Najtvrđi poznati metal je legura čelika, koja se često čini još tvrđom dodavanjem ugljika i drugih elemenata. Uz vlačnu čvrstoću od 0.84 GPa (122,000 0.64 psi) i granicu tečenja od 67,000 GPa (1 10 psi), ugljični čelik nadmašuju u tvrdoći samo vrlo tvrdi nemetali, kao što su rubini, dijamanti ili agregirani dijamantni nanošipci. Tvrdoća se definira kao otpornost materije na abraziju ili udubljenje. Mohsova ljestvica rangira elemente prema usporednoj tvrdoći, na skali od 10 do 8, pri čemu je 9 najtvrđi. Najbolji visokougljični čelici ocjenjuju 9 do 10 na ljestvici, u odnosu na rubin na 2 i dijamant na XNUMX. Najtvrđi metali su još uvijek donekle mekani u usporedbi s najjačim nemetalima, na temelju najjačih veza u kemiji, spXNUMX veze između atoma ugljika.
Ugljični čelik
Ugljični čelik visoke čvrstoće prolazi kroz proces kaljenja i žarenja, koji koristi toplinu, kako bi bio tvrđi. Iako toplina čini metal jačim, također ga čini manje duktilnim, što znači da je manje sposoban savijati se i kretati kada je pod stresom. Ugljik se također dodaje čeliku, u kojem trenutku metal od legure čelika postaje ugljični čelik, ili ojačani čelik, najtvrđi metal na raspolaganju. Sadržaj ugljika čak 2 posto može biti prisutan u najtvrđem metalu.
Ugljični čelik je jedna od najčešćih vrsta čelika, a druga najčešća vrsta je nehrđajući čelik. Zbog svoje visoke točke taljenja od 2,800°F (1,537°C), većina ugljičnih čelika koristi se u građevinskim alatima kao što su bušilice za stijene i građevinski tipli. Ponekad su vrlo tvrdi metali, kao što je ugljični čelik, nepoželjni zbog svojih drugih svojstava; ugljični čelik, na primjer, poznato je da je sklon koroziji. Iako je to najtvrđi metal, nije nužno i najkorisniji materijal za svaki posao.
Ostali tvrdi materijali
Iako se često pogrešno smatra najtvrđim metalom, volfram karbid je zapravo kompozitni materijal izrađen od volframa i ugljika, često s dodatkom kobalta. Koristi se i u vojsci i za opremu za punjenje oružja, a također je popularan izbor za muške vjenčane prstenje.
Iridij i titan se također ponekad pogrešno nazivaju najtvrđim metalima; iako su teški, nisu najteži. Međutim, titan je korišten za izgradnju najdubljih podmornica na svijetu, a poznato je da je iridij metal najotporniji na koroziju. Krom, koji ima ocjenu 8.5 na Mohsovoj ljestvici, također je iznimno tvrd i često se dodaje legiranim čelicima zbog ove kvalitete. Osiromašeni uran, metal po izboru za školjke tenkova, nije tvrđi od volframovog karbida ili ugljičnog čelika, ali je gušći, što je poželjnije za projektile. Najjači pojedinačni element je ugljik, ali samo kada je u obliku dijamanta.