Kynning
Eldfastir málmar eru hópur sjaldgæfra málma sem hafa hátt bræðslumark, mikinn hitastöðugleika og einstaklega tæringarþol. Sem afleiðing af þessum eiginleikum eru eldföstir málmar notaðir í fjölmörgum atvinnugreinum, þar á meðal flug-, kjarnorku- og varnarmálum. Einn af lykileiginleikum málma er hæfni þeirra til að standast vélrænt álag, en oft vakna spurningar varðandi stökkleika eldföstra málma. Í þessari grein munum við skoða eiginleika eldföstra málma sem ákvarða stökkleika þeirra og meta hvort þeir séu í raun brothættir.
Hvað eru eldfastir málmar?
Eldfastir málmar eru hópur málma sem hafa bræðslumark yfir 1850 gráður, framúrskarandi hita- og slitþol og framúrskarandi tæringarþol. Eldföstu málmarnir innihalda tantal (Ta), wolfram (W), mólýbden (Mo), níóbíum (Nb), reníum (Re) og osmíum (Os). Vegna háa bræðslumarka þeirra og annarra eftirsóknarverðra eiginleika eru eldföstir málmar notaðir í fjölmörgum atvinnugreinum, þar á meðal í geimferðum, varnarmálum og kjarnorku. Ein af lykilspurningunum varðandi notkun eldföstra málma er hvort þeir séu brothættir.
Hvað er brothætti?
Brotleiki er eiginleiki sem lýsir tilhneigingu efnis til að sprunga eða brotna við álag eða álag. Brothætt efni bilar skyndilega og án viðvörunar þegar það verður fyrir álagi, en sveigjanlegra efni mun aflagast áður en það bilar. Það eru nokkrir þættir sem geta stuðlað að stökkleika efnis, þar á meðal kristalbygging þess, samkvæmni örbyggingar þess og tilvist galla eins og sprungna eða innfellinga.
Þættir sem hafa áhrif á brothætta eldföstum málmum
Kristal uppbygging:
Eldfastir málmar hafa almennt líkamsmiðaða kúbika (bcc) kristalbyggingu, sem er í eðli sínu minna sveigjanleg en önnur kristalbygging eins og andlitsmiðjuð teningur (fcc) eða sexhyrndur lokapakkaður (hcp). Bcc kristalbyggingin skapar sleðaplan innan byggingarinnar sem getur stuðlað að brothættu broti þegar það er álag.
Örbygging:
Örbygging efnis getur einnig haft áhrif á stökkleika þess. Eldfastir málmar eru oft framleiddir með duftmálmvinnsluaðferðum, sem getur skapað ósamræmi í örbyggingu efnisins. Þetta ósamræmi getur leitt til galla eins og sprungna eða innfellinga sem geta stuðlað að brothættum brotum.
Óhreinindi:
Óhreinindi innan málms geta einnig stuðlað að stökkleika hans. Eldfastir málmar eru oft framleiddir með háhitatækni sem getur leitt til óhreininda í efninu. Tilvist óhreininda getur skapað galla sem stuðla að brothættum brotum.
Tilviksrannsóknir á eldföstum málmum
Tantal:
Tantal er oft notað sem eldfastur málmur í háhitanotkun vegna einstakrar viðnáms gegn hita og sliti. Tantal er einnig vel þekkt fyrir tæringarþol. Tantal er ekki talið vera brothættur málmur og hefur verið sýnt fram á að hann hefur góða sveigjanleika við ákveðnar aðstæður.
Volfram:
Volfram er annar eldfastur málmur sem er oft notaður í háhita notkun. Volfram hefur hátt bræðslumark og framúrskarandi hitastöðugleika. Volfram er talið vera brothættur málmur, vegna bcc kristalbyggingarinnar.
Mólýbden:
Mólýbden er oft notað sem eldfastur málmur vegna hás bræðslumarks og framúrskarandi hitastöðugleika. Mólýbden er ekki talið vera brothættur málmur og sýnt hefur verið fram á að það hefur góða sveigjanleika við ákveðnar aðstæður.
Niobium:
Níóbín er oft notað sem eldfastur málmur vegna háhitaþols og framúrskarandi tæringarþols. Niobium er ekki þekkt fyrir að vera brothættur málmur og hefur verið sýnt fram á að hann hefur góða sveigjanleika við ákveðnar aðstæður.
Reníum:
Reníum er sjaldgæfur eldföst málmur sem hefur háhitaþol og framúrskarandi sveigjanleika. Reníum er ekki talið vera brothættur málmur og hefur sýnt sig að það hefur góða sveigjanleika jafnvel við háan hita.
Osmíum:
Osmíum er sjaldgæfur eldföst málmur sem hefur hæsta bræðslumark allra þekktra frumefna. Sýnt hefur verið fram á að osmíum er tiltölulega brothættur málmur, vegna bcc kristalbyggingarinnar.
Niðurstaða
Eldfastir málmar eru hópur sjaldgæfra málma sem hafa hátt bræðslumark, mikinn hitastöðugleika og einstaklega tæringarþol. Vegna eftirsóknarverðra eiginleika þeirra eru eldföstir málmar notaðir í fjölmörgum atvinnugreinum, þar á meðal flugi, varnarmálum og kjarnorku. Spurningin um hvort eldfastir málmar séu brothættir er flókin og fer eftir nokkrum þáttum, þar á meðal kristalbyggingu, örbyggingu og óhreinindum. Þó að sumir eldfastir málmar séu álitnir brothættir, hafa aðrir góða sveigjanleika við ákveðnar aðstæður. Almennt má segja að eldfastir málmar séu ekki brothættir í eðli sínu, en íhuga þarf vel eiginleika þeirra þegar þeir eru notaðir í háspennunotkun.