¿Hay alguna manera de hacer que una espada de metal sea resistente a la lava?

Mi historia involucra una espada de muy alta calidad; usan láser para cortar, pero tienen un refuerzo de metal. Los monstruos con los que se encuentran y luchan los personajes tienen lava como su "líquido vital". Si alguien cortara a un monstruo así, la lava se filtraría. Esto me lleva a preguntarme: ¿existe algún metal con un punto de fusión lo suficientemente alto como para ser resistente a la lava?

Fox, debe informarnos cuánto tiempo estará expuesto o sumergido el metal en la lava y debe informarnos a qué temperatura alcanzará su lava.
De hecho, incluso un poco de investigación habría mejorado la pregunta, y las respuestas están disponibles en Wikipedia.
@MonkeyZeus Me parece que el mayor problema de viabilidad es una criatura biológica (¿presumiblemente?) Que puede tener lava como 'líquido vital', sin importar que sea útil. Es difícil imaginar lava transportando hemoglobina o anticuerpos alrededor de un sistema sin incinerarlo.
Un recordatorio para los comentaristas de que generalmente se supone que debemos aceptar la premisa de la pregunta y responder la pregunta que se hizo.
¿La historia es actual, cercana o futurista?
Dices "usan láseres para cortar". ¿Significa esto que se utiliza alta tecnología, como láseres, para fabricar las espadas? ¿O significa que la "espada" es un núcleo de metal que proyecta algún tipo de cuchilla láser?
@James La pregunta no está bien formada. La resistencia al ataque de roca fundida a alta temperatura tiene poco que ver con el punto de fusión. El punto de fusión simplemente pone un límite estricto a la viabilidad. La mayoría de los metales con puntos de fusión suficientes se calentarán más allá de sus temperaturas de funcionamiento ideales, retendrán ese calor y comenzarán a oxidarse rápidamente en la atmósfera. También perderán mucha de su fuerza y ​​durabilidad. Algunas aleaciones pueden literalmente desmoronarse. Consideraría que "resistente" significa "mantener la funcionalidad y durabilidad esperadas", en cuyo caso la respuesta es básicamente no, excepto...
Posiblemente utilizando una superaleación como en las turbinas de gas, con un potente enfriamiento interno.
¿Se supone que el luchador puede estar expuesto a la lava, o está hurgando con su espada en los monstruos de lava sin exposición?
Lanza de empuje de algún tipo sería más factible que una espada, porque la punta de la lanza no necesita una fuerza de tensión tan alta, como lo hace una espada cortante. Quiero decir, las puntas de lanza de madera y pedernal han mantenido vivos a nuestros antepasados ​​​​prehistóricos al mismo tiempo. Entonces podrías hacer una punta de lanza con cerámica de alta temperatura, que simplemente se rompería en la hoja de una espada.
¡Dolomita, bebé!
si el metal no es lo suficientemente bueno, ¡considere la cerámica!
No descuide la posibilidad de la ablación. (Aprovechando algo como el efecto Leidenfrost ). Posiblemente podría tener un recubrimiento de sacrificio especial en las cuchillas que se vaporiza a altas temperaturas. Eso no solo ayudaría a proteger la hoja, sino que también haría que los cortes "explotaran". (Los detalles justifican una pregunta por separado). - Además, dado que mencionó los láseres, es posible que le interese el enfriamiento por láser . Agitar la mano lo suficiente podría dar a sus espadas motorizadas un enfriamiento activo.
¿Cortaría la mantequilla una hoja grande de cuarzo monocristalino u obsidiana?
No olvides la conducción del calor. Es posible que la espada no se derrita, pero rápidamente se calentará demasiado para sostenerla. Necesitarías tener un material súper aislante en el mango.

Respuestas (12)

Después de una revisión muy rápida, parece que el titanio tiene un punto de fusión de alrededor de 1600 ºC y el magma tiene una temperatura promedio de alrededor de 700 ºC a 1300 ºC. Dado que podrías suponer rápidamente que mientras tus personajes no solo atraviesen a cada criatura enemiga y dejen sus armas dentro de sus adversarios durante largos períodos, las espadas mantendrían su resistencia a la tracción bastante bien.

Bienvenido al sitio Casey, buena respuesta eficiente.
Y si eso no es lo suficientemente bueno, el tungsteno se derrite a 3422ºC, lo que debería resistir cualquier tipo de lava.
Sin embargo, el tungsteno es muy frágil, no es un gran material para espadas. en.wikipedia.org/wiki/Tungsteno
Tienes que preocuparte por los efectos de templado. El calor que no puede derretir la espada aún puede alterar permanentemente sus propiedades.
¿Qué pasa con una aleación de titanio y tungsteno?
El titanio reaccionaría rápidamente con los óxidos de la lava, especialmente la sílice (que abunda en las rocas), "robando" oxígeno y corroyéndolo. Ti tiene mayor afinidad por el oxígeno que el silicio. Por no hablar del oxígeno atmosférico. A las temperaturas relevantes, la espada no tardaría mucho en ser destruida. Además, el titanio puro también es bastante frágil. La aleación de Ti común es Ti-6Al-4V, que no es quebradiza, aunque aún tendría algunos problemas de corrosión.
La temperatura homóloga de equilibrio de la lava de 1300 C en relación con el titanio es de aproximadamente 0,84, momento en el cual el titanio casi con certeza habría perdido suficiente fuerza para parecerse más a la arcilla de modelar que al metal. El tungsteno estaría más cerca de 0,42 y perdería menos fuerza, aunque tiene una afinidad aún mayor por el oxígeno que el titanio y probablemente se corroería más rápidamente.
Parece un buen equilibrio entre poder usar tus armas con una aleación de titanio y tungsteno por períodos cortos antes de que se desgasten y se vuelvan inútiles.
Olvídese del tungsteno puro o del titanio. Pruebe con un carburo (tungsteno, titanio, boro, etc.), el polvo de carburo de tungsteno infundido con cobalto es de lo que hacen los taladros de roca y las puntas de martillo neumático de alto rendimiento... también conserva la mayor parte de su resistencia a temperatura ambiente incluso cuando está al rojo vivo. O aluminuro de níquel, que en realidad se vuelve más fuerte a medida que se calienta (hasta ~ 800 'C, luego se vuelve más suave nuevamente)
El titanio puro también es demasiado frágil para una cuchilla. Una aleación como Titanium Ti-6Al-4V sería mucho mejor.
Con respecto a los problemas con la fuerza de la hoja, tenga en cuenta que el tungsteno también es un buen conductor, al menos algo mejor que el acero. Esto significaría que en una hoja grande en la que solo una parte se sumerge durante cortos períodos de tiempo en la lava, se podría usar un revestimiento de tungsteno para proteger un núcleo de acero debajo y transferir calor a un disipador de calor que lo mantiene alejado de la acero, con suerte evitando que el acero más sensible térmicamente debajo se sobrecaliente.
La pregunta es a qué temperatura se doblaría tu espada. El metal se dobla fácilmente a mano antes de que alcance el punto de fusión. Una espada que se dobla con el impacto no es muy útil.
@Jeutnarg ¡En el clavo! Yo mismo hice algunos cuchillos con una mini fragua que construí. El simple hecho de hacer algo tonto como llevar una dremel a una hoja para cambiar su forma o "reparar" una punta rota realmente arruinará el temperamento dependiendo de la cantidad de material que se elimine. El tratamiento térmico a aproximadamente 450 grados durante una hora cambia en gran medida las propiedades del acero, por lo que las temperaturas similares a las de la lava probablemente debilitarán mucho la hoja y, cuando se enfríe, se volverá quebradiza e inútil.
El titanio es demasiado flexible por sí solo. Las aleaciones serán necesarias.
Además, en la atmósfera de la Tierra a presión estándar, el titanio se quema a unos 1200 grados.
Siguiendo el comentario de @Sam sobre "Nickel Aluminide, que en realidad se vuelve más fuerte a medida que se calienta", recomendaría seguir ese pensamiento pero haciendo su propio metal, que usa el calor de los monstruos contra ellos al volverse cada vez mejor a medida que se calienta.

OK, creo que el punto de fusión es algo incorrecto en lo que pensar aquí. Lo primero es la capacidad calorífica específica , que nos dice cuánta energía calorífica se necesita para elevar la temperatura de 1 kg de una sustancia en 1 Kelvin.

Entonces, un metal con una alta capacidad de calor específico puede absorber más energía sin efectos nocivos. Aquí hay una tabla para leer detenidamente.

Por supuesto, esto tiene que equilibrarse con las otras propiedades físicas de la espada, para citar a Donal Noye de Night's Watch: "Robert era el verdadero acero. Stannis es hierro puro, negro, duro y fuerte, sí, pero frágil, la forma en que se pone el hierro. Se romperá antes de doblarse. Y Renly, ese, es de cobre, brillante y brillante, bonito a la vista pero no vale tanto al final del día ". Eso también influirá en el metal que elijas.

En segundo lugar, tenemos que pensar en la construcción de la espada. Muchos diseños tradicionales se equilibran justo por delante de la cruceta, lo que significa que una gran proporción de su masa se encuentra en el extremo de la empuñadura. Esto se puede utilizar como un disipador de calor para la parte de la pala, lo que permite absorber una cantidad de energía con menos efecto en el conjunto.

La capacidad de calor específico es un buen comienzo, pero también hay problemas con los aceros que ocurren mucho antes del punto de fusión (es decir, pérdida de temple y resistencia debido al comportamiento similar al alótropo). Hay trucos de aleación (cobalto, por ejemplo) que se pueden usar para agregar resistencia a altas temperaturas al acero, pero ¿sabría eso la sociedad en cuestión?
Cierto, pero también plantea la cuestión de cuánto tiempo permanecería la lava en contacto con la cuchilla.

Hay una aleación mejor.

Adamantium (más o menos)

La exótica aleación, que es una combinación del raro metal hafnio, carbono y nitrógeno, solo comenzaría a derretirse en un líquido a temperaturas de más de 4126 °C (7460 °F), dos tercios de la temperatura de la superficie del sol. .

Creo que sería lo suficientemente fuerte como para adaptarse a la mayoría de los propósitos.

Sin embargo, la fusión no es la principal preocupación; El metal alterará sus propiedades lo suficiente como para destruir básicamente las espadas mucho antes de que se derritan.

Mi hoja de fantasía perfecta está hecha de, sustancia real, no una broma, aluminio transparente. Oxinitruro de aluminio : punto de fusión de aproximadamente 4000 grados F. Peso ligero, ligeramente flexible y con un grosor de 1 pulgada, es capaz de detener una bala calibre 50 disparada a quemarropa.

También es útil para convertir una bahía de carga en un tanque de ballenas.
El acero tiene 25 veces mejor tenacidad a la fractura. Rompe esto y se romperá en tu siguiente golpe...
Así que no lo rompas, soldado. ;-)
Siempre pensé que se suponía que el "aluminio transparente" era corindón (óxido de aluminio), uno de los materiales más fuertes que se conocen. Tiene una dureza de 9 en la escala de Mohs (el diamante es 10) y es significativamente más duro (más resistente a los impactos). El corindón se conoce desde la antigüedad, principalmente en dos formas que lo hacen coloreado y menos claro debido a las impurezas: la forma roja se conoce comúnmente como "rubí" y la variedad azul, "zafiro".
Este material suena como metal cuando lo golpeas. El corindón no hace eso, así que no lo considero un metal cuando lo manipulo. Pero todo es marketing. :-)

La lava que fluye generalmente se quema alrededor de 1200 (rojo) a 1600 (naranja) grados Fahrenheit. Usando esta página en Engineering Toolbox.com para ver los diversos puntos de fusión de metales y aleaciones, puede ver que hay muchas opciones diferentes.

Algunas de estas opciones incluyen:

  • Bronce Aluminio
  • Hierro
  • latón rojo
  • Silicio
  • renio
  • Níquel
  • Oro
  • Cobre
  • Cobalto
La lava puede ser un poco más caliente que eso, Wikipedia cita ~ 1300 - ~ 2200 grados Fahrenheit. Además, buena suerte con una espada dorada incluso a temperatura ambiente.
@GuntramBlohm. Sí puede. Pero opté por la temperatura promedio de la lava que puedes ver por el color livescience.com/32643-how-hot-is-lava.html . El oro es solo una de las opciones que lancé para la temperatura a la que se derretirá. Hay muchos metales que podría usar en su historia según el enlace que proporcioné en la respuesta.

Si buscas resistencia al calor, lo primero que se te viene a la cabeza es un material refractario . Desafortunadamente, estos suelen ser cerámicos y algo frágiles, ¡pero ahí es donde entran los materiales compuestos!

Podría tener una espada de cerámica con refuerzo de acero en el interior; piense en hormigón armado. O bien, un núcleo de acero con revestimiento/aislamiento cerámico.

Estás atravesando monstruos, lo que implica un contacto bastante breve con la lava a alta temperatura. No vas a sumergir esta espada en un pozo de lava. La capa exterior de cerámica debería proteger suficientemente el metal del interior de las temperaturas más altas. Ayuda que la cerámica tenga una conductividad térmica significativamente más baja que la mayoría de los metales, por lo que ni siquiera absorberá tanto calor de su entorno.

Esto también agrega un elemento de enfriamiento, si lo desea.

Aún querrá evitar grandes golpes que puedan romper la cerámica. Pero de todos modos tiene un borde de corte láser, y la lava tiene una viscosidad bastante alta, por lo que es poco probable que fluya hacia pequeñas grietas.

Esto también es una especie de problema resuelto. ¿Dónde más nos encontramos con altas temperaturas del orden de los 1300ºC? ¡Motores de jet!

La temperatura superior del gas en una turbina de chorro moderna es más como 1500°C, y los álabes de la turbina toleran temperaturas de alrededor de 1200°C.

Sin embargo, las palas de las turbinas no manejan bien el estrés mecánico, ni siquiera puedes matar gansos sin que se rompan.
@Guntram Teniendo en cuenta las velocidades a las que se habrían estado moviendo (tanto la velocidad aerodinámica del avión como la velocidad de rotación de la turbina), probablemente sea mucho más estrés que el que podría causar una espada empuñada a mano. La turbina ya tiene que soportar un poco de estrés en el funcionamiento normal (piense en la combustión, la presión). Además, la espada en cuestión no corta por acción mecánica de todos modos.
sí, 10-20 toneladas de fuerza no son infrecuentes en las palas justo detrás de la cámara de combustión

¿Por qué utilizar sólo materiales a granel?

Puede usar material convencional para el cuerpo, cubrirlo con una capa de barrera térmica y protegerlo con una capa dura.

Entonces, cuando comience con una hoja de titanio, cúbrala con TBC de 200 um y luego cúbrala con alúmina alfa de 200 um, obtendrá un arma que soporta 2000 ° C durante un tiempo razonable. La hoja también será muy dura a través de una amplia gama de temperaturas. Se pueden preparar recubrimientos con una dureza que oscila entre ~5 y ~15 GPa (HV 5000 ~ HV 15 000). La nanodureza en la martensita varía de 0,2 a 1 GPa (HV 200 ~ HV 1000).

Si elige un material más complejo para el acabado de la superficie, puede superar la dureza hasta 30 GPa (HV 30 000)...

Tiene que ser metalico? La fibra de carbono tiene un punto de fusión muy alto. Punto extra, sería ligero y una hoja de fibra de carbono de alta calidad podría mantener su forma durante mucho tiempo.

La fibra de carbono tiene un alto punto de fusión, pero se quemará a altas temperaturas (~400 C). El informe señala útilmente que la fibra de carbono es mejor que el aluminio porque mantiene su forma mientras se quema, mientras que el aluminio se derrite... pero todavía está en llamas.
@kingledion Ah, la legendaria espada llameante
@ cem-kalyoncu Ninguna de esas cosas (aparte de "ser ligero") es cierta sobre ningún tipo de CFRP, cuyas propiedades a alta temperatura dependen casi por completo de las propiedades de su epoxi. Si bien su alta resistencia (pero baja tenacidad) y alta rigidez (y, por lo tanto, una tendencia a romperse) hace que los plásticos reforzados con fibra de carbono sean ideales para el chasis de los autos de carrera, esas propiedades son lo contrario de lo que desea en una pala. Hay una razón por la que no ves a nadie fabricando cuchillos de cocina CFRP.
Nunca probé cf para cortar, pero seguro que es difícil. los bordes afilados son bastante... bueno... afilados. Y espada ardiente, diablos sí
@Riot: De hecho, tengo una daga de fibra de carbono en algún lugar. No sería muy bueno como cuchillo de cocina, pero funcionaría bastante bien para el propósito previsto :-)
@jamesqf, la vanguardia de tal cosa es básicamente el epoxi que se usa para unirlo y, como tal, es bastante inútil para cortar cualquier cosa o mantener una ventaja en más de unos pocos usos. Esas cosas generalmente se comercializan como abrecartas / cuchillos de arte, y la única parte efectiva es la punta, no el filo.
Podría funcionar como estoque, y sabemos que es un arma eficaz.
@Riot: cuando usa la espada y el cuchillo para el propósito previsto (es decir, no para cortar alimentos :-)), usa la punta en lugar del borde. Además, si alguna vez ha usado sierras de diamante (por ejemplo, para cortar piedra o baldosas de cerámica), no están afiladas en absoluto: son pequeños trozos de diamante incrustados en una matriz de metal.
@jamesqf solo ciertos tipos especiales de espadas están destinados a que su punto se use exclusivamente; cuando alguien pregunta por una espada, generalmente se refiere a un arma cortante. Las sierras abrasivas como las que usted describe no tienen absolutamente ninguna relación con la pregunta, porque giran a miles de RPM y están diseñadas para producir un efecto abrasivo, completamente ajeno a una espada. Y CFRP también sería un material de mierda para esos.

¿Por qué no crear una espada con canales internos por los que circule un FLUIDO REFRIGERANTE? Podría ser como la espada del verdugo de "New Sun" de Gene Wolfe que tiene una gota de mercurio que puede fluir hasta la punta. Pero en este caso es nitrógeno líquido o algo así, el depósito de la empuñadura de la espada se llena justo antes de la batalla.

La espada tampoco tiene que ser homogénea, podría parecerse más a una espada Koa (arma polinesia con una "hoja" de madera incrustada con bordes cortantes de dientes de tiburón). La "cuchilla" es un material con baja conductividad térmica y alta resistencia y solo los bordes son de metal con bordes de alta temperatura. De esta manera, a medida que los bordes de metal pierden el temperamento y se desafilan, pueden reemplazarse fácilmente después de la batalla, pero el arma en su conjunto conserva su integridad y no se calienta porque tiene una baja conductividad. Para destrozar monstruos de lava, esto debería ser suficiente. Suficiente capacidad de corte para perforar la piel, luego suficiente resistencia al calor para ensanchar la abertura y perforar cualquier (?) órgano interno.

El agua como fluido refrigerante superará ampliamente al nitrógeno líquido aquí.

La mayoría de los metales con los que consideraríamos hacer una espada pueden recibir una salpicadura de lava. No estamos hablando de sumergir la hoja en un flujo de lava, aquí.

Después de cualquier pelea, las espadas requieren mantenimiento. Tu amigo armero retemplará la hoja según sea necesario.

Una espada hecha de tungsteno tiene el punto de fusión más alto en forma pura, pero si desea recubrirla con la aleación de carburo de tantalio y hafnio , tendrá el arma perfecta para llevar si visita el Monumento Estatal Lava Tree en Hawái.

Eche un vistazo a las copas de metal que se utilizan para recoger lava para su análisis. Supongo que pueden ser de acero inoxidable o níquel forjado o fundido.

También podría enfriar activamente haciendo pasajes e inyectando aire comprimido.

En realidad, el procedimiento habitual para tomar muestras de lava es usar un martillo de geólogo (acero) para sacar una muestra de un flujo y dejarla caer en un balde lleno de agua. El punto de fusión realmente no importa allí, ya que el martillo no está en contacto con la lava por mucho tiempo. Consulte youtube.com/watch?v=rxJeY4C6SL4
¿Hay alguna manera de hacer que una espada de metal sea resistente a la lava?
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