سخت ترین فلز روی زمین چیست؟

وقتی صحبت از فلزات می شود ، سختی یک ویژگی کلیدی است که مناسب بودن آنها را برای برنامه های مختلف تعیین می کند. اما دقیقاً سخت ترین فلز روی زمین چیست؟ پاسخ به همان اندازه ساده نیست که به نظر برسد ، همانطور که "سختی" را می توان به روش های مختلف تعریف کرد- مانند مقاومت خراش ، مقاومت در برابر تورفتگی یا استحکام کششی. با این حال ، یک فلز به طور مداوم از نظر سختی کلی برجسته است: تنگستن.
درک سختی در فلزات
قبل از غواصی به این دلیل که تنگستن سخت ترین فلز محسوب می شود ، مهم است که چگونگی اندازه گیری سختی را روشن کنیم. در علم مواد ، سختی با استفاده از مقیاس هایی مانند مقیاس سختی MOHS (برای مقاومت در برابر خراش) و مقیاس Vickers یا Rockwell (برای مقاومت در برابر تورفتگی) ارزیابی می شود.
• مقیاس Mohs مواد را از 1 (نرم ترین ، مانند تالک) تا 10 (سخت ترین ، مانند الماس) رتبه بندی می کند. فلزات به طور کلی در این مقیاس بین 2 تا 9 قرار می گیرند.
• آزمایش سختی ویکرز مقاومت یک ماده در برابر تورفتگی توسط یک هرم الماس را اندازه گیری می کند ، با نتایج گزارش شده در واحدهای سختی ویکرز (HV). مقادیر HV بالاتر نشان دهنده سختی بیشتر است.
برای فلزات ، ترکیبی از این اندازه گیری ها - به همراه خواصی مانند نقطه ذوب و مقاومت کششی-}} به تعیین "سختی" آنها در شرایط عملی کمک می کند. تنگستن در معیارهای مختلفی برتری دارد و آن را به عنوان مدعی برتر تبدیل می کند.
تنگستن: سخت ترین فلز که به طور طبیعی رخ می دهد
تنگستن ، با نماد شیمیایی W و شماره اتمی 74 ، یک فلز نادر است که به دلیل سختی فوق العاده اش شناخته شده است. در اینجا به همین دلیل عنوان کسب می کند:
• Mohs Hardness: تنگستن در مقیاس Mohs در حدود 7.5 قرار دارد و آن را بالاتر از سایر فلزات قرار می دهد. برای مقایسه ، فولاد به طور معمول از 4 تا 7 متغیر است ، در حالی که تیتانیوم در 6 قرار دارد.
• سختی ویکرز: تنگستن خالص دارای سختی ویکرز در حدود 343 HV است ، اما وقتی با فلزات دیگر (مانند نیکل ، آهن یا کبالت) آلیاژ می شود ، سختی آن به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. کاربید تنگستن ، ترکیبی از تنگستن و کربن ، دارای سختی ویکرز از 1800-22،400 HV - است که آن را به یکی از سخت ترین انسان ها تبدیل می کند {7} metal فلز ساخته شده {{8} مواد مبتنی بر.
• نقطه ذوب: تنگستن دارای بالاترین نقطه ذوب هر فلز ، با 6192 درجه F (3،422 درجه) است. این مقاومت شدید حرارتی با پیوندهای اتمی قوی آن مرتبط است ، که به سختی آن نیز کمک می کند.
• استحکام کششی: تنگستن دارای استحکام کششی بالایی است (حداکثر استرس که می تواند قبل از شکستن مقاومت کند) ، و بیشتر اعتبار خود را به عنوان یک فلز با دوام و سخت تقویت می کند.
چگونه تنگستن با سایر فلزات سخت مقایسه می شود​
در حالی که فلزات دیگر سخت هستند ، هیچ یک از عملکرد کلی تنگستن مطابقت ندارد:
• کروم: کروم به دلیل سختی آن شناخته شده است (MOHS 8.5) و اغلب برای افزودن مقاومت به خراش از فلزات دیگر استفاده می شود. با این حال ، در کاربردهای ساختاری شکننده و کمتر متنوع از تنگستن است.
• تیتانیوم: تیتانیوم قوی و سبک است اما از سختی Mohs (6) و سختی ویکرز (حدود 200 HV) نسبت به تنگستن برخوردار است.
• آلیاژهای فولادی: فولاد کربن {0} بالا می تواند بسیار سخت باشد ، اما سختی آنها از طریق عملیات حرارتی حاصل می شود و با سختی طبیعی و مقاومت حرارتی تنگستن مطابقت ندارند.
• اسمیوم: اسمیوم یک فلز متراکم با سختی Mohs 7 است ، اما از تنگستن کمتری و شکننده تر است و استفاده عملی آن را محدود می کند.
به ویژه ، کاربید تنگستن از بسیاری از فلزات و حتی برخی سرامیک ها بهتر عمل می کند. این سخت تر از اکثر فولادها است و فقط توسط موادی مانند الماس یا نیترید بور مکعب قابل خراشیده است.
کاربردهای عملی سختی تنگستن
سختی تنگستن ، همراه با مقاومت و استحکام گرما ، آن را در چندین صنعت ارزشمند می کند:
• ابزار سازی: از کاربید تنگستن برای تهیه ابزار برش ، بیت های مته و درج های فرز استفاده می شود. این ابزارها می توانند از طریق مواد سخت مانند فولاد ، بتن و حتی سایر فلزات بدون کسل کننده سریع از طریق مواد سخت مانند استفاده کنند.
• هوافضا و دفاع: تنگستن در نازل های موشکی ، زره-} مهمات سوراخ کننده و قطعات هواپیما استفاده می شود که باید در برابر درجه حرارت بالا و نیروهای شدید مقاومت کنند.
• الکترونیک: رشته های تنگستن در لامپ های رشته ای و میکروسکوپ های الکترونی به توانایی آن در مقاومت در برابر ذوب در دماهای بالا متکی هستند.
• استخراج و ساخت و ساز: تنگستن - بیت های مته و تیغه های اره برای حفاری در سنگ و بتن ضروری است.
محدودیت های تنگستن
علی رغم سختی ، تنگستن اشکالاتی دارد. تنگستن خالص در دمای اتاق شکننده است و ماشین را دشوار می کند. برای غلبه بر این ، اغلب با سایر فلزات (مانند نیکل یا آهن) آلیاژ می شود تا در ضمن حفظ سختی ، انعطاف پذیری را بهبود بخشد. تنگستن همچنین نادر و گران است ، که استفاده از آن را در برنامه های کم هزینه- محدود می کند.
آیا "فلزات" سخت تر وجود دارد؟
شایان ذکر است که برخی از مواد ساخته شده - ساخته شده از تنگستن سخت تر هستند اما فلزات خالص نیستند. به عنوان مثال:
• کاربید تنگستن: همانطور که گفته شد ، این یک ترکیب است (نه یک فلز خالص) اما به دلیل خاصیت فلزی آن اغلب با فلزات در زمینه های عملی گروه بندی می شود.
• فلزات آمورف (عینک فلزی): اینها ساختارهای اتمی نامنظم دارند و می توانند بسیار سخت باشند ، اما به طور طبیعی رخ نمی دهند و در آزمایشگاه ها تولید می شوند.
• فلزات نانوساختار: فلزات مهندسی شده در نانو می توانند سختی را افزایش دهند ، اما آنها مصنوعی هستند و در طبیعت یافت نمی شوند.
با این حال ، در بین فلزات خالص به طور طبیعی ، تنگستن سخت ترین است.
پایان
سخت ترین فلز روی زمین تنگستن است. ترکیب آن از سختی های Mohs ، سختی ویکرز ، مقاومت در برابر گرما و مقاومت کششی آن را از سایر فلزات جدا می کند. هنگامی که با کربن برای تشکیل کاربید تنگستن آلیاژ می شود ، حتی سخت تر می شود و آن را به عنوان اصلی در ابزارهای صنعتی و برنامه های عملکردی بالا- بالا می برد. در حالی که سایر فلزات و انسان 4} مواد ساخته شده ممکن است سختی آن را در مناطق خاص رقیب کنند ، خصوصیات طبیعی تنگستن و تطبیق پذیری وضعیت آن را به عنوان سخت ترین فلز روی کره زمین تقویت می کند. چه در ابزارهای برش ، اجزای هوافضا یا الکترونیک ، سختی تنگستن همچنان به نوآوری در مهندسی و تولید ادامه می دهد.