Многие считают, что всем металлам присуща твёрдость, прочность и надёжность, а хрупкость – это характеристика стекла и подобных материалов, однако если разбираться более детально, в металлическом сегменте также присутствует большое число хрупких представителей.
К данной группе относится кобальт, бериллий, марганец, хром, галий, висмут, а из полуметаллов - мышьяк, силен, сурьма, теллур. Из часто используемых сплавов наибольшую хрупкость имеет чугун, это его главное отличие от стали. Расскажем об уникальных характеристиках необычных металлов.
Особенности материалов с высокой хрупкостью
Самый хрупкий металлический материал – сурьма, при ударе её легко можно разбить на куски с пластинчатым или зернистым изломом. При обычной температуре достаточно хрупким считается цинк, однако при 100 – 150 °C он обретает пластичность, а при последующем нагреве опять становится непрочным.
У хрупких металлов слабо выражены такие важные металлические качества как ковкость, вязкость, пластичность. При механическом напряжении или ударе хрупкие металлы не деформируются, не приобретают необходимую конфигурацию, а сразу разламываются на куски. Сильная вибрация также вызывает у хрупких материалов аналогичные последствия. В результате низкой прочности к растяжению происходит быстрый разрыв материала.
Плохая пластичность металлов с повышенной хрупкостью является причиной того, что их сложно, а иногда невозможно обрабатывать с помощью давления: выполнять волочение, штамповку, прокатку, ковку, и как следствие – сложно получать продукцию, которая изготавливается данными способами – разные виды металлического проката, фольгу, проволоку. Но к измельчению и отливке подобных материалов больших препятствий нет, поэтому чаще всего хрупкий металл выпускается в виде слитков, порошков, а также в форме кусков, стружки.
При нагреве показатели хрупкости у большинства металлов уменьшаются, они становятся более пластичными и вязкими, поэтому некоторые материалы обрабатывают с помощью технологии горячего волочения, чтобы изготовить из них штабики, прутки, а при необходимости – проволоку.
Хрупкие металлы имеют ценные качества, например, кобальт, молибден могут быть жаростойкими, твёрдыми, устойчивыми к ржавлению, хром обладает уникальными магнитными свойствами – он может быть парамагнетиком при одних температурах и антиферромагнетиком при других.
Самый хрупкий
Сурьма – важный элемент, который был открыт ещё в доисторические времена, однако спрос на нее высокий и на сегодняшний день. Полуметалл имеет серебристый цвет с синеватым оттенком, изначально его использовали для изготовления сосудов.
Сурьма – редкий элемент, чаще всего она входит в состав разных минералов (известно более 100 наименований), наиболее распространённый из них – сурьмяный блеск. Чтобы добыть полуметалл, используют обогащенную руду, содержащую от 30 до 45% данного вещества.
Самый красивый из хрупких
Висмут – редкий красивый металл с интересными свойствами, его название происходит от арабского «подобный сурьме» или от немецкого языка «белая масса». Висмут долго считался одним из видов сурьмы, и только в 18-м веке учёные определили, что это самостоятельный элемент.
В природе самородный висмут можно найти очень редко, как правило он встречается как примесь в оловянных, медных, вольфрамовых рудах. Кристаллы висмута, выращенные искусственно, отличаются радужными переливами и чёткими геометрическими формами. Интересно, что данный элемент нашли в мозге, костях и тканях человека, однако роль вещества пока не изучена, учёные предполагают, что он необходим для белкового синтеза.
Самый плотный из хрупких
Осмий – самый плотный металл на планете Земля, при этом он обладает высокой хрупкостью, температура плавления металла – 2700-3500 °C. Элемент был открыт в 1804-м году. В силу своей хрупкости и твёрдости, а также очень большой температуры плавления, материал с трудом поддается механической обработке.
Осмий входит в состав сплавов очень твёрдых металлов, из которых создают самые мелкие элементы, их прочность и стойкость восхищают. Из данного вещества делают высокоточные детали для приборов, носики для элитных автоматических ручек. Сплав алюминия с осмием отличаются невероятной пластичностью – детали можно вытягивать без разрыва более чем в два раза. Осмий входит в ТОП-5 самых дорогостоящих металлов, он дороже платины и золота.
Хрупкий металл, который плавится в руках
Галлий – пластичный, легкий металл серебристо цвета, его существование предсказал Менделеев, создавая периодическую систему, он оставил пустые места для пока ещё неизвестных элементов. Интересный факт, что объем галлия при затвердевании увеличивается, данное свойство является редким, его можно наблюдать лишь у некоторых простых веществ и соединений (вода, германии, плутоний).
Температура кипения галлия – 2230 °C, при низких t °C металл существует в твёрдом состоянии, однако он начинает плавится уже при температуре +29,8 °C. Основные месторождения металла находятся в России, Африке. Его среднее содержание в земной коре – 20 г на тонну. Добывают непрочный металл преимущественно из бокситов и цинковых руд, в чистом виде он не существует. Галлий чаще всего востребован в микроэлектронике, также он входит в состав разных медицинских приборов. Металлический галлий используется в кварцевых термометрах.
Использование хрупких металлов
- В чистом виде в основном используют молибден и хром, причём последний из них часто применяется для хромирования металлических изделий, так как слой антикоррозийного гальванического покрытия получается максимально тонким, его хрупкость не имеет особого значения.
- Более толстые слои молибдена и хрома используются в качестве огнеупоров в промышленных печах, а также в электронагревательном оборудовании.
- Молибден, сурьма, хром востребованы в больших объемах в качестве легирующих добавок к стальным сплавам. С применением хрома в соответствии с ГОСТ изготавливают многие марки нержавеющей стали, сурьму добавляют в медно-оловянные, свинцовые, вольфрамовые сплавы.
- Было замечено, что если к инструментальным сталям добавляется молибден, то повышается ударная прочность и износостойкость сплава.
- Из некоторых хрупких металлов создают ценные соединения для различных отраслей. Из сурьмы получают жёлтые и белые красители для керамики, стекла и эмалей, чистая сурьма в виде порошка используется в качестве чёрного пигмента. Из хрома делают искусственные рубины, красители, катализаторы, квасцы, необходимые для кожевенного дубления.
Осмий используется при производстве ядерного оружия, при изготовлении измерительных инструментов, ювелирных металлических изделий, сплав осмия и платины применяется в электрокардиостимуляторах.