Sissejuhatus
Tulekindlad metallid on haruldaste metallide rühm, millel on kõrge sulamistemperatuur, kõrge termiline stabiilsus ja erakordne korrosioonikindlus. Nende omaduste tõttu kasutatakse tulekindlaid metalle paljudes tööstusharudes, sealhulgas lennunduses, tuumatööstuses ja kaitsetööstuses. Metallide üks põhiomadusi on nende võime taluda mehaanilist pinget, kuid sageli tekib küsimusi tulekindlate metallide hapruse kohta. Käesolevas artiklis vaatleme tulekindlate metallide omadusi, mis määravad nende hapruse, ja hindame, kas need on ka tegelikult rabedad.
Mis on tulekindlad metallid?
Tulekindlad metallid on metallide rühm, mille sulamistemperatuur on üle 1850 kraadi, erakordne vastupidavus kuumusele ja kulumisele ning suurepärane korrosioonikindlus. Tulekindlate metallide hulka kuuluvad tantaal (Ta), volfram (W), molübdeen (Mo), nioobium (Nb), reenium (Re) ja osmium (Os). Nende kõrgete sulamistemperatuuride ja muude soovitavate omaduste tõttu kasutatakse tulekindlaid metalle paljudes tööstusharudes, sealhulgas lennunduses, kaitse- ja tuumatööstuses. Üks tulekindlate metallide kasutamisega seotud põhiküsimusi on see, kas need on rabedad.
Mis on rabedus?
Haprus on omadus, mis kirjeldab materjali kalduvust pinge või koormuse korral praguneda või puruneda. Habras materjal läheb pingega kokkupuutel ootamatult ja hoiatamata rikki, elastsem materjal aga deformeerub enne rikkeid. Materjali rabedusele võivad kaasa aidata mitmed tegurid, sealhulgas selle kristallstruktuur, selle mikrostruktuuri konsistents ja defektid, nagu praod või kandmised.
Tulekindlate metallide haprust mõjutavad tegurid
Kristalli struktuur:
Tulekindlatel metallidel on üldiselt kehakeskne kuubikujuline (bcc) kristallstruktuur, mis on oma olemuselt vähem plastiline kui teised kristallstruktuurid, nagu näokesksed kuubikud (fcc) või kuusnurksed tihedalt pakitud (hcp). Bcc-kristallstruktuur loob konstruktsioonis libisemistasandi, mis võib stressi korral soodustada rabedat murdumist.
Mikrostruktuur:
Materjali mikrostruktuur võib samuti mõjutada selle haprust. Tulekindlaid metalle toodetakse sageli pulbermetallurgia meetodite abil, mis võib tekitada ebakõlasid materjali mikrostruktuuris. See ebakõla võib põhjustada defekte, nagu praod või kandmised, mis võivad soodustada rabedat murdumist.
Lisandid:
Metalli sees olevad lisandid võivad samuti kaasa aidata selle haprusele. Tulekindlaid metalle toodetakse sageli kõrgtemperatuuriliste tehnikate abil, mis võivad materjali sisse viia. Lisandite olemasolu võib tekitada defekte, mis soodustavad rabedat murdumist.
Tulekindlate metallide juhtumiuuringud
Tantaal:
Tantaali kasutatakse sageli tulekindla metallina kõrge temperatuuriga rakendustes, kuna see on erakordselt vastupidav kuumusele ja kulumisele. Tantaal on tuntud ka oma korrosioonikindluse poolest. Tantaali ei peeta hapraks metalliks ja sellel on teatud tingimustel hea plastilisus.
Volfram:
Volfram on veel üks tulekindel metall, mida kasutatakse sageli kõrge temperatuuriga rakendustes. Volframil on kõrge sulamistemperatuur ja suurepärane termiline stabiilsus. Volframit peetakse selle bcc-kristallstruktuuri tõttu rabedaks metalliks.
Molübdeen:
Molübdeeni kasutatakse sageli tulekindla metallina selle kõrge sulamistemperatuuri ja suurepärase termilise stabiilsuse tõttu. Molübdeeni ei peeta hapraks metalliks ja sellel on teatud tingimustel hea plastilisus.
Nioobium:
Tänu kõrgele temperatuurile ja suurepärasele korrosioonikindlusele kasutatakse nioobiumi sageli tulekindla metallina. Nioobium ei ole teadaolevalt habras metall ja sellel on teatud tingimustel hea plastilisus.
Reenium:
Reenium on haruldane tulekindel metall, millel on kõrge temperatuuritaluvus ja suurepärane elastsus. Reeniumi ei peeta rabedaks metalliks ja on tõestatud, et sellel on hea plastilisus isegi kõrgetel temperatuuridel.
Osmium:
Osmium on haruldane tulekindel metall, millel on kõigist teadaolevatest elementidest kõrgeim sulamistemperatuur. Osmium on oma bcc kristallstruktuuri tõttu suhteliselt habras metall.
Järeldus
Tulekindlad metallid on haruldaste metallide rühm, millel on kõrge sulamistemperatuur, kõrge termiline stabiilsus ja erakordne korrosioonikindlus. Oma soovitavate omaduste tõttu kasutatakse tulekindlaid metalle paljudes tööstusharudes, sealhulgas lennunduses, kaitse- ja tuumatööstuses. Küsimus, kas tulekindlad metallid on rabedad, on keeruline ja sõltub mitmest tegurist, sealhulgas kristallstruktuurist, mikrostruktuurist ja lisanditest. Kuigi mõnda tulekindlat metalli peetakse rabedaks, on teistel teatud tingimustel hea plastilisus. Üldiselt võib öelda, et tulekindlad metallid ei ole oma olemuselt rabedad, kuid nende omadusi tuleb hoolikalt kaaluda, kui neid kasutatakse kõrge pingega rakendustes.