Metallhärte und die stärksten Metalle der Welt

Die Härte ist eine der wichtigsten mechanischen Eigenschaften von Metallen. Sie definiert die Fähigkeit eines Werkstoffs, Verformungen unter bestimmten Bedingungen zu widerstehen - vor allem bei Eindrücken, Kratzern, Schnitten oder Verschleiß.

Gehen wir diesen Fragen auf den Grund: Was ist Metallhärte, wie wird sie gemessen und wie kann man sie verbessern. Außerdem erhalten Sie eine praktische Metallhärtetabelle und erfahren, welche zehn Metalle die stärksten sind, die der Menschheit je bekannt waren.

Was ist Metallhärte?

Die Metallhärte bezeichnet die Fähigkeit eines Metalls, einer Verformung zu widerstehen, d. h. einer dauerhaften Verformung wie z. B. Kratzern oder Vertiefungen. Sie steht in Verbindung mit anderen mechanischen Eigenschaften wie Zähigkeit und Festigkeit, ist aber nicht ein und dasselbe.

Es gibt mehrere Arten von Härte:

• Ritzhärte - Kratzfestigkeit (z. B. nach der Mohs-Skala).
• Eindringhärte - Widerstand gegen bleibende Eindrücke durch ein unbewegliches Objekt (z. B. Brinell, Rockwell, Vickers).
• Rückprallhärte - Widerstand gegen elastische Verformung, gemessen an der Rückprallhöhe nach einem Schlag (z. B. Leeb-Test).

Wolfram, Titan und harte Stahlmetalle sind in der Regel mit einer hohen Härte verbunden und eignen sich daher optimal für verschleißfeste Anwendungen.

Messung der Metallhärte

1. Brinell-Härteprüfung (BHN): Mit einer Wolframkarbid- oder Stahlkugel wird die Oberfläche eingedrückt. Wird für weichere Metalle verwendet; liefert eine durchschnittliche Härte über einen größeren Oberflächenbereich.
2. Rockwell-Härteprüfung (HR): In der Industrie üblich, um die Eindringtiefe auf einer Reihe von Skalen zu prüfen (z. B. HRC für harten Stahl). Schnell und einfach durchführbar.
3. Vickers-Härteprüfung (VHN): Verwendet einen pyramidenförmigen Diamanteindringkörper, um dünne oder kleine Proben präzise zu prüfen. Hochpräzise, aber zeitaufwändiger.
4. Mohs-Härteskala: Schnelle Ritzprüfung von 1 (Talkum) bis 10 (Diamant). Praktisch für schnelle qualitative Prüfungen.
5. Leeb-Härtetest (HL): Ein in der Hand getragenes Messgerät mit Rückprallgeschwindigkeit. Ideal für große oder montierte Gegenstände.

Metallhärte-Tabelle

Zum besseren Verständnis des Härtevergleichs zwischen verschiedenen Metallen finden Sie hier eine Referenztabelle mit einer Liste von Werkstoffen, die häufig auf verschiedenen Härteskalen vorkommen. Diese Werte geben einen groben Anhaltspunkt, können jedoch durch bestimmte Legierungskombinationen, Herstellungsverfahren und Wärmebehandlungen beeinflusst werden.

Top 10 der stärksten Metalle der Welt

Stärke und Härte sind nicht identisch, aber nahe beieinander. Allerdings sind die stärksten Metalle meist auch die härtesten. Hier ist die Liste der 10 stärksten Metalle:

1. Wolfram (Zugfestigkeit: ~1510 MPa, Mohshärte: ~9)

Wolfram verfügt über die höchste Zugfestigkeit unter den reinen Metallen und besitzt eine extreme Härte. Es verliert auch bei sehr hohen Temperaturen nicht an Festigkeit, weshalb es für Bauteile in der Luft- und Raumfahrt, Schneidwerkzeuge und militärische Anwendungen von entscheidender Bedeutung ist.

2. Inconel (Zugfestigkeit: >1000 MPa, Mohs-Härte: 6,5-7)

Inconel ist eine Familie von Nickel-Chrom-Superlegierungen, die sich durch hohe Temperatur- und Härtebeständigkeit auszeichnen. Aufgrund seiner Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit wird es in Düsentriebwerken, Gasturbinen und chemischen Anlagen verwendet.

3. Titan (Zugfestigkeit: ~1000 MPa, Mohs-Härte: ~6)

Titan besitzt eine hohe Zugfestigkeit, eine geringe Dichte und eine mittlere Härte. Aufgrund seines Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht und seiner Korrosionsbeständigkeit eignet es sich am besten für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrt, bei Implantaten und in der Meeresumgebung.

4. Werkzeugstahl (gehärteter Stahl) (Zugfestigkeit: 700-1000 MPa, Mohs-Härte: ~7)

Stähle wie A2, D2 und H13 werden wärmebehandelt, um eine hohe Oberflächenfestigkeit und Härte zu erreichen. Sie werden häufig für Werkzeuge, Druckguss und Verschleißteile verwendet.

5. Vanadium (Zugfestigkeit: ~800 MPa, Mohshärte: ~6,7)

Vanadium besitzt eine hohe Zugfestigkeit und wird durch die Legierung mit Stahl verstärkt und gehärtet. Es findet breite Verwendung in Komponenten für die Luft- und Raumfahrt, Panzerungen und Hochgeschwindigkeitswerkzeugen.

6. Chrom (Zugfestigkeit: ~418 MPa, Mohs-Härte: 8,5-9)

Obwohl die Zugfestigkeit von Chrom durchschnittlich ist, ist es das härteste natürlich vorkommende Metall auf der Mohs-Skala. Es ist ein wesentliches Element bei der Herstellung von rostfreiem Stahl und bietet einen hervorragenden Verschleiß- und Korrosionsschutz bei Beschichtungsanwendungen.

7) Osmium (Zugfestigkeit: ~600 MPa, Mohs-Härte: ~7)

Osmium gehört zu den dichtesten und härtesten Materialien. Trotz seiner Sprödigkeit ist es äußerst verschleißfest und wird in speziellen Industriezweigen wie Füllfederhalterfedern und elektrischen Kontakten verwendet.

8. Iridium (Zugfestigkeit: ~540 MPa, Mohshärte: ~6,5)

Iridium ist ein extrem hartes und korrosionsbeständiges Metall, auch bei hohen Temperaturen. Es wird häufig in Zündkerzen, Schmelztiegeln und Tiefsee-Kommunikationsgeräten verwendet, obwohl es sehr spröde ist.

9. Niob (Zugfestigkeit: ~275 MPa, Mohs-Härte: ~6)

Niob findet vor allem als Legierungszusatz zur Erhöhung der Festigkeit von Baustählen und bei der Herstellung von Supraleitern Verwendung. Obwohl es in seiner elementaren Form nicht das stärkste Metall ist, trägt es erheblich zur Festigkeit anderer Materialien bei.

10. Tantal (Zugfestigkeit: ~200 MPa, Mohs-Härte: ~6,5)

Tantal hat zwar eine geringere Zugfestigkeit, ist aber extrem korrosionsbeständig und hat eine gute Härte. Es wird in großem Umfang in der Elektronik (insbesondere bei Kondensatoren), bei medizinischen Implantaten und bei Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt verwendet, wo chemische Stabilität ein Muss ist.

Anmerkung: Diese Abfolge beweist, dass die Zugfestigkeit zwar einer der wichtigsten Indikatoren für die Leistungsfähigkeit von Metallen ist, dass aber Härte, Korrosionsbeständigkeit und thermische Stabilität ebenso wichtig sind, wenn es darum geht, das am besten geeignete Material für eine bestimmte industrielle oder technische Anforderung zu bestimmen.

Schlussfolgerung

Die Härte von Metallen ist ein wichtiger Parameter für die Beurteilung der Eignung eines Werkstoffs für bestimmte industrielle oder strukturelle Anwendungen. Das Verständnis der Härte, ihre Messung und Verbesserung ermöglicht es Ingenieuren, fundiertere Entscheidungen zu treffen und Metalle für Werkzeuge, Strukturen, Maschinen und hochentwickelte Geräte zu optimieren. Spitzenreiter bei der Härte sind Wolfram, Chrom und gehärteter Stahl, aber die Wahl des Metalls hängt immer von den spezifischen Eigenschaften ab, die für die jeweilige Aufgabe erforderlich sind. Weitere Informationen finden Sie unter Stanford Advanced Materials (SAM).