A keményfémek és ötvözetek kopásálló anyagok, amelyek magas hőmérsékleten (900-1100 fok) is megőrzik tulajdonságaikat. Több mint száz éve ismerik az emberek.
Általános tulajdonságok
A keményötvözetek főként króm, tantál, titán, volfrám alapúak, különféle mennyiségű nikkel vagy kobalt hozzáadásával. A gyártás során tartós karbidokat használnak, amelyek nem bomlanak ki és nem oldódnak ki magas hőmérsékleten. A keményfém önthető vagy szinterezhető. A karbidok törékenyek. Ebben a tekintetben, hogy szilárd anyagot képezzenek, szemcséiket megfelelő fémekkel kötik össze. Ez utóbbiak a vas, kobalt, nikkel.
Öntött kapcsolatok
Az ezzel a módszerrel kapott keményfém szerszámot a munkadarab anyaga és a leereszkedő forgácsok nagy kopásállósága jellemzi. Nem veszítik el tulajdonságaikat 750-1100 fokos fűtési hőmérsékleten. Megállapítást nyert, hogy az olvasztással vagy öntéssel, egy kilogramm volfrám hozzáadásával készült termékek ötször több anyagot képesek feldolgozni, mint az azonos W-tartalmú gyorsacél tárgyak, az ilyen vegyületek egyik hátránya a ridegségük. A kobalt arányának csökkenésével a készítményben növekszik. A keményfém marók sebessége 3-4-szer nagyobb, mint az acélé.
Szinterezett anyagok
Ezek közé tartozik egy fémszerű kötés, amelyet ötvözet vagy fém köt össze. Alapvetően titán- vagy volfrám-karbidot (beleértve a komplexet is), valamint tantálot, titán-karbonidot használnak. Ritkábban boridokat használnak a gyártás során. Az anyag szemcséinek tartására szolgáló mátrix egy kötőanyag - ötvözet vagy fém. Általában kobalt. Ez egy szénsemleges elem. A kobalt nem képezi saját karbidjait, és nem pusztít el másokat. Ritkábban a nikkelt és molibdénnel való kombinációját kötegben használják.
Összehasonlító jellemzők
A szinterezett anyagokat por módszerrel állítják elő. Az ilyen típusú keményötvözetek feldolgozását csak köszörüléssel vagy fizikai és kémiai módszerekkel (lézerrel, savakkal való maratással, ultrahanggal stb.) végezzük. Az öntött termékek keményedésnek, lágyításnak, öregedésnek és így tovább vannak kitéve. Szerszámok keményítésére tervezték. A porított anyagokat forrasztással vagy mechanikusan rögzítik.
Osztályozás
Kobalt-, tantál-, volfrám- és titán-karbid-tartalomtól függ. E tekintetben a vizsgált anyagok három csoportra oszthatók. A vegyületek márkáinak kijelölésekor betűket használnak:
- Volfrámkarbid - "B".
- Kobalt - "K".
- Titán-karbid - az első "T".
- A tantál-karbid a második "T".
A betűk utáni számok az összetevők hozzávetőleges százalékos arányát jelzik. A vegyület többi része (legfeljebb 100%) volfrám-karbid. A végén jelzett betűk a szerkezet szemcsézettségét jelzik: "B" - nagy, "M" - kicsi, "OM" - extra finom. Az ipar VK (volfrám), TTK (titán-tantál-volfrám) és TK (titán-volfrám) minőségű keményötvözeteket gyárt.
Jellemzők
A keményötvözetek fő tulajdonságai a nagy szilárdságuk és kopásállóságuk. Ugyanakkor a vizsgált anyagokat az acélhoz képest alacsonyabb viszkozitás és hővezető képesség jellemzi. Ezt figyelembe kell venni a termékek használatakor. A kemény ötvözet kiválasztásakor számos ajánlást kell követnie:
- A volfrámtermékeket a titán-volfrám termékekkel összehasonlítva az acéllal való alacsonyabb hegeszthetőségi hőmérséklet jellemzi. Ebben a tekintetben öntöttvas, színesfém és nemfémes anyagok kezelésére használják.
- Acélhoz ajánlatos a TK csoportba tartozó vegyületeket használni.
- A keményfém minőségű TTK fokozott szívóssággal és pontossággal rendelkezik. Acélkovácsolással, öntvényekkel, kedvezőtlen körülmények között történő munkához használják.
- A kis forgácsszakaszú finom- és finomesztergálást finomszemcsés szerkezetű, alacsonyabb kobalttartalmú keményfém sorja biztosítja.
- Kedvezőtlen körülmények és ütőterheléses anyagokkal végzett durva munkavégzés esetén tanácsos magas kobalttartalmú vegyületeket használni. Ugyanakkor durva szemcsés szerkezettel kell rendelkezniük.
- A simítást és nagyolást a folyamatos forgácsolási eljárásban főként olyan vegyületekkel végzik, amelyek átlagos százalékos kobaltot tartalmaznak.
Por anyagok
Két csoport képviseli őket: volfrámot tartalmazó és nem tartalmazó. Az első esetben a keményötvözet műszaki porított W és ferrotungsten keveréke formájában van jelen, karburáló komponensekkel. A Szovjetunióban készült. Ezt a kemény ötvözetet "vokar"-nak hívják. Az anyag gyártási folyamata a következő:
- A nagy százalékban ferrotfrámot és a technikai porított W-t őrölt koksszal, koromgal és más hasonló komponensekkel keverik.
- A kapott masszát cukorszirupon vagy gyantán sűrű masszává gyúrjuk.
- A keverékből briketteket nyomunk, amelyeket enyhén megégetünk. Ez az illékony vegyületek eltávolításához szükséges.
- Égetés után a brikettet megőrlik és átszitálják.
A kész anyag így törékeny fekete szemcsés megjelenést kölcsönöz. Méretük 1-3 mm. Az ilyen anyagok megkülönböztető jellemzője a nagy tömegük.
sztálinit
Ez a kemény ötvözet nem tartalmaz volfrámot, ami olcsó anyaggá teszi. Szintén a szovjet években találták fel, és széles körben használják az iparban. A gyakorlat azt mutatja, hogy annak ellenére, hogy ez a kemény ötvözet nem tartalmaz volfrámot, magas mechanikai jellemzőkkel rendelkezik, és a legtöbb esetben megfelel a műszaki követelményeknek. A sztálinit jelentős előnyökkel rendelkezik a wolfram anyagokkal szemben. Először is alacsony (1300-1350 fok) olvadáspont. A wolfram anyagok csak 2700 foktól változnak. Az 1300-1350 fokos olvadási hőmérséklet nagyban megkönnyíti a felületképzést, növeli a termelékenységét. A sztalinit alapanyagaként olcsó porított ferroötvözetek, ferromangán és ferrokróm keverékét használják. Ennek az anyagnak az előállítása hasonló a volfrámvegyületek gyártási folyamatához. A sztálinit 16-20% krómot, 13-17% mangánt tartalmaz.
Alkalmazás
A modern iparban a keményötvözeteket széles körben használják. Ugyanakkor az anyagokat folyamatosan fejlesztik. Ennek a termelési ágazatnak a fejlesztése két irányban valósul meg. Mindenekelőtt az ötvözetek összetételét javítják, gyártásuk technológiáját javítják. Emellett innovatív módszereket vezetnek be a vegyületek termékekre való felvitelére. A keményfém szerszámok hozzájárulnak a munka termelékenységének jelentős növekedéséhez. Ezt a termékek magas kopásállósága és hőállósága biztosítja. Az ilyen jellemzők lehetővé teszik, hogy 3-5-ször nagyobb sebességgel dolgozzon, mint az acél esetében. Ilyen előnyökkel jár például a modern sorja. A fejlett technológiákkal (elektrokémiai és elektrofizikai módszerekkel) előállított keményfém anyagok, beleértve a gyémánt nyersdarabok felhasználását is, ma az egyik legkeresettebbek az iparágban.
Fejlesztések
Napjainkban a hazai iparban különféle tanulmányok folynak, beleértve a keményötvözetek jellemzőinek javításának lehetőségének mélyreható elemzését. Főleg az anyagok granulometriai és kémiai összetételére vonatkoznak.
Az elmúlt néhány év meglehetősen sikeres példájaként a TSN csoport vegyületei említhetők. Az ilyen ötvözetek kifejezetten agresszív savas környezetben működő súrlódó egységek számára készültek. Ez a csoport továbbra is új vegyületeket fejleszt a VN csoportban, amelyet az Összoroszországi NIITS javasolt.
A kutatás során megállapították, hogy a keményfém fázis szemcseméretének csökkenésével jelentősen megnőnek az ötvözetek szilárdsága és keménysége. A részecskeméret-eloszlás szabályozására és plazmacsökkentésére szolgáló technológiák napjainkban lehetővé teszik egy mikronnál kisebb frakcióméretű anyagok előállítását. A TSN márka ötvözeteit ma széles körben használják olaj-, gáz- és vegyi szivattyúegységek gyártásában.
orosz ipar
A termelés és a tudományos fejlesztés területén tevékenykedő egyik vezető vállalkozás a Kirovogradi Keményötvözetgyár. A KZTS nagy tapasztalattal rendelkezik az innovatív technológiák gyártásba való bevezetésében. Ez lehetővé teszi számára, hogy első pozíciókat foglaljon el Oroszország ipari piacán. A cég szinterezett keményötvözet szerszámok és termékek, fémporok gyártására specializálódott. A kérdést 1942 januárja óta hozták létre. Az 1990-es évek végén a céget modernizálták. Az elmúlt néhány évben a Kirovogradi Keményötvözetgyár a továbbfejlesztett, sokoldalú kopásálló, többrétegű kopásálló váltólapkák gyártására összpontosította tevékenységét. A cég új, volfrámmentes kompozíciókat is fejleszt.
Következtetés
Számos ipari vállalkozás pozitív tapasztalata azt sugallja, hogy a közeljövőben a wolframmentes ötvözetek nemcsak még népszerűbbé válnak majd, hanem képesek lesznek kiváltani a sajtoló- és vágótermékek, a nehéz körülmények között működő gépelemek gyártásához használt egyéb anyagokat is. feltételek, felszerelések és szerszámok. Mára a karbonitrid és titán-karbid alapú vegyületek egy egész csoportját hoztak létre. Számos ipari területen használják őket. Széles körben elterjedt, különösen a keményötvözetek TV4, LCK20, KTN16, TN50, TN20. Az új fejlesztések közé tartoznak a tantál TaC, nióbium NbC, hafnium HfC, titán TiC csoportok anyagai. Az ezen ötvözeteket használó szerszámok kiadása lehetővé teszi a wolfram viszonylag olcsó adalékanyagokkal való helyettesítését, így bővül a felhasznált alapanyagok köre. Ez pedig biztosítja a sajátos tulajdonságokkal rendelkező és nagyobb teljesítményű termékek előállítását.
A fémet ősidők óta használták az emberek. A természetben a leginkább hozzáférhető és legmegmunkálhatóbb fém a réz. Réztermékeket háztartási eszközök formájában találnak a régészek az ősi települések ásatásai során. A technológiai fejlődés előrehaladtával az ember megtanult különféle fémekből ötvözeteket készíteni, amelyek hasznosak voltak számára háztartási cikkek és fegyverek gyártásában. És így megjelent a világ legerősebb metalja.
Titán
Ezt a szokatlanul szép ezüst-fehér fémet a 18. század végén szinte egyszerre fedezte fel két tudós - az angol W. Gregory és a német M. Klaproth. Az egyik változat szerint a titán az ókori görög mítoszok szereplői, a hatalmas titánok tiszteletére kapta a nevét, a másik szerint - Titániától, a germán mitológiából származó tündérkirálynőtől - könnyedsége miatt. Akkoriban azonban nem találtak rá hasznot.
Aztán 1925-ben a holland fizikusok el tudták izolálni a tiszta titánt, és felfedezték annak számos előnyét. Ezek a nagy gyárthatósági arányok, a fajlagos szilárdság és a korrózióállóság, valamint a nagyon nagy szilárdság magas hőmérsékleten. Magas korrózióállósággal is rendelkezik. Ezek a fantasztikus alakok azonnal vonzották a mérnököket és a tervezőket.
1940-ben Krol tudós tiszta titánt nyert magnézium-termikus módszerrel, és azóta ez a módszer a fő módszer. A föld legerősebb fémét a világon sok helyen bányászják - Oroszországban, Ukrajnában, Kínában, Dél-Afrikában és másokban.
A titán mechanikai paramétereit tekintve kétszer erősebb a vasnál, hatszor erősebb az alumíniumnál. A titánötvözetek jelenleg a legerősebbek a világon, ezért alkalmazásra találtak a katonai (tengeralattjáró-, rakétagyártás), a hajógyártásban és a repülési iparban (szuperszonikus repülőgépeken).
Ez a fém is hihetetlenül képlékeny, így bármilyen forma készíthető belőle - lemez, csövek, drót, szalag. A titánt széles körben használják orvosi protézisek (egyben biológiailag ideálisan kompatibilis az emberi test szöveteivel), ékszerek, sportfelszerelések stb.
Vegyi gyártásban is használják korróziógátló tulajdonságai miatt, ez a fém agresszív környezetben nem korrodálódik. Tehát tesztelés céljából tengervízbe tettek egy titánlapot, és 10 év alatt még csak nem is rozsdásodott!
Nagy elektromos ellenállása és nem mágnesező tulajdonságai miatt széles körben használják a rádióelektronikában, például mobiltelefonok szerkezeti részein. A titán felhasználása a fogászatban nagyon ígéretes, különösen fontos az emberi csontszövettel való összeolvadó képessége, ami erőt és szilárdságot ad a protetika során. Széles körben használják orvosi műszerek gyártásában.
Uránusz
Az urán természetes oxidáló tulajdonságait már az ókorban (Kr. e. 1. század) használták kerámia sárga mázainak előállítására. A világgyakorlatban az egyik legismertebb tartós fém, gyengén radioaktív, nukleáris üzemanyag gyártásánál használják. A 20. századot még az „Uránusz korának” is nevezték. Ez a fém paramágneses tulajdonságokkal rendelkezik.
Az urán 2,5-szer nehezebb, mint a vas, számos kémiai vegyületet képez, és ötvözeteit olyan elemekkel, mint az ón, ólom, alumínium, higany és vas használják a gyártás során.
Volfrám
Ez nem csak a világ legerősebb fémje, hanem nagyon ritka is, amit nem is bányásznak sehol, hanem kémiai úton nyerték még 1781-ben Svédországban. A világ leghőállóbb fémje. Nagy tűzállósága miatt jól kovácsolható, miközben vékony cérnára húzódik.
Leghíresebb felhasználása izzók wolframszálaként. Széles körben használják speciális szerszámok (metszőfogak, vágó, sebészeti) és ékszergyártásban. Radioaktív sugarakat nem továbbító tulajdonsága miatt nukleáris hulladék tárolására szolgáló konténerek gyártására használják. Az oroszországi volfrámlelőhelyek Altajban, Chukotkában és az Észak-Kaukázusban találhatók.
Rénium
Nevét Németországban (Rajna folyó) kapta, ahol 1925-ben fedezték fel, maga a fém fehér színű. Mind tiszta formában (Kuril-szigetek), mind molibdén és réz nyersanyag kitermelésében bányászják, de nagyon kis mennyiségben.
A föld legerősebb féme nagyon kemény és sűrű, tökéletesen olvad. A szilárdság magas és nem függ a hőmérséklet-változásoktól, hátránya a magas költség, mérgező az emberre. Az elektronikai és a repülési iparban használják.
Ozmium
A legnehezebb elem, például egy kilogramm ozmium úgy néz ki, mint egy labda, amely könnyen elfér a kézben. A platina fémek csoportjába tartozik, ára többszöröse az aranynak. A név egy kémiai reakció során fellépő rossz szag miatt kapta a nevét, amelyet S. Tennant angol tudós hajtott végre 1803-ban.
Külsőleg nagyon szépnek tűnik: fényes ezüst kristályok kék és kék árnyalattal. Általában más fémek adalékaként használják az iparban (megnövelt szilárdságú fém-kerámia marók, orvosi kések pengéi). Nem mágneses és tartós tulajdonságait nagy pontosságú műszerek gyártása során használják fel.
Berillium
Paul Lebo vegyész szerezte meg a 19. század végén. Eleinte ezt a fémet "édes" becenévvel illették édeskés íze miatt. Aztán kiderült, hogy más vonzó és eredeti tulajdonságokkal is rendelkezik, például nem akar kémiai reakcióba lépni más elemekkel, ritka kivételekkel (halogén).
A világ legerősebb féme kemény, törékeny és könnyű, ugyanakkor rendkívül mérgező. Kivételes szilárdságát (például egy 1 mm átmérőjű huzal elbírja az ember súlyát) a lézer- és űrtechnológiában, valamint az atomenergiában hasznosítják.
Új felfedezések
Továbbra is beszélhetünk nagyon erős fémekről, de a technikai fejlődés halad előre. Kaliforniai tudósok a közelmúltban jelentették be a világnak egy "folyékony fém" (a "folyékony" szóból) megjelenését, amely erősebb a titánnál. Ráadásul szuperkönnyűnek, rugalmasnak és nagy szilárdságúnak bizonyult. Ezért a tudósoknak meg kell alkotniuk és ki kell dolgozniuk egy új fém felhasználásának módjait, és a jövőben talán még sok felfedezést kell tenniük.
Világunk tele van csodálatos tényekkel, amelyek sok embert érdekelnek. A különféle fémek tulajdonságai sem kivételek. Ezen elemek között, amelyekből 94 van a világon, vannak a leginkább képlékenyek és képlékenyebbek, vannak olyanok is, amelyek nagy elektromos vezetőképességűek vagy nagy ellenállási együtthatóval rendelkeznek. Ez a cikk a legkeményebb fémekre, valamint egyedi tulajdonságaikra összpontosít.
Az irídium az első helyen áll a legmagasabb keménységű fémek listáján. A 19. század elején fedezte fel Smithson Tennant angol kémikus. Az irídium a következő fizikai tulajdonságokkal rendelkezik:
- ezüstös fehér színű;
- olvadáspontja 2466 o C;
- forráspont - 4428 ° C;
- ellenállás - 5,3 10-8 Ohm m.
Mivel az irídium a legkeményebb fém a bolygón, nehéz feldolgozni. De még mindig használják különféle ipari területeken. Például kis golyókat készítenek belőle, amelyeket tollhegyekben használnak. Az irídiumot űrrakéták alkatrészeinek, autók egyes alkatrészeinek és egyebeknek a gyártására használják.
Nagyon kevés irídium található a természetben. Ennek a fémnek a leletei egyfajta bizonyíték arra, hogy meteoritok estek le arra a helyre, ahol megtalálták. Ezek a kozmikus testek jelentős mennyiségű fémet tartalmaznak. A tudósok úgy vélik, hogy bolygónk is gazdag irídiumban, de lelőhelyei közelebb vannak a Föld magjához.
A listánk második helyén a ruténium áll. Ennek az inert ezüstös fémnek a felfedezése Karl Klaus orosz vegyészé, amelyet 1844-ben készítettek. Ez az elem a platina csoportba tartozik. Ez egy ritka fém. A tudósoknak sikerült megállapítaniuk, hogy körülbelül 5 ezer tonna ruténium található a bolygón. Évente hozzávetőleg 18 tonna fém bányászható.
Korlátozott mennyisége és magas ára miatt a ruténiumot ritkán használják az iparban. A következő esetekben használják:
- kis mennyiséget adnak a titánhoz a korróziós tulajdonságok javítása érdekében;
- platinával készült ötvözete rendkívül tartós elektromos érintkezők készítésére szolgál;
- A ruténiumot gyakran használják kémiai reakciók katalizátoraként.
Az 1802-ben felfedezett tantál nevű fém a harmadik helyen áll a listánkon. A. G. Ekeberg svéd kémikus fedezte fel. Sokáig azt hitték, hogy a tantál azonos a nióbiummal. De a német kémikusnak, Heinrich Rose-nak sikerült bebizonyítania, hogy ez két különböző elem. A német Werner Bolton tudósnak 1922-ben sikerült tiszta formájában izolálnia a tantált. Ez egy nagyon ritka fém. A legtöbb tantálérc lelőhelyet Nyugat-Ausztráliában fedezték fel.
Egyedülálló tulajdonságai miatt a tantál nagyon keresett fém. Különféle területeken használják:
- az orvostudományban a tantálból drótot és más olyan elemeket készítenek, amelyek össze tudják tartani a szöveteket, sőt csontpótlóként is funkcionálnak;
- az ezzel a fémmel készült ötvözetek ellenállnak az agresszív környezetnek, ezért repülőgép- és űrtechnikai berendezések és elektronika gyártásához használják őket;
- a tantálot atomreaktorokban is energia előállítására használják;
- Az elemet széles körben használják a vegyiparban.
A króm az egyik legkeményebb fém. Oroszországban 1763-ban fedezték fel az észak-uráli lelőhelyen. Kékes-fehér színe van, bár van amikor black metalnak számít. A króm nem ritka fém. A következő országok gazdagok lelőhelyeiben:
- Kazahsztán;
- Oroszország;
- Madagaszkár;
- Zimbabwe.
Más államokban is vannak krómlerakódások. Ezt a fémet széles körben használják a kohászat, a tudomány, a mérnöki és egyéb ágakban.
A legkeményebb fémek listáján az ötödik helyet a berillium szerezte meg. Felfedezése a francia Louis Nicolas Vauquelin vegyészé, amelyet 1798-ban készítettek. Ez a fém ezüstfehér színű. Keménysége ellenére a berillium rideg anyag, ami nagyon megnehezíti a feldolgozását. Kiváló minőségű hangszórók készítésére szolgál. Repülőgép-üzemanyag, tűzálló anyagok előállítására használják. A fémet széles körben használják repülőgép-technológia és lézerrendszerek létrehozásában. Az atomenergia-iparban és a röntgentechnika gyártásában is használják.
A legkeményebb fémek listáján az ozmium is szerepel. A platinacsoport egyik eleme, és tulajdonságaiban hasonló az irídiumhoz. Ez a tűzálló fém ellenáll az agresszív környezetnek, nagy a sűrűsége és nehezen feldolgozható. Smithson Tennant angliai tudós fedezte fel 1803-ban. Ezt a fémet széles körben használják az orvostudományban. Pacemaker elemei készülnek belőle, tüdőbillentyűt is készítenek belőle. Széles körben használják a vegyiparban és katonai célokra is.
Az átmeneti ezüstfém-rénium a hetedik helyen áll a listánkon. Ennek az elemnek a létezésére vonatkozó feltételezést D. I. Mengyelejev 1871-ben tette fel, és a német vegyészeknek 1925-ben sikerült felfedezniük. Ezt követően 5 éven belül sikerült megvalósítani ennek a ritka, tartós és tűzálló fémnek a kitermelését. Abban az időben évente 120 kg réniumot lehetett nyerni. Most az éves fémtermelés mennyisége 40 tonnára nőtt. Katalizátorok előállítására használják. Öntisztuló elektromos érintkezők készítésére is használják.
Az ezüstszürke wolfram nemcsak az egyik legkeményebb fém, hanem a tűzállóságban is vezető szerepet tölt be. Csak 3422 o C hőmérsékleten olvasztható, tulajdonságának köszönhetően izzóelemek készítésére szolgál. Az ebből az elemből készült ötvözetek nagy szilárdságúak, és gyakran használják katonai célokra. A volfrámot sebészeti műszerek készítésére is használják. Radioaktív anyagok tárolására szolgáló tartályok készítésére is használják.
Az egyik legkeményebb fém az urán. Peligot vegyész fedezte fel 1840-ben. D. I. Mengyelejev nagyban hozzájárult e fém tulajdonságainak tanulmányozásához. Az urán radioaktív tulajdonságait A. A. Becquerel tudós fedezte fel 1896-ban. Aztán egy francia vegyész az észlelt fémsugárzást Becquerel-sugárzásnak nevezte. Az urán gyakran megtalálható a természetben. A legnagyobb uránérc lelőhelyekkel rendelkező országok Ausztrália, Kazahsztán és Oroszország.
Az első tíz legkeményebb fém között a végső helyet a titán szerezte meg. Ezt az elemet tiszta formájában először J. J. Berzelius kémikus szerezte meg Svédországból 1825-ben. A titán egy könnyű, ezüstös fehér fém, amely rendkívül tartós és ellenáll a korróziónak és a mechanikai igénybevételnek. A titánötvözeteket a gépészet, az orvostudomány és a vegyipar számos ágában használják.
Ha kemény és tartós fémről van szó, akkor képzeletében az ember azonnal karddal és páncélos harcost rajzol. Nos, vagy szablyával, és mindig damaszkuszi acélból. De az acél, bár erős, nem tiszta fém; vasat szénnel és más fémadalékokkal ötvözve nyerik. És ha szükséges, az acélt feldolgozásnak vetik alá, hogy megváltoztassa tulajdonságait.
Könnyű, tartós ezüst-fehér fém
Az adalékanyagok mindegyike, legyen az króm, nikkel vagy vanádium, felelős egy bizonyos minőségért. De a szilárdság érdekében titánt adnak hozzá - a legkeményebb ötvözeteket kapják.Az egyik változat szerint a fém nevét a titánokról, Gaia földistennő hatalmas és rettenthetetlen gyermekeiről kapta. De egy másik változat szerint az ezüstös anyagot Titánia tündérkirálynőről nevezték el.
A titánt Gregor és Klaproth német és angol kémikusok fedezték fel egymástól függetlenül, hat év eltéréssel. A 18. század végén történt. Az anyag azonnal elfoglalta helyét Mengyelejev periodikus rendszerében. Három évtizeddel később megkapták az első fémes titánmintát. És sokáig a fémet nem használták törékenysége miatt. Pontosan 1925 előtt - akkor, kísérletsorozat után tiszta titánt nyertek jodid módszerrel. A felfedezés igazi áttörést jelentett. A titán technológiailag fejlettnek bizonyult, a tervezők és mérnökök azonnal felhívták rá a figyelmet. És most a fémet ércből nyerik, főleg magnézium-termikus módszerrel, amelyet 1940-ben javasoltak.
Ha a titán fizikai tulajdonságait érintjük, akkor nagy fajlagos szilárdsága, magas hőmérsékleten való szilárdsága, alacsony sűrűsége és korrózióállósága figyelhető meg. A titán mechanikai szilárdsága kétszerese a vasénak és hatszorosa az alumíniuménak. Magas hőmérsékleten, ahol a könnyű ötvözetek már nem működnek (magnézium és alumínium alapú), a titánötvözetek segítenek. Például egy repülőgép 20 kilométeres magasságban háromszor nagyobb sebességet fejleszt ki, mint a hangsebesség. A tok hőmérséklete pedig körülbelül 300 Celsius fok. Csak a titánötvözet képes ellenállni az ilyen terheléseknek.
A természetben való elterjedtségét tekintve a fém a tizedik helyen áll. A titánt Dél-Afrikában, Oroszországban, Kínában, Ukrajnában, Japánban és Indiában bányászják. És ez nem az országok teljes listája.
A titán a legerősebb és legkönnyebb fém a világon
A fém felhasználási lehetőségeinek listáját tiszteletben tartják. Ezek a hadiipar, a csontprotézisek az orvostudományban, az ékszerek és a sporttermékek, a mobiltelefon áramköri lapjai és még sok más. A rakéták, repülőgépek és hajógyártás tervezői folyamatosan emelik a titánt. Még a vegyipar sem hagyta felügyelet nélkül a fémet. A titán kiválóan alkalmas öntésre, mert az öntés során a kontúrok pontosak és sima felületűek. Az atomok elrendezése a titánban amorf. És garantálja a nagy szakítószilárdságot, szívósságot, kiváló mágneses tulajdonságokat.
Legkeményebb fémek a legnagyobb sűrűséggel
Az ozmium és az irídium szintén a legkeményebb fémek közé tartozik. Ezek a platina csoportba tartozó anyagok, a legnagyobb, szinte azonos sűrűséggel rendelkeznek.Az irídiumot 1803-ban fedezték fel. A fémet egy angliai vegyész, Smithson Tennat fedezte fel a dél-amerikai természetes platina tanulmányozása során. By the way, az ókori görög "iridium" fordítása "szivárvány".
A legkeményebb fémet meglehetősen nehéz beszerezni, mivel szinte nem is létezik a természetben. És gyakran a fém a földre hullott meteoritokban található. A tudósok szerint bolygónkon az irídium tartalmának sokkal magasabbnak kell lennie. De a fém tulajdonságai miatt - sziderofilitás - a föld belsejének legmélyén található.
Az irídiumot meglehetősen nehéz feldolgozni mind termikusan, mind kémiailag. A fém nem lép reakcióba savakkal, még a savak kombinációival sem 100 fok alatti hőmérsékleten. Ugyanakkor az anyag oxidációs folyamatoknak van kitéve aqua regiában (ez sósav és salétromsav keveréke).
Elektromos energiaforrásként az irídium izotópja 193 m 2. Mivel a fém felezési ideje 241 év. Az Iridium széles körben alkalmazható a paleontológiában és az iparban. Tollhegyek gyártásához és a föld különböző rétegeinek korának meghatározásához használják.
De az ozmiumot egy évvel később fedezték fel, mint az irídiumot. Ezt a keményfémet a platina csapadékának kémiai összetételében találták meg, amelyet aqua regiában oldottak fel. Az "ozmium" név pedig az ókori görög "szag" szóból származik. A fém nincs kitéve mechanikai igénybevételnek. Ugyanakkor egy liter ozmium többszöröse nehezebb, mint tíz liter víz. Ez az ingatlan azonban még mindig kihasználatlan.
Az ozmiumot amerikai és orosz bányákban bányászják. Lelőhelye Dél-Afrikában is gazdag. Gyakran előfordul, hogy a fém vasmeteoritokban található. A szakemberek számára érdekes az ozmium-187, amelyet csak Kazahsztánból exportálnak. A meteoritok korának meghatározására szolgál. Érdemes megjegyezni, hogy az izotóp egyetlen grammja 10 ezer dollárba kerül.
Nos, ozmiumot használnak az iparban. És nem tiszta formájában, hanem kemény volfrámötvözet formájában. Izzólámpák anyagából készül. Az ozmium katalizátor az ammóniagyártásban. Ritkán a vágóelemek fémből készülnek műtéti igényekre.
A legkeményebb tiszta fém
A bolygó legtisztább fémei közül a legkeményebb a króm. Jól megmunkálható. A kékesfehér fémet 1766-ban fedezték fel Jekatyerinburg környékén. Az ásvány ezután a "szibériai vörös ólom" nevet kapta. Modern neve krokoit. Néhány évvel a felfedezés után, nevezetesen 1797-ben, Vauquelin francia vegyész új, már tűzálló fémet izolált a fémből. A mai szakértők úgy vélik, hogy a kapott anyag króm-karbid. 
Ennek az elemnek a neve a görög "szín" szóból származik, mivel maga a fém híres vegyületeinek sokféle színéről. A króm meglehetősen könnyen megtalálható a természetben, gyakori. A termelést tekintve első helyen álló Dél-Afrikában, valamint Kazahsztánban, Zimbabwéban, Oroszországban és Madagaszkáron találhatunk fémet. Törökországban, Örményországban, Indiában, Brazíliában és a Fülöp-szigeteken vannak betétek. A szakemberek különösen nagyra értékelnek néhány krómvegyületet - ezek a krómvasérc és a krokoit.
A világ legkeményebb fémje a wolfram
A volfrám kémiai elem, a legkeményebb, ha más fémekkel együtt tekintjük. Olvadáspontja szokatlanul magas, csak a szén magasabb, de nem fémes elem.De a volfrám természetes keménysége ugyanakkor nem fosztja meg a rugalmasságot és a hajlékonyságot, amely lehetővé teszi a szükséges részletek kovácsolását. Rugalmassága és hőállósága teszi a wolframot ideális anyaggá például világítótestek és TV-alkatrészek apró alkatrészeinek olvasztásához.
A volfrámot komolyabb területeken is használják, például fegyvergyártásban - ellensúlyok és tüzérségi lövedékek gyártásához. Ez a volfrám nagy sűrűségének köszönhető, ami miatt a nehéz ötvözetek fő anyaga. A wolfram sűrűsége közel áll az arany értékéhez – mindössze néhány tized teszi ki a különbséget.
Az oldalon elolvashatod, hogy mely fémek a legpuhábbak, hogyan használják őket, miből készülnek.
Iratkozzon fel csatornánkra a Yandex.Zen
Az érdekes tények sok rajongóját érdekli a kérdés, melyik fém a legnehezebb? És erre a kérdésre nem lesz könnyű válaszolni. Persze minden kémiatanár könnyedén, gondolkodás nélkül is tud helyesen mondani. De az átlagpolgárok közül, akik utoljára az iskolában tanultak kémiát, nem sokan tudnak helyesen és gyorsan válaszolni. Ennek oka az a tény, hogy mindenki gyermekkora óta hozzászokott ahhoz, hogy különféle játékokat drótból készítsen, és jól emlékezett arra, hogy a réz és az alumínium puha és könnyen hajlítható, de az acél, éppen ellenkezőleg, nem olyan könnyű megadni a kívánt formát. Az ember leggyakrabban a három megnevezett fémmel foglalkozik, így a többi jelöltre nem is gondol. De az acél biztosan nem a legkeményebb fém a világon. Az igazság kedvéért meg kell jegyezni, hogy ez egyáltalán nem fém kémiai értelemben, hanem vas és szén vegyülete.
Mi az a titán?
A legkeményebb fém a titán. Tiszta titánt először 1925-ben szereztek. Ez a felfedezés nagy feltűnést keltett tudományos körökben. Az iparosok azonnal felhívták a figyelmet az új anyagra, és értékelték használatának előnyeit. A hivatalos verzió szerint a Föld legkeményebb féme az elpusztíthatatlan titánok tiszteletére kapta a nevét, akik az ókori görög mitológia szerint a világ alapítói voltak.
A tudósok szerint a világ teljes titánkészlete ma körülbelül 730 millió tonna. A fosszilis nyersanyagok kitermelésének jelenlegi üteme mellett még 150 évre elegendő lesz. A titán a 10. helyen áll a természeti tartalékok tekintetében az összes ismert fém között. A világ legnagyobb titángyártója az orosz VSMPO-Avisma cég, amely a világ szükségleteinek akár 35%-át is kielégíti. A cég a feldolgozás teljes ciklusát végzi az ércbányászattól a különféle termékek előállításáig. Az orosz titángyártási piac mintegy 90%-át foglalja el. A késztermékek mintegy 70%-át exportálják.
A titán könnyű, ezüstös fém, olvadáspontja 1670 Celsius fok. Csak hevítve mutat nagy kémiai aktivitást, normál körülmények között nem lép reakcióba a legtöbb kémiai elemmel és vegyülettel. A természetben tiszta formájában nem fordul elő. Rutil (titán-dioxid) és ilmenit (titán-dioxidból és vas-oxidból álló összetett anyag) ércek formájában oszlik meg. A tiszta titánt úgy nyerik ki, hogy az ércet klórral szinterelik, majd az aktívabb fémet (leggyakrabban a magnéziumot) kiszorítják a kapott tetrakloridból.
A titán ipari alkalmazásai
A legkeményebb fém számos iparágban meglehetősen széles alkalmazási körrel rendelkezik. Az amorf elrendezésű atomok a legmagasabb szintű szakító- és torziós szilárdságot, jó ütésállóságot és kiváló mágneses tulajdonságokat biztosítanak a titánnak. A fémből légi szállítótesteket és rakétákat készítenek. Jól megbirkózik azokkal a hatalmas terhelésekkel, amelyeket a gépek nagy magasságban tapasztalnak. A titánt tengeralattjárók hajótestének gyártásához is használják, mivel nagy mélységben képes ellenállni a nagy nyomásnak.
Az orvosi iparban a fémet protézisek és fogászati implantátumok, valamint sebészeti műszerek gyártására használják. Ötvözőelemként az elemet egyes acélminőségekhez adják, ami megnöveli a szilárdságot és a korrózióállóságot. A titán kiválóan alkalmas öntésre, mivel lehetővé teszi a tökéletesen sima felületek elérését. Ékszerek és dísztárgyak is készülnek belőle. A titánvegyületeket is aktívan használják. A fehér festékek dioxidból készülnek, hozzáadják a papír és a műanyag összetételéhez.
A komplex szerves titánsókat keményedési katalizátorként használják a festék- és lakkgyártásban. A titán-karbidot különféle szerszámok és tartozékok készítésére használják más fémek megmunkálásához és fúrásához. A precíziós tervezésben a titán-aluminidot kopásálló elemek előállítására használják, amelyek nagy biztonsági résszel rendelkeznek.
A legkeményebb fémötvözetet amerikai tudósok szerezték 2011-ben. Palládiumból, szilíciumból, foszforból, germániumból és ezüstből áll. Az új anyag a "fémüveg" nevet kapta. Egyesítette az üveg keménységét és a fém plaszticitását. Ez utóbbi nem engedi a repedések továbbterjedését, mint a szabványos üvegeknél. Természetesen az anyagot nem helyezték széles körben gyártásba, mivel összetevői, különösen a palládium, ritka fémek és nagyon drágák.
Jelenleg a tudósok erőfeszítései arra irányulnak, hogy olyan alternatív komponenseket találjanak, amelyek megőrzik a kapott tulajdonságokat, de jelentősen csökkentik az előállítási költségeket. Az így kapott ötvözetből azonban már készülnek egyes alkatrészek a repülőgépipar számára. Ha sikerül alternatív elemeket bevinni a szerkezetbe és az anyag elterjedni, akkor nagyon valószínű, hogy a jövő egyik legkeresettebb ötvözete lesz.
