Introducere
Metalele refractare sunt un grup de metale rare care au puncte de topire ridicate, stabilitate termică ridicată și rezistență excepțională la coroziune. Ca urmare a acestor proprietăți, metalele refractare sunt utilizate într-o gamă largă de industrii, inclusiv aerospațială, nucleară și apărare. Una dintre proprietățile cheie ale metalelor este capacitatea lor de a rezista la stres mecanic, dar există adesea întrebări cu privire la fragilitatea metalelor refractare. În acest articol, ne vom uita la proprietățile metalelor refractare care determină fragilitatea lor și vom evalua dacă sunt, de fapt, fragile.
Ce sunt metalele refractare?
Metalele refractare sunt un grup de metale care au puncte de topire peste 1850 de grade, rezistență excepțională la căldură și uzură și rezistență excelentă la coroziune. Metalele refractare includ tantal (Ta), wolfram (W), molibden (Mo), niobiu (Nb), reniu (Re) și osmiu (Os). Datorită punctelor de topire ridicate și a altor proprietăți dezirabile, metalele refractare sunt utilizate într-o gamă largă de industrii, inclusiv aerospațială, apărare și nucleară. Una dintre întrebările cheie legate de utilizarea metalelor refractare este dacă acestea sunt fragile.
Ce este fragilitatea?
Friabilitatea este o proprietate care descrie tendința unui material de a crapa sau de a se rupe sub presiune sau deformare. Un material fragil se va defecta brusc și fără avertisment atunci când este expus la stres, în timp ce un material mai ductil se va deforma înainte de a ceda. Există mai mulți factori care pot contribui la fragilitatea unui material, inclusiv structura lui cristalină, consistența microstructurii sale și prezența unor defecte precum fisuri sau incluziuni.
Factori care afectează fragilitatea metalelor refractare
Structură cristalină:
Metalele refractare au în general o structură cristalină cubică centrată pe corp (bcc), care este în mod inerent mai puțin ductilă decât alte structuri cristaline, cum ar fi cubice centrate pe față (fcc) sau hexagonale compacte (hcp). Structura cristalină bcc creează un plan de alunecare în interiorul structurii care poate promova fractura fragilă atunci când este solicitat.
Microstructură:
Microstructura unui material poate afecta, de asemenea, fragilitatea acestuia. Metalele refractare sunt adesea produse prin tehnici de metalurgie a pulberilor, care pot crea inconsecvențe în microstructura materialului. Această inconsecvență poate duce la defecte precum fisuri sau incluziuni care pot favoriza fractura fragilă.
Impurităţi:
Impuritățile dintr-un metal pot contribui, de asemenea, la fragilitatea acestuia. Metalele refractare sunt adesea produse prin tehnici de temperatură înaltă care pot introduce impurități în material. Prezența impurităților poate crea defecte care favorizează fractura fragilă.
Studii de caz ale metalelor refractare
Tantal:
Tantalul este adesea folosit ca metal refractar în aplicații la temperaturi înalte datorită rezistenței sale excepționale la căldură și uzură. Tantalul este, de asemenea, bine cunoscut pentru rezistența sa la coroziune. Tantalul nu este considerat a fi un metal fragil și s-a dovedit că are o ductilitate bună în anumite condiții.
Tungsten:
Tungstenul este un alt metal refractar care este adesea folosit în aplicații la temperaturi înalte. Tungstenul are un punct de topire ridicat și o stabilitate termică excelentă. Tungstenul este considerat a fi un metal fragil, datorită structurii sale cristaline bcc.
Molibden:
Molibdenul este adesea folosit ca metal refractar datorită punctului său de topire ridicat și stabilității termice excelente. Molibdenul nu este considerat a fi un metal fragil și s-a dovedit că are o ductilitate bună în anumite condiții.
Niobiu:
Niobiul este adesea folosit ca metal refractar datorită rezistenței sale la temperaturi ridicate și rezistenței excelente la coroziune. Niobiul nu este cunoscut ca fiind un metal fragil și s-a dovedit că are o ductilitate bună în anumite condiții.
Reniu:
Reniul este un metal refractar rar care are rezistență la temperaturi ridicate și o ductilitate excelentă. Reniul nu este considerat a fi un metal fragil și s-a demonstrat că are o ductilitate bună chiar și la temperaturi ridicate.
Osmiu:
Osmiul este un metal refractar rar care are cel mai înalt punct de topire dintre orice element cunoscut. S-a demonstrat că osmiul este un metal relativ fragil, datorită structurii sale cristaline bcc.
Concluzie
Metalele refractare sunt un grup de metale rare care au puncte de topire ridicate, stabilitate termică ridicată și rezistență excepțională la coroziune. Datorită proprietăților lor dorite, metalele refractare sunt utilizate într-o gamă largă de industrii, inclusiv aerospațială, apărare și nucleară. Întrebarea dacă metalele refractare sunt fragile este complexă și depinde de mai mulți factori, inclusiv structura cristalului, microstructura și impuritățile. În timp ce unele metale refractare sunt considerate a fi fragile, altele au o ductilitate bună în anumite condiții. În general, se poate spune că metalele refractare nu sunt în mod inerent fragile, dar proprietățile lor trebuie luate în considerare cu atenție atunci când sunt utilizate în aplicații cu stres ridicat.