지구상에서 사용할 수있는 가장 강하고 알려진 금속 재질은 무엇입니까?


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발견 나노 튜브 그래 핀 한계를 밀었습니다. 우주 엘리베이터를 건축 할만큼 충분히 강한 재료 강도 관리 할 수 ​​있습니다. 그러나 대부분의 새로운 자료가 만들어집니다. 탄소 또는 기타 비금속 물질 (실리콘, 붕소).

내가 알고 싶은 것 : 무엇이 가장 강하게 알려져 있는가? 금속의 이와 관련하여 어떤 발전이 있었습니까?

이전의 질문에서 나는 너무 부정확했다. 왜냐하면 나는 실수로 그것은 내가 가장 강한 금속으로 의미하는 것을 추론 할 수 있다고 가정했다. 자료. 그래서 당신은 나의 완전한 조건 목록을 알게됩니다.

  • 내가 문학을 정독 한 후에, 나는 이제 내가 원하는 것을 결정했다. "인장 강도"가 가장 높은 재료 조건 (J m ^ -3). 이것은 우아하게 문제를 해결합니다. 취성이 강하고 연성이 약하기 때문에 원하는 연성 자료가 배제됩니다.

  • 첫 번째 조건은 금속 만 남겨 둘 것이라고 가정하지만, 허용되지 않는 경우 : 허용되는 합금 및 하프 메탈 (B, Si 등). 최종 제품이 특성 금속성을 나타내는 한 광택면 광택.

  • 이 물질은 존재하며 지구상에서 합성 될 수 있습니다. 이론 자료는 허용되지 않습니다.

  • 이 물질은 표준 NIST 조건에서 존재합니다 : 293.15 K 및 101325 Pa의 압력 표준 건조 공기에 존재합니다.

  • 그것은 또한 인간의 일생 동안 안정되어 있습니다. 표준에서 저장 될 때 힘의 5 % 이상 떨어져 있거나 잃는다. 건조한 공기.

  • 무제한의 자원 (돈과 가공)을 감안할 때 나는 1 주일 안에 재료의 10g 잉곳을 얻을 수 있습니다.

재료 매개 변수는 무엇입니까 (항복 강도, 압축 강도, 전단강도, 인장 강도 등)에 영향을 미친다. V2A 강철?


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Hydrogen이 귀하의 요구 사항에 어떻게 부합하는지 보는 것은 흥미로울 것입니다. 작동 온도가 문제가 될 수 있습니다. 그리고 네, 그것은 금속입니다 :-).
Russell McMahon

비 등방성 연성 재료에 대해 사실상 항상 항복하는 항복 강도에 대한 von Mises 기준을 가정하면 전단강도는 축 응력 강도의 약 1 / sqrt (3) 배이거나 인장 강도의 약 0.577 배입니다 위키 . 그 이유는 등방성, 연성 금속의 모든 소성 변형은 전단 변형, 즉 미끄러짐의 결과이기 때문입니다. 금속의 경우, 일반적으로 인장 강도보다 높지만 압축 강도는 종종 유용한 척도가 아닙니다.
starrise

또한, 인장 강도가 거의 항상 연성을 희생 시켜서 나오고, 반대로 파단시 연신율 x %와 같은 연성을 가질 수 있기 때문에 미터법을 명확히 할 수 있습니다. 냉간 가공을 적용하여 연성을 희생시키면서 항복 강도를 거의 항상 증가시킬 수 있습니다. 콜드 워크와 관계없이 금속을 더 명확하게 구별하는 척도는 극한 인장 강도입니다. 그러나 일부 합금은 강도 및 연성을 증가시키기 위해 잔류 오스테 나이트를 사용하는 TRIP 및 TWIP 강과 같은 강도를위한 준 안정 미세 구조 피쳐를 사용합니다.
starrise

제가 말하고자하는 것은 물질 선택은 복잡하기 때문에 어떤 문제를 해결할 것인지를 아는 데 도움이 될 것입니다.
starrise

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순수 가상의 질문은 대답하기가 어렵습니다.
hazzey

답변:


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질문자가 "인장 시험 곡선 아래의 공간의 적분"을 의미하는 "인장 강도"로 가정 할 것입니다. 그러나, 대부분의 재료에 대한 데이터에 대한 직접적인 액세스가 결여 된 대신, 필자는 실패시 공학 변형률과 공학적 극한 인장 강도의 제품을 대신 사용할 것입니다. 두 가지 후보 물질, 두 가지 강 :

 Class     Grade      UTS (MPa)  STF (%)    Toughness (J m^-3)
---------- ---------- ---------- ---------- ------------------
Eglin      EG-5       ~1850       ~16.5     305
TWIP       *see below ~1000       ~62       620

Eglin 강철의 경우 낮은 변형률 속도에 대한 특성이보고됩니다. 이 합금은 높은지면 침투 폭탄 코를 위해 개발되었습니다. 그들은 더 높은 변형률 속도에서 약간 더 높은 인성을 가지는 경향이 있지만, 비교 목적을 위해 여기에서 더 낮은 변형율을 선택했습니다. 만나다 이 pdf 자세한 내용은. Eglin 강은 위에 링크되어있는 pdf의 표에 나와 있듯이 고온에서 강도를 유지하도록 설계되었습니다. 이들의 조성은 85-90 % Fe, 5 % Ni, 1.5-3.5 % Cr, 1.25 % Si 및 소량 (1 % 미만)의 C, Mn, Mo, W, V 및 Cu이다. 이 강재의 경우 P, S 및 N이 최소한으로 중요하며 가능한 한 산소가 0에 가까워 야합니다. 극소량의 취성 요소조차도 특성을 상당히 감소시킬 수 있습니다.

TWIP ( TW 이닝- 나는 유도 된 lasticity) 강철의 경우, 균일 한 성적 및 속성 표를 찾기가 어려웠으므로 121 페이지의 데이터를 사용하고 있습니다. 이 pdf . 여기에 제시된 값은 낮은 변형률 속도에 대한 것이며, 의도 한 자동차 에너지 흡수 용도에서는 보이지 않지만 비교에는 유용합니다. 그 학년은 나에게 알려지지 않았지만 그 구성은 기사에있다. TWIP 강은 매우 인상적인 기계적 성질을 가지며, 재료비가 저렴하여 Fe 75 ~ 80 %, Mn 15 ~ 25 %, C 0.5 % 및 Al 및 Si가 다양합니다. 그들은 특히 내식성이 없으며 내열성이 매우 낮습니다. 온도가 오스테 나이트 화 온도 (~ 730 ℃)에 가깝거나 오르면 오스테 나이트 조직이 손실되어 특수한 특성이 없어집니다.

요약 답변 :

TWIP 강은 600 Jm ^ -3 이상의 UTS * STF를 가질 수 있으며, Eglin 강은 15 % 이상의 STF로 1800 MPa 이상의 UTS를 가질 수 있습니다.

최근의 ICME 작업 (2000 MPa 이상, 아직 생산 공정이 없음)에 대한 이론적 인 결과 외에도,이 두 금속은 높은 손상 내성의 정점을 보여주는 사례입니다.

나는 모양 형성 과정을 고려하지 않았다는 것을 주목할 가치가있다. 일부 재료는 임의의 모양으로 성형 할 수 없습니다. 캐스팅 가능한 Eglin 강이 있지만 TWIP는 미세 구조를 형성하기 위해 정밀한 작업 공정이 필요하므로 캐스팅 가능하지 않거나 일반적으로 위조 할 수 없습니다. 코멘트에 언급 된대로 Aermet이 캐스터 블 (castable)인지는 확실하지 않지만 나이가 들어갑니다. 노후화 된 재료는 서비스 온도가 제한적이며, Aermet의 경우 500 ° C 이하로 보입니다.


스틸?! 나는 exotic과 unobtainium의 합금을 정말로 기대했다. 처음에는 인장 시험 곡선 아래 공간의 적분으로 정확합니다. 참조 점을 부여한 후에 (어떤 자료가 좋은 출발점인지는 알 수 없음) 검색 할 수있었습니다. 우리가 몰리브덴, 바나듐과 같은 일반적인 용의자를 보면. 탄탈륨 : 순수한 탄탈륨은 이것에 따라 가지고있다 내가 올바르게 읽으면 최대 인장 강도는 1400 MPa이고 연성은 50 %로 인성이 700 Jm ^ 3이 될 것입니까?
Thorsten S.

Eglin은 위키 피 디아 (Wikipedia)에 따르면 다른 비싼 철강재의 대체재입니다. 그 중 하나 인 Aermet 100 Alloy는 115 MPa / sqrt (m)의 파괴 인성을 가지지 만 탄탈륨은 최대 150?입니다. 값이 인성과 직접적인 관련이있는 것은 아니지만 스틸 합금이 실제로 가능한 최상의 재료인지 궁금해하기 시작합니다. 하지만 적어도 철강이 할 수있는 일에 대한 개요를 알기 때문에 감사합니다.
Thorsten S.

내 견고성 방법은 대략적인 견적이며, 곡선의 모양은 물론 더 정확한 값을 지정합니다. 탄탈륨에 대한 표에는 각각에 대해 나열된 최소값도 있지만 UTS가 크게 달라지는 이유는 분명하지 않습니다 (가변적 인 항복점이 합리적 임). 아마도 그것은 결정 학적 방향과 관련이 있습니다. 순수한 탄탈륨에서 상당히 크고 유용한 구성 요소를 생산하려면 이러한 무제한의 자원 대부분이 필요합니다! $ 50 / oz 및 중요한 모양 제한이있는 분말 가공.
starrise

또한 사과와 오렌지를 조심하십시오. 인성에 대해 제공 한 측정 기준은 파괴 인성과 매우 다릅니다. 파괴 인성은 균열 길이의 제곱근에 대한 응력 시간의 함수로서 균열 진전에 저항하는 능력을 측정 한 것입니다. 우리의 측정 기준은 파열을 유발하는 데 필요한 체적 변형 에너지의 척도입니다. 전자는 균열이 이미 존재하고 취성 재료에 일반적으로 사용되지만 연성 재료에 유용 할 수 있지만 후자는 연성 재료의 벌크 샘플에 ​​대한보다 원시 측정입니다.
starrise

재료 과학자들이 많은 노력을 철에 많이 집중 시켰을 수 있습니까 (철은 풍부하고 탄화물과 합금 성분으로 매우 유연하기 때문에), 가능한 많은 이국적인 합금을 조사하지 않았습니다 (매우 비싸고 작동하기가 어렵습니다)? 실제로 강철이 너무 최적화되어있어 금속 성분으로 얻을 수있는 최대치에 근접합니까? 아니면 열린 질문입니까?
Thorsten S.
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