การแนะนำ
โลหะทนไฟคือกลุ่มของโลหะหายากที่มีจุดหลอมเหลวสูง มีเสถียรภาพทางความร้อนสูง และทนทานต่อการกัดกร่อนเป็นพิเศษ จากคุณสมบัติเหล่านี้ โลหะทนไฟจึงถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย รวมถึงการบินและอวกาศ นิวเคลียร์ และการป้องกันประเทศ คุณสมบัติที่สำคัญประการหนึ่งของโลหะคือความสามารถในการทนต่อความเค้นเชิงกล แต่มักมีคำถามเกี่ยวกับความเปราะของโลหะทนไฟ ในบทความนี้ เราจะดูคุณสมบัติของโลหะทนไฟที่เป็นตัวกำหนดความเปราะและประเมินว่าในความเป็นจริงแล้วมีความเปราะหรือไม่
โลหะทนไฟคืออะไร?
โลหะทนไฟเป็นกลุ่มของโลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูงกว่า 1,850 องศา ทนทานต่อความร้อนและการสึกหรอได้ดีเยี่ยม และทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม โลหะทนไฟ ได้แก่ แทนทาลัม (Ta) ทังสเตน (W) โมลิบดีนัม (Mo) ไนโอเบียม (Nb) รีเนียม (Re) และออสเมียม (Os) เนื่องจากมีจุดหลอมเหลวสูงและคุณสมบัติที่ต้องการอื่นๆ โลหะทนไฟจึงถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย รวมถึงการบินและอวกาศ การป้องกันประเทศ และนิวเคลียร์ คำถามสำคัญข้อหนึ่งเกี่ยวกับการใช้โลหะทนไฟคือโลหะเหล่านี้เปราะหรือไม่
ความเปราะบางคืออะไร?
ความเปราะเป็นคุณสมบัติที่อธิบายแนวโน้มของวัสดุที่จะแตกหรือแตกหักภายใต้ความเครียดหรือความเครียด วัสดุที่เปราะจะพังกะทันหันและไม่มีการเตือนเมื่อสัมผัสกับความเครียด ในขณะที่วัสดุที่มีความเหนียวมากกว่าจะเสียรูปก่อนที่จะพัง มีปัจจัยหลายประการที่อาจส่งผลต่อความเปราะของวัสดุ รวมถึงโครงสร้างผลึก ความสม่ำเสมอของโครงสร้างจุลภาค และการมีอยู่ของข้อบกพร่อง เช่น รอยแตกหรือสิ่งเจือปน
ปัจจัยที่มีผลต่อความเปราะของโลหะทนไฟ
โครงสร้างคริสตัล:
โลหะทนไฟโดยทั่วไปมีโครงสร้างผลึกลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางตัวถัง (bcc) ซึ่งโดยธรรมชาติแล้วมีความเหนียวน้อยกว่าโครงสร้างผลึกอื่นๆ เช่น ลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางที่ผิวหน้า (fcc) หรือบรรจุภัณฑ์ปิดหกเหลี่ยม (hcp) โครงสร้างผลึก bcc สร้างระนาบสลิปภายในโครงสร้างที่สามารถส่งเสริมการแตกหักแบบเปราะเมื่อเกิดความเครียด
โครงสร้างจุลภาค:
โครงสร้างจุลภาคของวัสดุอาจส่งผลต่อความเปราะบางได้เช่นกัน โลหะทนไฟมักผลิตโดยเทคนิคโลหะผสมผง ซึ่งสามารถสร้างความไม่สอดคล้องกันในโครงสร้างจุลภาคของวัสดุได้ ความไม่สอดคล้องกันนี้อาจนำไปสู่ข้อบกพร่อง เช่น รอยแตกร้าวหรือการรวมตัวที่อาจทำให้แตกหักง่ายได้
สิ่งสกปรก:
สิ่งเจือปนภายในโลหะก็มีส่วนทำให้เกิดความเปราะได้เช่นกัน โลหะทนไฟมักผลิตโดยเทคนิคอุณหภูมิสูงซึ่งสามารถนำสิ่งเจือปนเข้าไปภายในวัสดุได้ การมีสิ่งเจือปนสามารถสร้างข้อบกพร่องที่ทำให้เกิดการแตกหักเปราะได้
กรณีศึกษาโลหะทนไฟ
แทนทาลัม:
แทนทาลัมมักถูกใช้เป็นโลหะทนไฟในการใช้งานที่อุณหภูมิสูง เนื่องจากมีความทนทานต่อความร้อนและการสึกหรอเป็นพิเศษ แทนทาลัมยังเป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องความทนทานต่อการกัดกร่อน แทนทาลัมไม่ถือว่าเป็นโลหะเปราะ และแสดงให้เห็นว่ามีความเหนียวที่ดีภายใต้เงื่อนไขบางประการ
ทังสเตน:
ทังสเตนเป็นโลหะทนไฟอีกชนิดหนึ่งที่มักใช้ในการใช้งานที่อุณหภูมิสูง ทังสเตนมีจุดหลอมเหลวสูงและมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยม ทังสเตนถือเป็นโลหะเปราะเนื่องจากมีโครงสร้างผลึก bcc
โมลิบดีนัม:
โมลิบดีนัมมักถูกใช้เป็นโลหะทนไฟเนื่องจากมีจุดหลอมเหลวสูงและมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยม โมลิบดีนัมไม่ถือว่าเป็นโลหะเปราะ และมีการแสดงให้เห็นว่ามีความเหนียวที่ดีภายใต้เงื่อนไขบางประการ
ไนโอเบียม:
ไนโอเบียมมักถูกใช้เป็นโลหะทนไฟเนื่องจากมีความทนทานต่ออุณหภูมิสูงและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม ไนโอเบียมไม่เป็นที่รู้จักว่าเป็นโลหะเปราะ และแสดงให้เห็นว่ามีความเหนียวที่ดีภายใต้สภาวะบางประการ
รีเนียม:
รีเนียมเป็นโลหะทนไฟที่หายากซึ่งมีความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงและความเหนียวที่ดีเยี่ยม รีเนียมไม่ถือว่าเป็นโลหะเปราะ และแสดงให้เห็นว่ามีความเหนียวที่ดีแม้ในอุณหภูมิสูง
ออสเมียม:
ออสเมียมเป็นโลหะทนไฟที่หายากซึ่งมีจุดหลอมเหลวสูงที่สุดในบรรดาธาตุที่รู้จัก ออสเมียมแสดงให้เห็นว่าเป็นโลหะที่ค่อนข้างเปราะ เนื่องจากมีโครงสร้างผลึกเป็น bcc
บทสรุป
โลหะทนไฟคือกลุ่มของโลหะหายากที่มีจุดหลอมเหลวสูง มีเสถียรภาพทางความร้อนสูง และทนทานต่อการกัดกร่อนเป็นพิเศษ เนื่องจากคุณสมบัติที่ต้องการ โลหะทนไฟจึงถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย รวมถึงการบินและอวกาศ การป้องกันประเทศ และนิวเคลียร์ คำถามที่ว่าโลหะทนไฟจะเปราะหรือไม่นั้นมีความซับซ้อนและขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ รวมถึงโครงสร้างผลึก โครงสร้างจุลภาค และสิ่งสกปรก แม้ว่าโลหะทนไฟบางชนิดจะถือว่าเปราะ แต่โลหะบางชนิดก็มีความเหนียวที่ดีภายใต้เงื่อนไขบางประการ โดยทั่วไปอาจกล่าวได้ว่าโลหะทนไฟไม่ได้เปราะโดยเนื้อแท้ แต่ต้องพิจารณาคุณสมบัติของโลหะเหล่านี้อย่างรอบคอบเมื่อใช้ในการใช้งานที่มีความเครียดสูง