai vertinamas naudojant tokias skales kaip Mohs kietumo skalė (atsparumui įbrėžimams) ir „Vickers“ ar „Rockwell Scales“ (atsparumui įbrėžimui).
• „Mohs“ skalė užima medžiagas nuo 1 (švelniausios, kaip ir talkas) iki 10 (sunkiausia, kaip deimantas). Šioje skalėje metalai paprastai patenka nuo 2 iki 9.
• „Vickers“ kietumo testas matuoja medžiagos atsparumą įbrėžimui deimantinės piramidės, pateikiant rezultatus Vickers kietumo (HV) vienetuose. Aukštesnės HV vertės rodo didesnį kietumą.
Metalams šių matavimų derinys - kartu su tokiomis savybėmis kaip lydymosi taškas ir tempimo stipris - padeda praktiškai nustatyti jų „kietumą“. Volframas išsiskiria iš kelių metrikų, todėl tai yra geriausias varžovas.
Volframas: sunkiausias natūraliai atsirandantis metalas
Volframas su cheminiu simboliu W ir atominiu numeriu 74 yra retas metalas, žinomas dėl savo nepaprasto kietumo. Štai kodėl jis uždirba pavadinimą:
• Mohs kietumas: volframas užima apie 7,5 Mohs skalėje, padėdamas jį virš daugelio kitų metalų. Palyginimui, plienas paprastai svyruoja nuo 4 iki 7, o titanas - 6.
• „Vickers“ kietumas: Gryno volframo volframo kietumas yra apie 343 HV, tačiau kai legiruotas su kitais metalais (tokiais kaip nikelis, geležis ar kobaltas), jo kietumas žymiai padidėja. Volframo karbidas, volframo ir anglies junginys, gali pasigirti 1 800–2 400 HV - kietumu, todėl tai yra viena sunkiausių žmogaus - pagamintų metalų - pagrindu pagamintų medžiagų.
• Lydymosi taškas: Volframas turi aukščiausią bet kurio metalo lydymosi tašką, esant 6 192 laipsnių f (3,422 laipsnio). Šis didelis atsparumas šilumai yra susijęs su jo stipriais atominiais ryšiais, kurie taip pat prisideda prie jo kietumo.
• Tempiamasis stiprumas: Volframas turi didelį tempimo stiprumą (didžiausią įtempį, kurį jis gali atlaikyti prieš laužydamas), dar labiau sustiprindamas savo, kaip patvarios ir kieto metalo, reputaciją.
Kaip volframas lyginamas su kitais kietuoju metalais​
Nors kiti metalai yra sunkūs, nė vienas iš jų nesutaps su Volfsteno bendra veikla:
• Chromas: Chromas yra žinomas dėl savo kietumo (MOHS 8.5) ir dažnai naudojamas kitiems metalams įpilti į įbrėžimų atsparumą įbrėžimams. Tačiau jis yra trapus ir ne toks universalus nei volframas struktūrinėse.
• Titanas: titanas yra stiprus ir lengvas, tačiau turi mažesnį Mohs kietumą (6) ir „Vickers“ kietumą (apie 200 HV) nei volfram.
• Plieniniai lydiniai: aukštas - anglies plienas ar įrankių plienas gali būti labai kietas, tačiau jų kietumas dažnai pasiekiamas atliekant šilumą, ir jie nesutampa su natūraliu volframo atsparumu ir šilumos atsparumu šilumai.
• Osmi: Osmis yra tankus metalas, kurio „Mohs“ kietumas yra 7, tačiau jis yra ne toks gausus ir trapesnis nei volframas, ribojantis jo praktinį naudojimą.
Visų pirma volframo karbidas pralenkia daugybę metalų ir net kai kuriuos keramikus. Tai sunkiau nei dauguma plienų ir gali būti subraižyta tik tokiomis medžiagomis kaip deimantinis ar kubinis boro nitridas.
Praktinis volframo kietumo pritaikymas
Volframo kietumas kartu su atsparumu šilumai ir stiprumui daro jį neįkainojamą keliose pramonės šakose:
• Įrankių kūrimas: Volframo karbidas naudojamas pjovimo įrankiams, gręžimo gabalėliams ir frezavimo įdėklams gaminti. Šie įrankiai gali perpjauti kietas medžiagas, tokias kaip plienas, betonas ir net kiti metalai, greitai nesiblaškydami.
• Aerospace ir gynyba: volframas naudojamas raketų purkštukuose, šarvuose - auskarų vėrimo amunicijos ir orlaivių dalys, kurios turi atlaikyti aukštą temperatūrą ir ekstremalias jėgas.
• Elektronika: Volframo gijos kaitrinėse lemputėse ir elektronų mikroskopuose priklauso nuo jo sugebėjimo atsispirti lydymui aukštoje temperatūroje.
• Kasyba ir konstrukcija: volframas - suteptas gręžimo gabalėlius ir pjūklo ašmenys yra būtini gręžiant į uolieną ir betoną.
Volframo apribojimai
Nepaisant kietumo, volframas turi trūkumų. Grynas volframas yra trapus kambario temperatūroje, todėl sunku mašinai. Norėdami tai įveikti, jis dažnai legiruotas su kitais metalais (pvz., Nikeliu ar geležimi), siekiant pagerinti elastingumą, išlaikant kietumą. Volframas taip pat yra retas ir brangus, o tai riboja jo naudojimą žemoje - išlaidų programose.
Ar yra sunkesnių „metalų“?
Verta paminėti, kad kai kurie vyras - pagamintos medžiagos yra sunkesnės nei volframas, bet nėra gryni metalai. Pavyzdžiui:
• Volframo karbidas: Kaip minėta, tai yra junginys (ne grynas metalas), tačiau dažnai yra suskirstytas į metalus praktiniame kontekste dėl jo metalinių savybių.
• Amorfiniai metalai (metaliniai akiniai): Jie turi netaisyklingų atominių struktūrų ir gali būti labai kietos, tačiau jie natūraliai nėra ir yra gaminami laboratorijose.
• Nanostruktūrizuoti metalai: Nanoskale sukurtas metalas gali turėti padidėjusį kietumą, tačiau jie yra sintetiniai ir nerandami gamtoje.
Tarp natūraliai atsirandančių grynųjų metalų, volframas išlieka sunkiausias.
Išvada
Sunkiausias metalas žemėje yra volframas. Jo aukšto Moho kietumo, Vickers kietumo, atsparumo šilumos ir tempimo stiprumui derinys jį išskiria iš kitų metalų. Kai legiruotas su anglimi, kad susidarytų volframo karbidas, jis tampa dar sunkesnis, todėl tai tampa pramoninių įrankių kuokšteliu ir aukšta - našumo programa. Nors kiti metalai ir žmogus - pagamintos medžiagos gali konkuruoti su jos kietumu konkrečiose vietose, natūralios volframo savybės ir universalumas sustiprina jos, kaip sunkiausio metalo planetoje, statusą. Tungsteno kietumas ir toliau, nesvarbu, ar tai pjaustydami įrankius, kosmoso komponentus ar elektroniką, inžinerijos ir gamybos inovacijos ir toliau skatina inžineriją.