Kõvad metallid ja sulamid on kulumiskindlad materjalid, mis suudavad säilitada oma omadused kõrgel temperatuuril (900-1100 kraadi). Need on inimestele teada juba üle saja aasta.
üldised omadused
Kõvad sulamid valmistatakse peamiselt kroomi, tantaali, titaani, volframi baasil, millele on lisatud erinevas koguses niklit või koobaltit. Tootmises kasutatakse vastupidavaid karbiide, mis kõrgel temperatuuril ei lagune ega lahustu. Kõvametalli saab valada või paagutada. Karbiidid on rabedad. Sellega seoses seotakse nende terad tahke materjali moodustamiseks sobivate metallidega. Viimased on raud, koobalt, nikkel.
Valatud ühendused
Selle meetodiga saadud karbiidtööriista iseloomustab tooriku materjali ja laskuvate laastude kõrge kulumiskindlus. Need ei kaota oma omadusi küttetemperatuuril 750 kuni 1100 kraadi. On kindlaks tehtud, et kilogrammi volframi lisamisega sulatamisel või valamisel valmistatud tooted suudavad töödelda viis korda rohkem materjali kui sama W-sisaldusega kiirterasest esemed, mille üheks miinuseks on selliste ühendite haprus. Koostises sisalduva koobalti osakaalu vähenemisega see suureneb. Karbiidist lõikurite kiirus on 3-4 korda suurem kui terasel.
Paagutatud materjalid
Nende hulgas on metallitaoline liitmik, mis on ühendatud sulami või metalliga. Alusena kasutatakse reeglina titaan- või volframkarbiidi (kaasa arvatud kompleksi), aga ka tantaali, titaankarboniidi. Harvemini kasutatakse valmistamisel boriide. Materjali terade hoidmise maatriks on sideaine - sulam või metall. Reeglina on see koobalt. See on süsinikneutraalne element. Koobalt ei moodusta oma karbiide ega hävita teisi. Harvemini kasutatakse niklit ja selle kombinatsiooni molübdeeniga kimbus.
Võrdlevad omadused
Paagutatud materjalid saadakse pulbermeetodil. Seda tüüpi kõvasulamite töötlemine toimub ainult lihvimise või füüsikaliste ja keemiliste meetoditega (laser, hapetes söövitamine, ultraheli ja muud). Valatud tooted allutatakse kõvenemisele, lõõmutamisele, vanandamisele ja nii edasi. Need on mõeldud tööriistade kõvastamiseks. Pulbermaterjalid kinnitatakse jootmise teel või mehaaniliselt.
Klassifikatsioon
See sõltub koobalti, tantaali, volframi ja titaankarbiidide sisaldusest. Sellega seoses jagatakse vaadeldavad materjalid kolme rühma. Ühendite kaubamärkide tähistamisel kasutatakse tähti:
- Volframkarbiid - "B".
- Koobalt - "K".
- Titaankarbiid - esimene "T".
- Tantaalkarbiid on teine "T".
Tähtede järel olevad numbrid näitavad komponentide ligikaudset protsenti. Ülejäänud osa ühendist (kuni 100%) on volframkarbiid. Lõpus näidatud tähed näitavad struktuuri detailsust: "B" - suur, "M" - väike, "OM" - eriti peen. Tööstus toodab kõvasulameid klassid VK (volfram), TTK (titaan-tantaal-volfram) ja TK (titaan-volfram).
Funktsioonid
Kõvade sulamite peamised omadused on nende kõrge tugevus ja kulumiskindlus. Samas iseloomustab vaadeldavaid materjale terasega võrreldes madalam viskoossus ja soojusjuhtivus. Seda tuleb toodete kasutamisel arvestada. Kõvasulami valimisel peate järgima mitmeid soovitusi:
- Võrreldes titaan-volframtoodetega, eristuvad volframtooted terasega keevitatavuse madalama temperatuuri poolest. Sellega seoses kasutatakse neid malmi, värviliste metallide ja mittemetalliliste materjalidega töötamiseks.
- Terase puhul on soovitatav kasutada TC-rühma ühendeid.
- Karbiidi klassi TTK on suurendanud sitkust ja täpsust. Seda kasutatakse terase sepistamise, valanditega töötamiseks ebasoodsates tingimustes.
- Väikese laastuosaga peen- ja peentreimise tagavad peeneteralise struktuuriga ja väiksema koobaltisisaldusega karbiidimurrud.
- Ebasoodsates tingimustes ja rasketel töödel löögikoormusega materjalidega on soovitatav kasutada suure koobaltisisaldusega ühendeid. Samal ajal peaks neil olema jämedateraline struktuur.
- Viimistlemine ja töötlemine pideval lõikamisprotsessis toimub peamiselt keskmise koobaltisisaldusega ühenditega.
Pulbermaterjalid
Neid esindab kaks rühma: volframi sisaldavad ja mittesisaldavad. Esimesel juhul esitatakse kõvasulam tehnilise pulbrilise W ja ferrotvolframi seguna karburiseerivate komponentidega. See on valmistatud NSV Liidus. Seda kõvasulamit nimetatakse "vokariks". Materjali tootmisprotsess on järgmine:
- Suure osakaaluga ferrotvolfram ja tehniline pulber W segatakse jahvatatud koksi, tahma ja muude sarnaste komponentidega.
- Saadud mass sõtkutakse suhkrusiirupil või vaigul paksuks pastaks.
- Segu pressitakse brikettideks, mis kergelt põletatakse. See on vajalik lenduvate ühendite eemaldamiseks.
- Pärast põletamist brikett jahvatatakse ja sõelutakse.
Valmismaterjal on seega rabedate mustade teradega. Nende suurus on 1-3 mm. Selliste materjalide eripäraks on nende suur puistetihedus.
staliniidist
See kõvasulam ei sisalda volframi, mis toob kaasa selle madala hinna. See leiutati ka nõukogude aastatel ja seda kasutatakse laialdaselt tööstuses. Nagu praktika on näidanud, on hoolimata asjaolust, et see kõvasulam ei sisalda volframi, kõrged mehaanilised omadused, mis enamikul juhtudel vastab tehnilistele nõuetele. Staliniidil on volframmaterjalide ees märkimisväärsed eelised. Esiteks on see madal (1300-1350 kraadi) sulamistemperatuur. Volframmaterjalid muutuvad ainult alates 2700 kraadist. Sulamistemperatuur 1300-1350 kraadi hõlbustab oluliselt pindamist, suurendab selle tootlikkust. Staliniidi alusena kasutatakse odavate pulbriliste ferrosulamite, ferromangaani ja ferrokroomi segu. Selle materjali tootmine on sarnane volframiühendite tootmisprotsessiga. Staliniit sisaldab 16-20% kroomi, 13-17% mangaani.
Rakendus
Kaasaegses tööstuses kasutatakse kõvasulameid laialdaselt. Samal ajal täiustatakse materjale pidevalt. Selle tootmissektori arendamine toimub kahes suunas. Esiteks täiustatakse sulamite koostisi, täiustatakse nende valmistamise tehnoloogiat. Lisaks võetakse kasutusele uuenduslikud meetodid ühendite toodetele kandmiseks. Karbiidtööriistad aitavad oluliselt tõsta tööviljakust. Selle tagab toodete kõrge kulumiskindlus ja kuumakindlus. Sellised omadused võimaldavad töötada 3-5 korda suurematel kiirustel kui terasel. Sellistel eelistel on näiteks moodsad burrid. Kõrgtehnoloogia (elektrokeemilised ja elektrofüüsikalised meetodid), sealhulgas teemanttoorikuid kasutades toodetud karbiidmaterjalid on tänapäeval tööstuses ühed nõutumad.
Arengud
Tänapäeval viiakse kodumaises tööstuses läbi erinevaid uuringuid, sealhulgas kõvasulamite omaduste parandamise võimaluste süvaanalüüsi. Need puudutavad peamiselt materjalide granulomeetrilist ja keemilist koostist.
Üsna eduka näitena viimastel aastatel võib tuua TSN-rühma ühendeid. Sellised sulamid on spetsiaalselt ette nähtud hõõrdeseadmete jaoks, mis töötavad agressiivses happelises keskkonnas. See rühm jätkab uute ühendite väljatöötamist VN rühmas, mille on välja pakkunud Ülevenemaaline NIITS.
Uurimistöö käigus selgus, et karbiidifaasi tera suuruse vähenemisega suurenevad oluliselt sellised omadused nagu sulamite tugevus ja kõvadus. Osakeste suuruse jaotuse reguleerimise ja plasma vähendamise tehnoloogiate kasutamine võimaldab tänapäeval toota materjale, mille fraktsiooni suurus on alla mikroni. TSN-i kaubamärgi sulameid kasutatakse tänapäeval laialdaselt nafta- ja gaasipumpade ning keemiapumpade tootmisel.
Venemaa tööstus
Üks juhtivaid tootmise ja teaduse arendamise valdkonnas tegutsevaid ettevõtteid on Kirovogradi kõvasulamitehas. KZTS-il on laialdased kogemused uuenduslike tehnoloogiate tootmisse juurutamisel. See võimaldab tal võtta esikohad Venemaa tööstusturul. Ettevõte on spetsialiseerunud paagutatud kõvasulamist tööriistade ja toodete, metallipulbrite tootmisele. Emissioon on asutatud alates 1942. aasta jaanuarist. 1990. aastate lõpus ettevõtet moderniseeriti. Viimase paari aasta jooksul on Kirovogradi kõvasulamitehas keskendunud täiustatud mitmetahuliste kulumiskindlate mitmekihiliste kulumiskindlate indekseeritavate lisade tootmisele. Ettevõte töötab välja ka uusi volframivabu kompositsioone.
Järeldus
Paljude tööstusettevõtete positiivne kogemus viitab sellele, et lähitulevikus ei muutu volframivabad sulamid mitte ainult veelgi populaarsemaks, vaid suudavad asendada ka muid stantsimis- ja lõiketoodete tootmiseks kasutatavaid materjale, raskesti töötavaid masinaelemente. tingimused, seadmed ja tööriistad. Tänaseks on juba loodud terve rühm karbonitriidil ja titaankarbiidil põhinevaid ühendeid. Neid kasutatakse paljudes tööstuspiirkondades. Laialt levinud eelkõige kõvasulamid TV4, LCK20, KTN16, TN50, TN20. Uued arendused hõlmavad tantaal-TaC-, nioobium-NbC-, hafnium-HfC- ja titaan-TiC-rühmade materjale. Neid sulameid kasutavate tööriistade vabastamine võimaldab asendada volframi suhteliselt odavate lisanditega, laiendades seega kasutatavate toorainete valikut. See omakorda tagab spetsiifiliste omadustega ja suurema jõudlusega toodete valmistamise.
Metalli on inimesed kasutanud iidsetest aegadest. Looduses kõige kättesaadavam ja töödeldavam metall on vask. Arheoloogid leiavad iidsete asulakohtade väljakaevamistel vasktooteid majapidamistarvete kujul. Tehnoloogia arengu kasvades õppis inimene erinevatest metallidest sulameid valmistama, mis olid talle kasulikud majapidamistarvete ja relvade valmistamisel. Ja nii ilmus maailma tugevaim metall.
Titaan
Selle ebatavaliselt kauni hõbevalge metalli avastasid 18. sajandi lõpus peaaegu üheaegselt kaks teadlast – inglane W. Gregory ja sakslane M. Klaproth. Ühe versiooni järgi sai titaan oma nime Vana-Kreeka müütide tegelaste, võimsate titaanide auks, teise - germaani mütoloogiast pärit haldjakuninganna Titanialt - oma kerguse tõttu. Toona nad aga sellele kasutust ei leidnud.
Seejärel suutsid Hollandi füüsikud 1925. aastal eraldada puhta titaani ja avastasid selle palju eeliseid. Need on kõrged valmistatavuse määrad, eritugevus ja korrosioonikindlus, väga kõrge tugevus kõrgetel temperatuuridel. Sellel on ka kõrge korrosioonikindlus. Need fantastilised kujundid meelitasid kohe insenere ja disainereid.
1940. aastal sai teadlane Krol magneesiumtermilisel meetodil puhta titaani ja sellest ajast on see meetod olnud peamine. Maakera tugevaimat metalli kaevandatakse mitmel pool maailmas – Venemaal, Ukrainas, Hiinas, Lõuna-Aafrikas jm.
Titaan on mehaaniliste parameetrite poolest rauast kaks korda tugevam, alumiiniumist kuus korda tugevam. Titaanisulamid on praegu maailma tugevaimad ja seetõttu on leidnud rakendust sõjaväes (allveelaevad, rakettide ehitus), laevaehituses ja lennutööstuses (ülehelikiirusega lennukitel).
See metall on ka uskumatult plastiline, nii et sellest saab valmistada mis tahes kuju - lehti, torusid, traati, teipi. Titaani kasutatakse laialdaselt meditsiiniliste proteeside (samal ajal sobib see bioloogiliselt ideaalselt inimese keha kudedega), ehete, spordivarustuse jms valmistamiseks.
Seda kasutatakse korrosioonivastaste omaduste tõttu ka keemiatootmises, see metall ei korrodeeru agressiivses keskkonnas. Niisiis pandi testimise eesmärgil merevette titaanplaat, mis 10 aastaga ei roostetanudki!
Suure elektritakistuse ja mittemagnetiseerivate omaduste tõttu kasutatakse seda laialdaselt raadioelektroonikas, näiteks mobiiltelefonide konstruktsiooniosades. Titaani kasutamine hambaravis on väga perspektiivikas, eriti oluline on selle sulamisvõime inimese luukoega, mis annab proteesimisel tugevust ja tugevust. Seda kasutatakse laialdaselt meditsiiniseadmete valmistamisel.
Uraan
Uraani looduslikke oksüdeerivaid omadusi on kasutatud juba antiikajast (1. sajand eKr) kollaste glasuuride valmistamisel keraamikas. Maailma praktikas üks tuntumaid kestvaid metalle, see on nõrgalt radioaktiivne ja seda kasutatakse tuumakütuse tootmisel. 20. sajandit nimetati isegi "Uraani ajastuks". Sellel metallil on paramagnetilised omadused.
Uraan on rauast 2,5 korda raskem, moodustab palju keemilisi ühendeid ning tootmises kasutatakse selle sulameid selliste elementidega nagu tina, plii, alumiinium, elavhõbe ja raud.
Volfram
See pole mitte ainult maailma tugevaim metall, vaid ka väga haruldane, mida isegi ei kaevandata kuskil, vaid saadi keemiliselt juba 1781. aastal Rootsis. Kõige temperatuurikindlam metall maailmas. Kõrge tulekindluse tõttu sobib see hästi sepistamiseks, samal ajal kui see tõmmatakse õhukeseks niidiks.
Selle kõige kuulsam kasutusala on lambipirnide volframniit. Seda kasutatakse laialdaselt spetsiaalsete tööriistade (lõikehambad, lõikurid, kirurgilised) ja ehete tootmisel. Oma omaduse tõttu mitte edastada radioaktiivseid kiiri kasutatakse seda tuumajäätmete ladustamiseks mõeldud konteinerite tootmiseks. Volframimaardlad Venemaal asuvad Altais, Tšukotkas ja Põhja-Kaukaasias.
Reenium
Oma nime sai see Saksamaal (Reini jõgi), kus see avastati 1925. aastal, metall ise on valget värvi. Seda kaevandatakse nii puhtal kujul (Kuriili saared) kui ka molübdeeni ja vase tooraine kaevandamisel, kuid väga väikestes kogustes.
Maa tugevaim metall on väga kõva ja tihe, sulab suurepäraselt. Tugevus on kõrge ja ei sõltu temperatuurimuutustest, puuduseks on kõrge hind, inimestele mürgine. Kasutatakse elektroonika- ja lennutööstuses.
Osmium
Raskeim element, näiteks kilogramm osmiumi, näeb välja nagu pall, mis mahub kergesti kätte. See kuulub plaatina metallide rühma, mille hind on mitu korda kõrgem kui kuld. Nimi sai oma nime halva lõhna tõttu keemilise reaktsiooni käigus, mille viis läbi inglise teadlane S. Tennant 1803. aastal.
Väliselt näeb see väga ilus välja: läikivad hõbedased kristallid sinise ja sinise varjundiga. Tavaliselt kasutatakse seda tööstuses muude metallide lisandina (suurendatud tugevusega metallkeraamilised lõikurid, meditsiiniliste nugade terad). Selle mittemagnetilisi ja vastupidavaid omadusi kasutatakse ülitäpsete instrumentide valmistamisel.
Berüllium
Selle hankis keemik Paul Lebo 19. sajandi lõpus. Algul sai see metall kommimaitse tõttu hüüdnime "magus". Siis selgus, et tal on muidki atraktiivseid ja originaalseid omadusi, näiteks ei taha ta astuda keemilistesse reaktsioonidesse muude elementidega, välja arvatud harvad erandid (halogeen).
Maailma tugevaim metall on ühtaegu nii kõva, rabe ja kerge kui ka väga mürgine. Selle erakordset tugevust (näiteks 1 mm läbimõõduga traat talub inimese raskust) kasutatakse laser- ja kosmosetehnoloogias ning tuumaenergeetikas.
Uued avastused
Võime rääkida väga tugevatest metallidest, kuid tehniline areng liigub edasi. California teadlased teatasid hiljuti maailmale "vedela metalli" (sõnast "vedelik") ilmumisest, mis on titaanist tugevam. Lisaks osutus see ülikergeks, painduvaks ja ülitugevaks. Seetõttu peavad teadlased looma ja välja töötama viise uue metalli kasutamiseks ning tulevikus võib-olla tegema palju rohkem avastusi.
Meie maailm on täis hämmastavaid fakte, mis pakuvad huvi paljudele inimestele. Erinevate metallide omadused pole erand. Nende elementide hulgas, mida maailmas on 94, on kõige plastilisemad ja tempermalmistumad, on ka kõrge elektrijuhtivusega või suure takistusteguriga. See artikkel keskendub kõige kõvematele metallidele ja nende ainulaadsetele omadustele.
Iriidium on kõrgeima kõvadusega metallide edetabelis esimesel kohal. Selle avastas 19. sajandi alguses inglise keemik Smithson Tennant. Iriidiumil on järgmised füüsikalised omadused:
- on hõbevalge värvusega;
- selle sulamistemperatuur on 2466 o C;
- keemistemperatuur - 4428 ° C;
- takistus - 5,3 10−8 Ohm m.
Kuna iriidium on planeedi kõige kõvem metall, on seda raske töödelda. Kuid seda kasutatakse endiselt erinevates tööstusvaldkondades. Näiteks valmistatakse sellest väikesed pallid, mida kasutatakse pastakate otsades. Iriidiumi kasutatakse kosmoserakettide komponentide, autode osade ja muu valmistamiseks.
Looduses leidub iriidiumi väga vähe. Selle metalli leiud on omamoodi tõendid selle kohta, et meteoriidid langesid selle leiukohta. Need kosmilised kehad sisaldavad märkimisväärses koguses metalli. Teadlased usuvad, et ka meie planeet on rikas iriidiumi poolest, kuid selle ladestused on Maa tuumale lähemal.
Teine koht meie nimekirjas läheb ruteeniumile. Selle inertse hõbedase metalli avastus kuulub Vene keemikule Karl Klausile, mis tehti 1844. aastal. See element kuulub plaatina rühma. See on haruldane metall. Teadlastel õnnestus kindlaks teha, et planeedil on umbes 5 tuhat tonni ruteeniumi. Aastas saab kaevandada ligikaudu 18 tonni metalli.
Piiratud koguse ja kõrge hinna tõttu kasutatakse ruteeniumi tööstuses harva. Seda kasutatakse järgmistel juhtudel:
- titaanile lisatakse väike kogus korrosiooniomaduste parandamiseks;
- selle sulamit plaatinaga kasutatakse väga vastupidavate elektrikontaktide valmistamiseks;
- Ruteeniumi kasutatakse sageli keemiliste reaktsioonide katalüsaatorina.
1802. aastal avastatud metall nimega tantaal on meie nimekirjas kolmandal kohal. Selle avastas Rootsi keemik A. G. Ekeberg. Pikka aega arvati, et tantaal on identne nioobiumiga. Kuid Saksa keemik Heinrich Rose suutis tõestada, et need on kaks erinevat elementi. Saksamaalt pärit teadlane Werner Bolton suutis 1922. aastal eraldada tantaali puhtal kujul. See on väga haruldane metall. Enamik tantaalimaagi maardlaid on avastatud Lääne-Austraaliast.
Tänu oma ainulaadsetele omadustele on tantaal väga nõutud metall. Seda kasutatakse erinevates valdkondades:
- meditsiinis kasutatakse tantaali traadi ja muude elementide valmistamiseks, mis suudavad kudesid koos hoida ja isegi luuasendajana toimida;
- selle metalliga sulamid on vastupidavad agressiivsele keskkonnale, mistõttu neid kasutatakse kosmoseseadmete ja elektroonika valmistamisel;
- tantaali kasutatakse ka tuumareaktorites energia tootmiseks;
- Elementi kasutatakse laialdaselt keemiatööstuses.
Kroom on üks kõvemaid metalle. See avastati Venemaal 1763. aastal Põhja-Uurali maardlast. Sellel on sinakasvalge värvus, kuigi on aegu, mil seda peetakse mustaks metalliks. Kroom ei ole haruldane metall. Selle maardlate poolest on rikkad järgmised riigid:
- Kasahstan;
- Venemaa;
- Madagaskar;
- Zimbabwe.
Kroomimaardlaid leidub ka teistes osariikides. Seda metalli kasutatakse laialdaselt erinevates metallurgia, teaduse, inseneri ja teistes harudes.
Kõige kõvemate metallide edetabelis sai viienda koha berüllium. Selle avastus kuulub Prantsusmaalt pärit keemikule Louis Nicolas Vauquelinile, mis tehti 1798. aastal. Sellel metallil on hõbedane valge värv. Vaatamata kõvadusele on berüllium habras materjal, mistõttu on selle töötlemine väga raske. Seda kasutatakse kvaliteetsete kõlarite loomiseks. Seda kasutatakse lennukikütuse, tulekindlate materjalide loomiseks. Metalli kasutatakse laialdaselt kosmosetehnoloogia ja lasersüsteemide loomisel. Seda kasutatakse ka tuumaenergiatööstuses ja röntgenitehnoloogia valmistamisel.
Kõige kõvemate metallide nimekirjas on ka osmium. See on plaatinarühma element ja on omadustelt sarnane iriidiumiga. See tulekindel metall on vastupidav agressiivsele keskkonnale, sellel on suur tihedus ja seda on raske töödelda. Selle avastas 1803. aastal Inglismaalt pärit teadlane Smithson Tennant. Seda metalli kasutatakse laialdaselt meditsiinis. Sellest valmistatakse südamestimulaatorite elemendid, seda kasutatakse ka kopsuklapi loomiseks. Seda kasutatakse laialdaselt ka keemiatööstuses ja sõjalistel eesmärkidel.
Üleminekuhõbedane metallireenium on meie nimekirjas seitsmendal kohal. Selle elemendi olemasolu oletuse tegi D. I. Mendelejev 1871. aastal ja Saksamaa keemikutel õnnestus see avastada 1925. aastal. 5 aasta jooksul pärast seda õnnestus luua selle haruldase, vastupidava ja tulekindla metalli kaevandamine. Sel ajal oli aastas võimalik saada 120 kg reeniumi. Nüüd on aastane metallitoodang kasvanud 40 tonnini. Seda kasutatakse katalüsaatorite tootmisel. Seda kasutatakse ka isepuhastuvate elektriliste kontaktide valmistamiseks.
Hõbehall volfram ei ole mitte ainult üks kõvemaid metalle, vaid annab ka tulekindluse. Seda saab sulatada ainult temperatuuril 3422 o C. Selle omaduse tõttu kasutatakse seda hõõguvate elementide loomiseks. Sellest elemendist valmistatud sulamid on suure tugevusega ja neid kasutatakse sageli sõjalistel eesmärkidel. Volframit kasutatakse ka kirurgiliste instrumentide valmistamiseks. Seda kasutatakse ka konteinerite valmistamiseks, milles hoitakse radioaktiivseid materjale.
Üks kõvemaid metalle on uraan. Selle avastas 1840. aastal keemik Peligot. Suure panuse selle metalli omaduste uurimisse andis D. I. Mendelejev. Uraani radioaktiivsed omadused avastas teadlane A. A. Becquerel 1896. aastal. Siis nimetas Prantsusmaalt pärit keemik tuvastatud metallikiirgust Becquereli kiirteks. Uraani leidub sageli looduses. Suurimad uraanimaagi leiukohad on Austraalia, Kasahstan ja Venemaa.
Kõige kõvemate metallide esikümnes saab lõpliku koha titaan. Esimest korda sai selle elemendi puhtal kujul Rootsist pärit keemik J. J. Berzelius 1825. aastal. Titaan on kerge, hõbevalge metall, mis on väga vastupidav ja vastupidav korrosioonile ja mehaanilisele pingele. Titaanisulameid kasutatakse paljudes masinaehituse, meditsiini ja keemiatööstuse harudes.
Kui rääkida kõvast ja vastupidavast metallist, siis oma kujutluses tõmbab inimene kohe mõõgaga ja turvises sõdalase. No või mõõgaga ja alati Damaskuse terasest. Kuid teras, kuigi tugev, ei ole puhas metall, see saadakse raua legeerimisel süsiniku ja mõne muu metallilisandiga. Ja vajadusel töödeldakse terast selle omaduste muutmiseks.
Kerge, vastupidav hõbevalge metall
Iga lisand, olgu see siis kroom, nikkel või vanaadium, vastutab teatud kvaliteedi eest. Kuid titaani lisatakse tugevuse huvides - saadakse kõige kõvemad sulamid.Ühe versiooni järgi sai metall oma nime Maajumalanna Gaia võimsate ja kartmatute laste titaanide järgi. Kuid teise versiooni järgi on hõbedane aine saanud oma nime haldjakuninganna Titania järgi.
Titaani avastasid Saksa ja Inglise keemikud Gregor ja Klaproth teineteisest sõltumatult kuueaastase erinevusega. See juhtus 18. sajandi lõpus. Aine võttis kohe oma koha Mendelejevi perioodilises süsteemis. Kolm aastakümmet hiljem saadi esimene metallilise titaani proov. Ja pikka aega ei kasutatud metalli selle hapruse tõttu. Täpselt enne 1925. aastat – see oli siis, pärast mitmeid katseid saadi puhas titaan jodiidimeetodil. Avastus oli tõeline läbimurre. Titaan osutus tehnoloogiliselt arenenuks, disainerid ja insenerid juhtisid sellele kohe tähelepanu. Ja nüüd saadakse metalli maagist, peamiselt magneesiumtermilise meetodiga, mis pakuti välja 1940. aastal.
Kui me puudutame titaani füüsikalisi omadusi, siis võime märkida selle suurt eritugevust, tugevust kõrgetel temperatuuridel, madalat tihedust ja korrosioonikindlust. Titaani mehaaniline tugevus on kaks korda suurem kui raual ja kuus korda suurem alumiiniumil. Kõrgel temperatuuril, kus kergsulamid enam ei tööta (magneesiumi ja alumiiniumi baasil), tulevad appi titaanisulamid. Näiteks 20 kilomeetri kõrgusel asuv lennuk arendab helikiirusest kolm korda suuremat kiirust. Ja selle korpuse temperatuur on umbes 300 kraadi Celsiuse järgi. Ainult titaanisulam talub selliseid koormusi.
Looduses esinemise poolest on metall kümnendal kohal. Titaani kaevandatakse Lõuna-Aafrikas, Venemaal, Hiinas, Ukrainas, Jaapanis ja Indias. Ja see pole riikide täielik loetelu.
Titaan on maailma tugevaim ja kergeim metall
Metalli kasutusvõimaluste loetelu on arvestatav. Need on sõjatööstus, osteoproteesid meditsiinis, ehted ja sporditooted, mobiiltelefonide trükkplaadid ja palju muud. Rakettide, lennukite ja laevaehituse disainerid tõstavad pidevalt titaani. Isegi keemiatööstus ei jätnud metalli järelevalveta. Titaan sobib valamiseks suurepäraselt, kuna valamisel on kontuurid täpsed ja sileda pinnaga. Aatomite paigutus titaanis on amorfne. Ja see tagab kõrge tõmbetugevuse, sitkuse ja suurepärased magnetilised omadused.
Kõvemad metallid kõrgeima tihedusega
Osmium ja iriidium kuuluvad ka kõige kõvemate metallide hulka. Need on plaatinarühma ained, neil on suurim, peaaegu identne tihedus.Iriidium avastati 1803. aastal. Metalli avastas Inglismaa keemik Smithson Tennat Lõuna-Ameerikast pärit loodusliku plaatina uurimise käigus. Muide, vanakreeka keelest on "iriidium" tõlgitud kui "vikerkaar".
Kõige kõvemat metalli on üsna raske hankida, kuna seda looduses peaaegu ei leidu. Ja sageli leitakse metalli maapinnale kukkunud meteoriitidest. Teadlaste hinnangul peaks iriidiumi sisaldus meie planeedil olema palju suurem. Kuid tänu metalli omadustele - siderofiilsusele - asub see maakera sisemuse kõige sügavamal.
Iriidiumi on üsna raske töödelda nii termiliselt kui ka keemiliselt. Metall ei reageeri hapetega, isegi hapete kombinatsioonidega temperatuuril alla 100 kraadi. Samal ajal allub aine oksüdatsiooniprotsessidele veekogus (see on vesinikkloriid- ja lämmastikhappe segu).
Elektrienergia allikana on huvipakkuv iriidiumi isotoop 193 m 2. Kuna metalli poolestusaeg on 241 aastat. Iridium on leidnud laialdast rakendust paleontoloogias ja tööstuses. Seda kasutatakse pastakate otste valmistamisel ja maakera erinevate kihtide vanuse määramisel.
Kuid osmium avastati aasta hiljem kui iriidium. Seda kõva metalli leiti plaatina sademe keemilises koostises, mis lahustati vees. Ja nimi "osmium" tuli vanakreeka sõnast "lõhn". Metall ei allu mehaanilisele pingele. Samas on üks liiter osmiumi mitu korda raskem kui kümme liitrit vett. See kinnistu on aga siiani kasutamata.
Osmiumi kaevandatakse Ameerika ja Venemaa kaevandustes. Selle maardla on rikkalik ka Lõuna-Aafrikas. Üsna sageli leidub metalli raudmeteoriitides. Spetsialistide jaoks pakub huvi osmium-187, mida eksporditakse ainult Kasahstanist. Seda kasutatakse meteoriitide vanuse määramiseks. Väärib märkimist, et ainult üks gramm isotoopi maksab 10 tuhat dollarit.
Noh, nad kasutavad osmiumi tööstuses. Ja mitte puhtal kujul, vaid volframiga kõvasulami kujul. Toodetud hõõglampide ainest. Osmium on ammoniaagi valmistamise katalüsaator. Harva valmistatakse lõikeosad operatsiooni vajadusteks metallist.
Kõige kõvem puhas metall
Kõige kõvem planeedi puhtaimatest metallidest on kroom. See on hästi töödeldav. Sinakasvalge metall avastati 1766. aastal Jekaterinburgi lähistelt. Seejärel sai mineraal nime "Siberi punane plii". Selle kaasaegne nimi on krokoiit. Mõni aasta pärast avastust, nimelt 1797. aastal, eraldas prantsuse keemik Vauquelin metallist uue, juba tulekindla metalli. Tänapäeva eksperdid usuvad, et saadud aine on kroomkarbiid. 
Selle elemendi nimi on tuletatud kreekakeelsest "värvist", kuna metall ise on kuulus oma ühendite värvide mitmekesisuse poolest. Kroom on looduses üsna lihtne leida, see on tavaline. Metalli võib leida nii tootmiselt esikohal olevast Lõuna-Aafrikast, aga ka Kasahstanist, Zimbabwest, Venemaalt ja Madagaskarilt. Maardlaid on Türgis, Armeenias, Indias, Brasiilias ja Filipiinidel. Spetsialistid hindavad eriti mõnda kroomiühendit – need on kroomi rauamaak ja krokoiit.
Maailma kõvem metall on volfram
Volfram on keemiline element, kõige kõvem, kui arvestada seda koos teiste metallidega. Selle sulamistemperatuur on ebatavaliselt kõrge, kõrgem on ainult süsinik, kuid see pole metalliline element.Kuid samal ajal ei võta volframi loomulik kõvadus sellelt paindlikkust ja nõtkust, mis võimaldab sellest sepistada vajalikke detaile. Just selle painduvus ja kuumakindlus muudab volframi ideaalseks materjaliks näiteks valgustite ja telerite väikeste osade sulatamiseks.
Volframit kasutatakse ka tõsisemates valdkondades, näiteks relvade valmistamisel - vastukaalude ja suurtükimürskude valmistamiseks. Sellel volframil on suur tihedus, mis teeb sellest raskete sulamite peamise aine. Volframi tihedus on oma väärtuselt lähedane kullale – vahe moodustab vaid mõni kümnendik.
Saidilt saate lugeda, millised metallid on kõige pehmemad, kuidas neid kasutatakse ja millest need on valmistatud.
Tellige meie kanal Yandex.Zenis
Paljud huvitavate faktide fännid on huvitatud küsimusest, milline metall on kõige raskem? Ja sellele küsimusele vastamine ei ole lihtne. Muidugi oskab iga keemiaõpetaja lihtsalt ilma mõtlemata õigesti öelda. Kuid tavakodanike seas, kes viimati koolis keemiat õppisid, ei suuda paljud õigesti ja kiiresti vastata. Selle põhjuseks on asjaolu, et kõik on lapsepõlvest saati harjunud erinevaid mänguasju traadist valmistama ja mäletasid hästi, et vask ja alumiinium on pehmed ja kergesti painutavad, kuid terasest, vastupidi, pole nii lihtne soovitud kuju anda. Inimene tegeleb kõige sagedamini kolme nimetatud metalliga, mistõttu ta ei arvestagi ülejäänud kandidaatidega. Kuid teras pole kindlasti maailma kõige kõvem metall. Ausalt öeldes tuleb märkida, et see ei ole üldse metall keemilises mõttes, vaid raua ühend süsinikuga.
Mis on titaan?
Kõige kõvem metall on titaan. Puhas titaan saadi esmakordselt 1925. aastal. See avastus tekitas teadusringkondades silmapaistvuse. Töösturid juhtisid kohe tähelepanu uuele materjalile ja hindasid selle kasutamise eeliseid. Ametliku versiooni kohaselt sai Maa kõvem metall oma nime hävimatute titaanide auks, kes Vana-Kreeka mütoloogia järgi olid maailma rajajad.
Teadlaste sõnul on titaani koguvarud maailmas täna umbes 730 miljonit tonni. Fossiilsete toorainete kaevandamise praeguse tempo juures jätkub sellest veel 150 aastaks. Titaan on kõigi teadaolevate metallide hulgas loodusvarude poolest 10. kohal. Maailma suurim titaanitootja on Venemaa ettevõte VSMPO-Avisma, mis rahuldab kuni 35% maailma vajadustest. Ettevõte tegeleb täistöötlemistsükliga maagi kaevandamisest kuni erinevate toodete valmistamiseni. See hõivab umbes 90% Venemaa titaani tootmisturust. Umbes 70% valmistoodangust eksporditakse.
Titaan on kerge, hõbedane metall, mille sulamistemperatuur on 1670 kraadi Celsiuse järgi. Sellel on kõrge keemiline aktiivsus ainult kuumutamisel; tavatingimustes ei reageeri see enamiku keemiliste elementide ja ühenditega. Looduses seda puhtal kujul ei esine. See on levinud rutiili (titaandioksiid) ja ilmeniidi (titaandioksiidist ja raudoksiidist koosnev kompleksaine) maakide kujul. Puhas titaan saadakse maagi paagutamisel klooriga ja seejärel aktiivsema metalli (kõige sagedamini magneesiumi) väljatõrjumisel saadud tetrakloriidist.
Titaani tööstuslikud rakendused
Kõige kõvemal metallil on paljudes tööstusharudes üsna lai kasutusala. Amorfselt paigutatud aatomid tagavad titaani kõrgeima tõmbe- ja väändetugevuse, hea löögikindluse ja kõrgete magnetiliste omadustega. Metallist kasutatakse õhutranspordi kerede ja rakettide valmistamiseks. See tuleb hästi toime tohutute koormustega, mida masinad kogevad suurel kõrgusel. Titaani kasutatakse ka allveelaevade kerede valmistamisel, kuna see on võimeline taluma kõrget survet suurel sügavusel.
Meditsiinitööstuses kasutatakse metalli proteeside ja hambaimplantaatide, aga ka kirurgiliste instrumentide valmistamisel. Legeeriva elemendina lisatakse elementi mõnele teraseklassile, mis suurendab nende tugevust ja korrosioonikindlust. Titaan sobib hästi valamiseks, kuna võimaldab saada ideaalselt siledad pinnad. Sellest valmistatakse ka ehteid ja dekoratiivesemeid. Titaaniühendeid kasutatakse ka aktiivselt. Värvid, valged, on valmistatud dioksiidist, neid lisatakse paberi ja plasti koostisesse.
Keerulisi orgaanilisi titaansoolasid kasutatakse värvide ja lakkide tootmisel kõvenemiskatalüsaatorina. Titaankarbiidi kasutatakse mitmesuguste tööriistade ja lisaseadmete valmistamiseks muude metallide töötlemiseks ja puurimiseks. Täppistehnikas kasutatakse titaanalumiiniidi kulumiskindlate elementide tootmiseks, millel on kõrge ohutusvaru.
Kõige kõvema metallisulami said Ameerika teadlased 2011. aastal. See koosneb pallaadiumist, ränist, fosforist, germaaniumist ja hõbedast. Uus materjal sai nimeks "metallikklaas". Ta ühendas klaasi kõvaduse ja metalli plastilisuse. Viimane ei lase pragudel levida, nagu juhtub tavalise klaasiga. Loomulikult ei võetud materjali laialdaselt tootmisse, kuna selle komponendid, eriti pallaadium, on haruldased metallid ja on väga kallid.
Hetkel on teadlaste jõupingutused suunatud alternatiivsete komponentide leidmisele, mis säilitaksid saadud omadused, kuid vähendaksid oluliselt tootmiskulusid. Saadud sulamist toodetakse aga juba üksikuid osi kosmosetööstuse jaoks. Kui konstruktsiooni suudetakse sisse tuua alternatiivsed elemendid ja materjal läheb laialt levima, siis on täiesti võimalik, et sellest saab üks tuleviku nõutumaid sulameid.
