Чтобы исключить путаницу, начнем с определений. Под твердостью любого материала понимается его способность сопротивляться внедрению более твердых тел. То есть речь идет не о плотности или тугоплавкости, и даже не о прочности. А о том, можно ли на металле оставить царапину или вмятину, проткнуть его.
Прочный или твердый
Твердые материалы обычно хрупкие, а прочные – мягкие. Запутались? Объясняем. Это разные свойства. Прочность – это о способности материала сопротивляться внешнему воздействию, то есть о том, можно ли это тело сломать, порвать.
Например, лидер по твердости – алмаз. Его невозможно поцарапать. Но если алмазный гвоздь попробовать забить молотком, он моментально рассыплется. В то же время стальной гвоздь выдерживает такое воздействие, так как он прочный.
Или возьмите напильник. Он прекрасно стачивает даже металл, так как его поверхность твердая. Но почему-то мы не применяем его не по назначению, например, вместо молотка. Так как при таком воздействии он расколется – напильник совсем не прочный.
А вот обычный молоток прекрасно справляется с задачей забивать гвозди. Он прочный, поэтому не сломается. Но поцарапать его легко – ведь не такой уж он и твердый.
Для промышленности эти характеристики важны, но чаще рассматривают в совокупности твердость и прочность. Так как в определенных условиях нужны детали, которые не будут поддаваться силовому воздействию и стираться.
Самые твердые
Сопротивляемость различным воздействиям, в том числе силовым, при разных условиях изучает наука «Сопромат». Для определения твердости существуют различные методики и приборы. Обычно ориентируются на методы по Маосу, Бринеллю или Виккерсу.
Чаще всего рейтинги информационные порталы начинают с титана. Действительно среди цветных металлов он один из самых твердых. Но он значительно уступает по этой характеристике другим материалам. Титан – идеально сочетает твердость и прочность, стойкость к коррозии, чаще встречается в природе, поэтому именно его применяют в кораблестроении, космической промышленности и других сферах.
Но если посмотреть на таблицы твердости, то среди металлов лидерами будут другие материалы.
Осмий
Самый твердый по шкале Бринелля. Но в то же время — это материал невероятно хрупкий, имеет высокую температуру кипения 5012 °C, высокую плотность – 22,587/22,61 г/см³. Из-за таких качеств осмий практически не поддается обработке. В компактном виде не взаимодействует ни с щелочами, ни с кислотами.
Чаще всего его легируют с другими металлами платиновой группы и применяют в отраслях, где нужна не только твердость, но и долговечность. Например, такие сплавы используют для изготовления емкостей для хранения ядерных отходов, в медицине – производства деталей для кардиостимуляторов.
Вольфрам
Часто именно этому металлу приписывают наивысшие качества по твердости. Это подтверждают и сводные таблицы по методу Маосса, Виккерса. Например, по шкале абсолютной твердости минералов вольфрам поддается воздействию алмазом, но сам царапает стекло. Поэтому имеет оценку «9» из «10» возможных.
Это редкий материал с температурой плавления 3422 °C и плотностью 19,25 г/см³. Встречается в природе в виде сложных окисленных соединений. Является не только одним из наиболее твердых, но самых тяжелых, тугоплавких металлов.
Без примесей похож на платину. Поддается ковке при температуре 1 600 °C. Имеет высокую коррозийную стойкость, устойчив в вакууме, почти не растворим в соляной, плавиковой и разбавленной серной кислотах.
Используют не только для приборов накаливания, но и в медицине, военной промышленности.
В категории самых твердых также присутствуют и другие металлы: рутений, иридий, уран, хром, бериллий. Их характеристики превосходят свойства титана. Но использование этих материалов ограниченно, так как они встречаются редко или имеют радиоактивные свойства.
Автор: Матушевская Лариса