Giới thiệu
Kim loại chịu lửa là một nhóm kim loại quý hiếm có điểm nóng chảy cao, độ ổn định nhiệt cao và khả năng chống ăn mòn đặc biệt. Do những đặc tính này, kim loại chịu lửa được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp bao gồm hàng không vũ trụ, hạt nhân và quốc phòng. Một trong những tính chất chính của kim loại là khả năng chịu được ứng suất cơ học, nhưng thường có những câu hỏi liên quan đến độ giòn của kim loại chịu lửa. Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét các đặc tính của kim loại chịu lửa để xác định độ giòn của chúng và đánh giá xem trên thực tế chúng có giòn hay không.
Kim loại chịu lửa là gì?
Kim loại chịu lửa là một nhóm kim loại có điểm nóng chảy trên 1850 độ, khả năng chịu nhiệt và mài mòn đặc biệt cũng như khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Các kim loại chịu lửa bao gồm tantalum (Ta), vonfram (W), molypden (Mo), niobium (Nb), rhenium (Re) và osmium (Os). Do điểm nóng chảy cao và các đặc tính mong muốn khác, kim loại chịu lửa được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp bao gồm hàng không vũ trụ, quốc phòng và hạt nhân. Một trong những câu hỏi quan trọng xung quanh việc sử dụng kim loại chịu lửa là liệu chúng có giòn hay không.
Độ giòn là gì?
Độ giòn là đặc tính mô tả xu hướng của vật liệu bị nứt hoặc gãy dưới ứng suất hoặc biến dạng. Vật liệu giòn sẽ bị hỏng đột ngột và không báo trước khi gặp ứng suất, trong khi vật liệu dẻo hơn sẽ biến dạng trước khi bị hỏng. Có một số yếu tố có thể góp phần tạo nên độ giòn của vật liệu, bao gồm cấu trúc tinh thể, tính nhất quán của cấu trúc vi mô và sự hiện diện của các khuyết tật như vết nứt hoặc tạp chất.
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ giòn của kim loại chịu lửa
Cấu trúc tinh thể:
Kim loại chịu lửa thường có cấu trúc tinh thể lập phương tâm khối (bcc), vốn có độ dẻo kém hơn các cấu trúc tinh thể khác như lập phương tâm mặt (fcc) hoặc lục giác đóng kín (hcp). Cấu trúc tinh thể bcc tạo ra một mặt phẳng trượt bên trong cấu trúc có thể thúc đẩy hiện tượng gãy giòn khi bị ứng suất.
Cấu trúc vi mô:
Cấu trúc vi mô của vật liệu cũng có thể ảnh hưởng đến độ giòn của nó. Kim loại chịu lửa thường được sản xuất bằng kỹ thuật luyện kim bột, có thể tạo ra sự không nhất quán trong cấu trúc vi mô của vật liệu. Sự không nhất quán này có thể dẫn đến các khuyết tật như vết nứt hoặc tạp chất có thể thúc đẩy hiện tượng gãy giòn.
Tạp chất:
Các tạp chất trong kim loại cũng có thể góp phần làm tăng độ giòn của nó. Kim loại chịu lửa thường được sản xuất bằng kỹ thuật nhiệt độ cao có thể đưa tạp chất vào bên trong vật liệu. Sự hiện diện của tạp chất có thể tạo ra các khuyết tật thúc đẩy hiện tượng gãy giòn.
Nghiên cứu điển hình về kim loại chịu lửa
tantali:
Tantalum thường được sử dụng làm kim loại chịu lửa trong các ứng dụng nhiệt độ cao do khả năng chịu nhiệt và mài mòn đặc biệt. Tantalum cũng nổi tiếng với khả năng chống ăn mòn. Tantalum không được coi là kim loại giòn và nó đã được chứng minh là có độ dẻo tốt trong một số điều kiện nhất định.
Vonfram:
Vonfram là một kim loại chịu lửa khác thường được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ cao. Vonfram có điểm nóng chảy cao và độ ổn định nhiệt tuyệt vời. Vonfram được coi là kim loại giòn do cấu trúc tinh thể bcc của nó.
Molypden:
Molypden thường được sử dụng làm kim loại chịu lửa do nhiệt độ nóng chảy cao và độ ổn định nhiệt tuyệt vời. Molypden không được coi là kim loại giòn và nó đã được chứng minh là có độ dẻo tốt trong một số điều kiện nhất định.
Niobi:
Niobi thường được sử dụng làm kim loại chịu lửa do khả năng chịu nhiệt độ cao và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Niobi không được biết đến là một kim loại giòn và nó đã được chứng minh là có độ dẻo tốt trong một số điều kiện nhất định.
Rheni:
Rhenium là kim loại chịu lửa hiếm có khả năng chịu nhiệt độ cao và độ dẻo tuyệt vời. Rhenium không được coi là kim loại giòn và nó đã được chứng minh là có độ dẻo tốt ngay cả ở nhiệt độ cao.
Osmi:
Osmium là kim loại chịu lửa hiếm có điểm nóng chảy cao nhất so với bất kỳ nguyên tố nào đã biết. Osmium đã được chứng minh là một kim loại tương đối giòn do cấu trúc tinh thể bcc của nó.
Phần kết luận
Kim loại chịu lửa là một nhóm kim loại quý hiếm có điểm nóng chảy cao, độ ổn định nhiệt cao và khả năng chống ăn mòn đặc biệt. Do đặc tính mong muốn của chúng, kim loại chịu lửa được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp bao gồm hàng không vũ trụ, quốc phòng và hạt nhân. Câu hỏi liệu kim loại chịu lửa có giòn hay không rất phức tạp và phụ thuộc vào một số yếu tố, bao gồm cấu trúc tinh thể, cấu trúc vi mô và tạp chất. Trong khi một số kim loại chịu lửa được coi là giòn thì một số khác lại có độ dẻo tốt trong những điều kiện nhất định. Nhìn chung, có thể nói rằng kim loại chịu lửa vốn không giòn nhưng tính chất của chúng phải được xem xét cẩn thận khi sử dụng trong các ứng dụng có ứng suất cao.