قویترین، مستحکم‌ترین و سخت ترین فلز دنیا چیست؟
فلزات یکی از مفیدترین و همه کاره ترین مواد روی کره زمین هستند اما سوال اینجاست که قویترین، مستحکم‌ترین و سختترین فلز دنیا کدام است. مواد معدنی طبیعی حاوی فلزات را می توان استخراج کرد، ذوب کرد، مخلوط کرد، سخت کرد، تلطیف کرد و در نهایت به فلزی که به نوعی به ما کمک می کند تبدیل نمود. از قوطی های آهنی و آلومینیومی گرفته تا جواهرات پلاتین، فلزات در اطراف ما هستند. به خصوص در دنیای تکنولوژی و صنعت، فلزات به دلیل چکش خواری و استحکام معمولا مورد استفاده قرار می گیرند. و وقتی صحبت از سختی، دوام و استحکام می شود، چند فلز پیشتاز وجود دارد. در زیر سختترین، قوی ترین و بادوام ترین فلزاتی که امروزه به طور گسترده در جهان مورد استفاده قرار می گیرند، آورده شده است.
تنگستن؛ مستحکم‌ترین فلز دنیا در کشش
تنگستن یک ماده معدنی چشمگیر است. به عنوان یک فلز خالص که برای افزایش سختی با فلزات دیگر مخلوط نمی شود، بالاترین مقاومت کششی را در بین فلزات دارد. استحکام کششی به این اشاره دارد که فلز قبل از اینکه شروع به تغییر شکل یا تسلیم شدن در برابر فشار کند، چه مقدار نیرویی را تحمل می کند. اگر این کافی نبود، بالاترین نقطه ذوب را در بین همه فلزات خالص را فلز تنگستن دارد. در واقع تنها عنصر دیگری که نقطه ذوب بالاتری دارد کربن است. تنها نقطه ضعف فلز تنگستن این است که تنگستن نسبتاً متراکم است (به همین دلیل است که بسیار قوی است)، اما کار با آن را بسیار سخت می کند. با این حال، هنوز هم به طور گسترده در کارهای الکتریکی استفاده می شود و اغلب برای ایجاد یک آلیاژ قوی به فولاد اضافه می شود.
فولاد؛ از قویترین فلزات جهان
در حالی که فولاد خالص نیست، اما هنوز از نظر استحکام در رتبه بالایی قرار دارد. آلیاژ اصلی معمولاً از ترکیب آهن و کربن ایجاد می شود. با این حال، دانشمندان همیشه به دنبال راه هایی برای افزایش استحکام هستند و اغلب با فلزات دیگری که به مخلوط اضافه می شوند، آزمایش می کنند. فولاد هزاران سال است که توسط انسان ها استفاده شده است، اما تا دوره رنسانس (حدود سال های 1300-1700) به طور گسترده ای درک و آزمایش شد.
کروم؛ یکی از سختترین فلزات جهان
یک نسخه از فولاد که بسیار محبوب است، فولاد استنلس استیل ضدزنگ است. چرا استیل زنگ نمی‌زند؟ به‌خاطر وجود کروم.
کروم یکی از بادوام ترین و سختترین فلزات موجود در جهان است، زیرا در مقیاس Mohs، تعیین کننده سختی، رتبه بالایی دارد. در این مورد، سختی به معنای مقاومت مواد در برابر خراش است. الماس سخت ترین ماده دنیا و کروم سخت ترین فلز جهان است. مقاومت فلز کروم در برابر خراش آن را برای افزودن به آلیاژهای فولادی عالی می کند و همچنین معمولاً در آبکاری کروم برای پرداخت بادوام و براق روی یراق آلات و وسایل خانه استفاده می شود.
تیتانیوم؛ سبک ترین و مقاوم ترین فلز دنیا
یکی دیگر از فلزات طبیعی قوی، تیتانیوم یک ماده معدنی با چگالی کم است که کاملاً چکش خوار است و کار با آن در نقطه ذوب بالا آسان است. از آنجایی که چگالی آن بسیار کم است، در عین داشتن استحکام مشابه، بسیار سبک تر از فولاد است. افزودن تیتانیوم به یک آلیاژ استحکام را به شدت افزایش می دهد. در استفاده مدرن، در همه چیز از قلم گرفته تا هواپیما و از آسمان خراش ها تا سفینه های فضایی استفاده می شود. ولی به طور کلی ویژگی اصلی فلز تیتانیوم سبکی در عین مقاومت بالاست.
رتبه‌بندی ویژگی فلزات از قوی به ضعیف
گروه‌بندی فلزات از قویترین به ضعیف‌ترین برای دانشمندان و مهندسان مفید است، اما مانع اصلی برای انجام معنی‌دار این کار این است که استحکام با چندین ویژگی تعریف می‌شود. با در نظر گرفتن این موضوع، فولاد و آلیاژهای آن معمولاً در صدر لیست ها برای استحکام عمومی قرار دارند. تنگستن به طور کلی شماره یک در لیست هایی است که به فلزات طبیعی محدود می شود، اگرچه تیتانیوم یک رقیب نزدیک است. هیچ یک از این فلزات به سختی الماس یا به سختی گرافن نیستند، اما این ساختارهای شبکه کربنی فلز نیستند.
چهار عامل تعیین کننده قدرت و استحکام فلزات
هنگام ارزیابی استحکام، سختی، مقاومت و قدرت یک فلز، می توانید در مورد یکی از چهار کیفیت و ویژگی آن صحبت کنید:
- استحکام کششی فلزات؛ معیاری است که نشان می دهد یک فلز چقدر در برابر جدا شدن و شکستن مقاومت می کند. خمیر شیرینی و بتونه احمقانه هر دو دارای استحکام کششی پایینی هستند، در حالی که گرافن یکی از بالاترین استحکام کششی ثبت شده را دارد.
- استحکام فشاری یا سختی فلزات؛ میزان مقاومت یک ماده در برابر فشرده شدن را اندازه می‌گیرد. یکی از راه‌های تعیین این مورد استفاده از مقیاس Mohs با مقادیر 0 تا 10 است که 10 سختترین آن است.
- استحکام تسلیم فلز؛ به میزان مقاومت یک میله یک فلز خاص در برابر خمش و تغییر شکل دائمی اشاره دارد. این یک اقدام مهم برای مهندسان سازه است.
- استحکام ضربه فلزات؛ توانایی یک ماده برای مقاومت در برابر ضربه بدون شکستگی است. اگرچه الماس دارای امتیاز 10 یونی در مقیاس مو است، اما در صورت برخورد چکش می تواند خرد شود. فولاد به سختی الماس نیست، اما شما نمی توانید آن را به راحتی خرد کنید.
مقایسه فلزات با توجه به هر یک از این ویژگی‌ها نتایج متفاوتی خواهد داشت و در هر رتبه‌بندی ترتیب مختلفی را شاهد خواهید بود.
استحکام و مقاومت آلیاژها در مقابل فلزات طبیعی
آلیاژها ترکیبی از فلزات هستند و دلیل اصلی ساخت آلیاژها، تولید مواد قوی تر و مستحکم‌تر است. مهمترین آلیاژ، فولاد است که ترکیبی از آهن و کربن است و نسبت به هر یک از دو جزء عنصری آن بسیار سخت تر است. متالورژی ها، آلیاژهای بیشتر فلزات از جمله فولاد آلیاژی را ایجاد می کنند و در لیست قویترین، مستحکم‌ترین و سخت ترین فلزات دنیا قرار دارند.
کدام فلز قویترین است؟
از آنجایی که عوامل زیادی برای تعیین استحکام یک فلز ترکیب می‌شوند، مرتب کردن فهرستی از قویترین به ضعیف‌ترین کار دشواری است. فهرست نامرتب زیر شامل قویترین فلزات و آلیاژهای طبیعی جهان است، اما بسته به این که کدام ویژگی مهم‌تر باشد، ترتیب تغییر می‌کند.
فولاد کربنی
این آلیاژ متداول آهن و کربن برای قرن‌ها تولید می‌شود و برای هر چهار کیفیتی که استحکام را تعیین می‌کنند امتیاز بالایی کسب کرده است. استحکام تسلیم آن 260 مگا پاسکال (Mpa) و مقاومت کششی 580 مگاپاسکال است. در مقیاس Mohs امتیازی در حدود 6.0 دارد و در برابر ضربه بسیار مقاوم است. ورق فولاد کربنی که با ورق سیاه یکی از انواع آن است، از پر کاربردترین انواع مصالح فولادی است.
آلیاژ فولاد،آهن و نیکل
انواع مختلفی از این آلیاژ وجود دارد، اما به طور کلی، آلیاژ فولاد کربنی با نیکل استحکام تسلیم را تا 1420 مگاپاسکال و استحکام کششی را تا 1460 مگاپاسکال افزایش می دهد.
استنلس استیل
استیل، آلیاژی از فولاد، کروم و منگنز، فلزی مقاوم در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی با قدرت تسلیم تا 1560 مگا پاسکال و مقاومت کششی تا 1600 Mpa تولید می کند. مانند همه انواع فولاد، این آلیاژ بسیار مقاوم در برابر ضربه است و در مقیاس Mohs امتیاز متوسطی دارد.
تنگستن
با بالاترین استحکام کششی نسبت به هر فلز طبیعی، تنگستن اغلب با فولاد و سایر فلزات ترکیب می‌شود تا آلیاژهای قوی‌تری ایجاد کند. تنگستن شکننده است، با این حال، و در اثر ضربه خرد می شود.
کاربید تنگستن
آلیاژی از تنگستن و کربن، این ماده معمولاً برای ابزارهایی با لبه‌های برش مانند چاقو، تیغه‌های اره مدور و مته‌ها استفاده می‌شود. تنگستن و آلیاژهای آن دارای قدرت تسلیم معمولی از 300 تا 1000 مگاپاسکال و مقاومت کششی از 500 تا 1050 مگاپاسکال هستند.
تیتانیوم
این فلز طبیعی دارای بالاترین نسبت استحکام کششی به چگالی نسبت به هر فلز دیگری است که باعث می شود پوند به پوند از تنگستن قوی تر باشد. گرچه در مقیاس سختی Mohs امتیاز کمتری دارد. آلیاژهای تیتانیوم قوی و سبک هستند و اغلب در صنعت هوافضا استفاده می شوند.
آلیاژ آلومینید تیتانیوم
این آلیاژ تیتانیوم، آلومینیوم و وانادیوم دارای مقاومت تسلیم 800 Mpa و مقاومت کششی 880 مگا پاسکال است.
آلیاژ اینکونل
اینکونل یک سوپرآلیاژ آستنیت، نیکل و کروم است، اینکونل در شرایط شدید و دماهای بالا قدرت خود را حفظ می کند و آن را برای توربین های پرسرعت و کاربردهای راکتور هسته ای مناسب می کند. در صورت علاقه مقاله مزایا و معایب اینکونل را بخوانید.
کروم
اگر استحکام یک فلز را صرفاً بر اساس سختی آن تعریف کنید، کروم که امتیاز 9.0 در مقیاس Mohs را کسب می کند، در صدر لیست شما قرار می گیرد. به خودی خود، از نظر تسلیم و استحکام کششی به اندازه سایر فلزات قوی نیست، اما اغلب به آلیاژها اضافه می شود تا آنها را سخت تر کند.
آهن
یکی از اجزای فولاد و فلزی که برای سازندگان ابزار و سلاح در طول اعصار مورد استفاده قرار گرفته است، آهن لیست قوی ترین فلزات جهان را تکمیل می کند. چدن در مقیاس Mohs حدود 5 امتیاز دارد و استحکام تسلیم و کششی آن به ترتیب حدود 246 و 414 Mpa است.
نتیجه‌گیری درباره فلزات بادوام، قوی و سخت
مواردی که در بالا گفته شد صرفاً گوشه‌ای از ویژگی‌های فلزات بود. از آنجاییکه سختی، دوام، استحکام و قدرت ویژگی‌های متفاوت از هم هستند برای هر یک رتبه‌بندی فلزات متفاوت از هم خواهد بود. از این رو ما سعی کردیم خواص و ویژگی‌های چند نوع از با دوام‌ترین، قویترین، مستحکم‌ترین و سختترین فلزات در جهان را بیان کنیم که در صورت نیاز بتوانید با هم مقایسه کنید و پاسخ مناسب برای پرسش خود را بیابید.
