مقدمة
المعادن المقاومة للحرارة هي مجموعة من المعادن النادرة التي تتمتع بنقاط انصهار عالية وثبات حراري عالي ومقاومة استثنائية للتآكل. ونتيجة لهذه الخصائص، يتم استخدام المعادن المقاومة للحرارة في مجموعة واسعة من الصناعات بما في ذلك الطيران والنووية والدفاع. إحدى الخصائص الرئيسية للمعادن هي قدرتها على تحمل الضغط الميكانيكي، ولكن غالبًا ما تكون هناك أسئلة بخصوص هشاشة المعادن المقاومة للحرارة. في هذه المقالة، سنلقي نظرة على خصائص المعادن المقاومة للحرارة التي تحدد مدى هشاشتها وتقييم ما إذا كانت في الواقع هشة.
ما هي المعادن المقاومة للحرارة؟
المعادن المقاومة للحرارة هي مجموعة من المعادن التي لديها نقاط انصهار أعلى من 1850 درجة، ومقاومة استثنائية للحرارة والتآكل، ومقاومة ممتازة للتآكل. تشمل المعادن المقاومة للحرارة التنتالوم (Ta)، والتنغستن (W)، والموليبدينوم (Mo)، والنيوبيوم (Nb)، والرينيوم (Re)، والأوسيميوم (Os). نظرًا لنقاط انصهارها العالية وغيرها من الخصائص المرغوبة، تُستخدم المعادن المقاومة للحرارة في مجموعة واسعة من الصناعات بما في ذلك الطيران والدفاع والنووية. أحد الأسئلة الرئيسية المحيطة باستخدام المعادن المقاومة للحرارة هو ما إذا كانت هشة أم لا.
ما هي الهشاشة؟
الهشاشة هي خاصية تصف ميل المادة إلى التصدع أو الكسر تحت الضغط أو الضغط. سوف تفشل المادة الهشة فجأة ودون سابق إنذار عند تعرضها للإجهاد، في حين أن المادة الأكثر ليونة سوف تتشوه قبل أن تفشل. هناك العديد من العوامل التي يمكن أن تساهم في هشاشة المادة، بما في ذلك تركيبها البلوري، واتساق بنيتها المجهرية، ووجود عيوب مثل الشقوق أو الشوائب.
العوامل المؤثرة على هشاشة المعادن المقاومة للحرارة
الهيكل البلوري:
تحتوي المعادن المقاومة للحرارة بشكل عام على بنية بلورية مكعبة متمحورة حول الجسم (bcc)، وهي بطبيعتها أقل ليونة من الهياكل البلورية الأخرى مثل المكعب المتمحور حول الوجه (fcc) أو السداسي المعبأ المغلق (hcp). يخلق الهيكل البلوري bcc مستوى انزلاقيًا داخل الهيكل يمكن أن يعزز الكسر الهش عند الضغط عليه.
البنية المجهرية:
يمكن أن تؤثر البنية المجهرية للمادة أيضًا على هشاشتها. غالبًا ما يتم إنتاج المعادن المقاومة للحرارة عن طريق تقنيات تعدين المساحيق، والتي يمكن أن تخلق تناقضات في البنية المجهرية للمادة. يمكن أن يؤدي هذا التناقض إلى عيوب مثل الشقوق أو الشوائب التي يمكن أن تعزز الكسر الهش.
الشوائب:
يمكن أن تساهم الشوائب الموجودة داخل المعدن أيضًا في هشاشته. غالبًا ما يتم إنتاج المعادن المقاومة للحرارة عن طريق تقنيات درجات الحرارة العالية التي يمكن أن تؤدي إلى ظهور شوائب داخل المادة. وجود الشوائب يمكن أن يخلق عيوبًا تعزز الكسر الهش.
دراسات حالة للمعادن المقاومة للحرارة
التنتالوم:
غالبًا ما يستخدم التنتالوم كمعدن مقاوم للحرارة في تطبيقات درجات الحرارة العالية نظرًا لمقاومته الاستثنائية للحرارة والتآكل. التنتالوم معروف أيضًا بمقاومته للتآكل. لا يعتبر التنتالوم معدنًا هشًا، وقد ثبت أنه يتمتع بمرونة جيدة في ظل ظروف معينة.
التنغستن:
التنغستن هو معدن آخر مقاوم للحرارة يستخدم غالبًا في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية. يتمتع التنغستن بنقطة انصهار عالية وثبات حراري ممتاز. يعتبر التنغستن معدنًا هشًا، نظرًا لبنيته البلورية المخفية.
الموليبدينوم:
غالبًا ما يستخدم الموليبدينوم كمعدن مقاوم للحرارة بسبب نقطة انصهاره العالية وثباته الحراري الممتاز. لا يعتبر الموليبدينوم معدنًا هشًا، وقد ثبت أنه يتمتع بمرونة جيدة في ظل ظروف معينة.
النيوبيوم:
غالبًا ما يستخدم النيوبيوم كمعدن مقاوم للحرارة بسبب مقاومته لدرجات الحرارة العالية ومقاومته الممتازة للتآكل. من غير المعروف أن النيوبيوم معدن هش، وقد ثبت أن لديه ليونة جيدة في ظل ظروف معينة.
الرينيوم:
الرينيوم معدن نادر مقاوم للحرارة وله مقاومة لدرجات الحرارة العالية وليونة ممتازة. لا يعتبر الرينيوم معدنًا هشًا، وقد ثبت أنه يتمتع بقدرة جيدة على الليونة حتى في درجات الحرارة المرتفعة.
الأوزميوم:
الأوزميوم هو معدن نادر مقاوم للحرارة وله أعلى نقطة انصهار لأي عنصر معروف. لقد ثبت أن الأوزميوم معدن هش نسبيًا، بسبب تركيبه البلوري المخفية.
خاتمة
المعادن المقاومة للحرارة هي مجموعة من المعادن النادرة التي تتمتع بنقاط انصهار عالية وثبات حراري عالي ومقاومة استثنائية للتآكل. نظرًا لخصائصها المرغوبة، تُستخدم المعادن المقاومة للحرارة في مجموعة واسعة من الصناعات بما في ذلك الطيران والدفاع والنووية. إن مسألة ما إذا كانت المعادن المقاومة للحرارة هشة معقدة وتعتمد على عدة عوامل، بما في ذلك البنية البلورية، والبنية المجهرية، والشوائب. في حين أن بعض المعادن المقاومة للحرارة تعتبر هشة، فإن بعضها الآخر يتمتع بليونة جيدة في ظل ظروف معينة. بشكل عام، يمكن القول أن المعادن المقاومة للحرارة ليست هشة بطبيعتها، ولكن يجب دراسة خصائصها بعناية عند استخدامها في التطبيقات عالية الضغط.