آیا فلزات نسوز شکننده هستند؟

معرفی

فلزات نسوز گروهی از فلزات کمیاب هستند که دارای نقطه ذوب بالا، پایداری حرارتی بالا و مقاومت استثنایی در برابر خوردگی هستند. در نتیجه این ویژگی ها، فلزات نسوز در طیف گسترده ای از صنایع از جمله هوافضا، هسته ای و دفاعی استفاده می شوند. یکی از ویژگی های کلیدی فلزات، توانایی آنها در مقاومت در برابر تنش مکانیکی است، اما اغلب سوالاتی در مورد شکنندگی فلزات نسوز وجود دارد. در این مقاله به خواص فلزات نسوز که شکنندگی آنها را تعیین می کند و بررسی می کنیم که آیا واقعاً شکننده هستند یا خیر.

فلزات نسوز چیست؟

فلزات نسوز گروهی از فلزات هستند که دارای نقطه ذوب بالای 1850 درجه، مقاومت استثنایی در برابر حرارت و سایش و مقاومت در برابر خوردگی عالی هستند. فلزات نسوز عبارتند از: تانتالم (Ta)، تنگستن (W)، مولیبدن (Mo)، نیوبیم (Nb)، رنیم (Re) و اسمیم (Os). فلزات نسوز به دلیل نقطه ذوب بالا و سایر خواص مطلوب، در طیف وسیعی از صنایع از جمله هوافضا، دفاع و هسته ای استفاده می شوند. یکی از سوالات کلیدی در مورد استفاده از فلزات نسوز این است که آیا آنها شکننده هستند یا خیر.

شکنندگی چیست؟

شکنندگی خاصیتی است که تمایل یک ماده به ترک خوردن یا شکستگی را در اثر تنش یا کرنش توصیف می کند. یک ماده شکننده هنگامی که در معرض تنش قرار می گیرد ناگهان و بدون هشدار از بین می رود، در حالی که یک ماده انعطاف پذیرتر قبل از شکست تغییر شکل می دهد. عوامل متعددی وجود دارد که می تواند در شکنندگی یک ماده نقش داشته باشد، از جمله ساختار کریستالی آن، قوام ریزساختار آن، و وجود عیوب مانند ترک یا آخال.

عوامل موثر بر شکنندگی فلزات نسوز

ساختار کریستالی:

فلزات نسوز عموماً دارای ساختار کریستالی مکعبی (bcc) هستند که ذاتاً انعطاف پذیری کمتری نسبت به سایر ساختارهای کریستالی مانند مکعب محور (fcc) یا بسته بندی بسته شش ضلعی (hcp) دارند. ساختار کریستالی bcc صفحه لغزشی را در ساختار ایجاد می‌کند که می‌تواند باعث ایجاد شکستگی شکننده در هنگام استرس شود.

ریزساختار:

ریزساختار یک ماده نیز می تواند بر شکنندگی آن تأثیر بگذارد. فلزات نسوز اغلب با تکنیک های متالورژی پودر تولید می شوند که می تواند ناسازگاری هایی در ریزساختار مواد ایجاد کند. این ناهماهنگی می‌تواند منجر به نقص‌هایی مانند ترک‌ها یا آخال‌هایی شود که می‌تواند باعث ایجاد شکستگی شکننده شود.

ناخالصی ها:

ناخالصی های درون یک فلز نیز می تواند به شکنندگی آن کمک کند. فلزات نسوز اغلب با تکنیک‌های دمای بالا تولید می‌شوند که می‌توانند ناخالصی‌هایی را درون مواد وارد کنند. وجود ناخالصی‌ها می‌تواند نقص‌هایی ایجاد کند که باعث ایجاد شکستگی شکننده می‌شود.

مطالعات موردی فلزات نسوز

تانتالیم:

تانتالیم به دلیل مقاومت استثنایی در برابر حرارت و سایش اغلب به عنوان یک فلز نسوز در کاربردهای با دمای بالا استفاده می شود. تانتالوم همچنین به دلیل مقاومت در برابر خوردگی شناخته شده است. تانتالیوم به عنوان یک فلز شکننده در نظر گرفته نمی شود و نشان داده شده است که در شرایط خاصی شکل پذیری خوبی دارد.

تنگستن:

تنگستن یکی دیگر از فلزات نسوز است که اغلب در کاربردهای با دمای بالا استفاده می شود. تنگستن دارای نقطه ذوب بالا و پایداری حرارتی عالی است. تنگستن به دلیل ساختار بلوری bcc، فلزی شکننده است.

مولیبدن:

مولیبدن به دلیل نقطه ذوب بالا و پایداری حرارتی عالی اغلب به عنوان یک فلز نسوز استفاده می شود. مولیبدن به عنوان یک فلز شکننده در نظر گرفته نمی شود و نشان داده شده است که تحت شرایط خاصی شکل پذیری خوبی دارد.

نیوبیم:

نیوبیم به دلیل مقاومت در برابر دمای بالا و مقاومت در برابر خوردگی عالی اغلب به عنوان یک فلز نسوز استفاده می شود. نیوبیم به عنوان یک فلز شکننده شناخته نشده است، و نشان داده شده است که تحت شرایط خاصی شکل پذیری خوبی دارد.

رنیوم:

رنیوم یک فلز نسوز کمیاب است که دارای مقاومت در برابر دمای بالا و شکل پذیری عالی است. رنیم به عنوان فلزی شکننده در نظر گرفته نمی شود و نشان داده شده است که حتی در دماهای بالا نیز شکل پذیری خوبی دارد.

اوسمیم:

اوسمیم یک فلز نسوز کمیاب است که بالاترین نقطه ذوب را در بین عناصر شناخته شده دارد. نشان داده شده است که اوسمیوم یک فلز نسبتا شکننده است، به دلیل ساختار بلوری bcc.

نتیجه

فلزات نسوز گروهی از فلزات کمیاب هستند که دارای نقطه ذوب بالا، پایداری حرارتی بالا و مقاومت استثنایی در برابر خوردگی هستند. فلزات نسوز به دلیل خواص مطلوبی که دارند در طیف وسیعی از صنایع از جمله هوافضا، دفاع و هسته ای استفاده می شوند. این سوال که آیا فلزات نسوز شکننده هستند یا نه پیچیده است و به عوامل متعددی از جمله ساختار کریستالی، ریزساختار و ناخالصی ها بستگی دارد. در حالی که برخی از فلزات نسوز شکننده در نظر گرفته می شوند، برخی دیگر تحت شرایط خاصی شکل پذیری خوبی دارند. به طور کلی می توان گفت که فلزات نسوز ذاتاً شکننده نیستند، اما هنگام استفاده در کاربردهای پرتنش باید به خواص آنها دقت کرد.