Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!
Wolfram należy również do grupy metali charakteryzujących się wysokimi wskaźnikami ogniotrwałości. Został odkryty w Szwecji przez chemika o imieniu Scheele. To on odniósł pierwszy sukces w 1781 r. W wydobyciu tlenku nieznanego metalu z mineralnego wolframitu. Czysty wolfram został uzyskany przez naukowca po 3 latach.
Opis
Wolfram należy do grupy materiałów często używanych w różnych gałęziach przemysłu. Jest oznaczony literą W i ma numer seryjny 74 w układzie okresowym, charakteryzuje się jasnoszarym kolorem. Jedną z jego charakterystycznych cech jest wysoka ogniotrwałość. Temperatura topnienia wolframu wynosi 3380 stopni Celsjusza. Jeśli rozważymy to z punktu widzenia zastosowania, najważniejsze cechy tego materiału to:
- gęstość;
- temperatura topnienia;
- opór elektryczny;
- współczynnik rozszerzalności liniowej.
Obliczając jego cechy charakterystyczne, konieczne jest wybranie wysokiej temperatury wrzenia, która znajduje się na poziomie 5900 stopni Celsjusza . Inną jego cechą jest niski współczynnik parowania. Jest niska nawet w temperaturze 2000 stopni Celsjusza. Dzięki takiej właściwości jak przewodność elektryczna, metal ten jest 3 razy większy niż taki zwykły stop, taki jak miedź.
Czynniki ograniczające użycie wolframu
Istnieje wiele czynników, które ograniczają użycie tego materiału:
- wysoka gęstość;
- znaczna tendencja do pękania w niskich temperaturach;
- niska odporność na utlenianie.
Wolfram jest podobny do zwykłej stali . Jego główne zastosowanie związane jest głównie z produkcją stopów o wysokiej wytrzymałości. Ten metal może być przetwarzany, ale tylko wtedy, gdy jest wstępnie podgrzany. W zależności od wybranego rodzaju obróbki ogrzewanie odbywa się w określonej temperaturze. Na przykład, jeśli zadaniem jest wykuwanie prętów wolframowych, to przedmiot musi zostać podgrzany do temperatury 1450-1500 stopni Celsjusza.
Przez ponad 100 lat wolfram nie był używany do celów przemysłowych. Jego zastosowanie w produkcji różnych technik było ograniczone przez jego wysoką temperaturę topnienia.
Początek zastosowania przemysłowego wiąże się z rokiem 1856, kiedy po raz pierwszy zastosowano go do stopów stali narzędziowych. Podczas ich produkcji zaczęli dodawać wolfram o całkowitej frakcji do 5%. Obecność tego metalu w stali pozwoliła nam zwiększyć prędkość cięcia na tokarkach z 5 do 8 m na minutę .
Rozwój przemysłu w drugiej połowie XIX wieku charakteryzuje się aktywnym rozwojem przemysłu obrabiarek. Zapotrzebowanie na sprzęt stale rośnie z roku na rok, co wymagało od konstruktorów maszyn uzyskania cech jakościowych maszyn, a także zwiększenia prędkości pracy. Pierwszym impulsem do poprawy prędkości cięcia było użycie wolframu.
Już na początku XX wieku prędkość cięcia zwiększono do 35 metrów na minutę . Osiągnięto to poprzez domieszkowanie stali nie tylko wolframem, ale także innymi elementami:
- molibden;
- chrom;
- wanad.
Następnie prędkość skrawania na maszynach wzrosła do 60 metrów na minutę. Jednak pomimo tak wysokich stawek eksperci zrozumieli, że istnieje możliwość poprawy tej cechy. W jaki sposób wybrać zwiększenie prędkości cięcia, eksperci nie myśleli od dłuższego czasu. Uciekli się do użycia wolframu, ale już w postaci węglików w połączeniu z innymi metalami i ich typami. Obecnie cięcie metalu na maszynach odbywa się z prędkością 2000 metrów na minutę.
Właściwości wolframu
Jak każdy materiał, wolfram ma swoje specjalne właściwości, dzięki czemu wpadł do grupy metali strategicznych. Powiedzieliśmy już, że jedną z zalet tego metalu jest wysoka ogniotrwałość. To z powodu tej właściwości materiał może być wykorzystywany do produkcji włókien.
Jego temperatura topnienia wynosi 2500 stopni Celsjusza . Ale tylko z tą jakością pozytywne właściwości tego materiału nie są ograniczone. Ma inne zalety, o których należy wspomnieć. Jednym z nich jest wysoka wytrzymałość, wykazywana w warunkach zwykłej i podwyższonej temperatury. Na przykład, gdy żelazo i stopy na jego bazie są podgrzewane do temperatury 800 stopni Celsjusza, siła zmniejsza się o współczynnik 20. W tych samych warunkach siła wolframu zmniejsza się tylko trzy razy. W warunkach 1500 stopni Celsjusza siła żelaza jest praktycznie zredukowana do zera, podczas gdy w wolframie jest na poziomie żelaza w zwykłych temperaturach.
Obecnie 80% wolframu produkowanego na świecie jest głównie wykorzystywane do produkcji stali wysokiej jakości. Ponad połowa gatunków stali wykorzystywanych przez przedsiębiorstwa produkujące maszyny zawiera wolfram. Wykorzystują je jako główny materiał do części turbin, skrzyń biegów, a także wykorzystują takie materiały do produkcji maszyn do sprężarek. Od stali konstrukcyjnych zawierających wolfram, produkowanych wałów, kół zębatych, a także wirników litych kutych.
Ponadto są one wykorzystywane do produkcji wałów korbowych, korbowodów. Dodanie do składu stali inżynierskiej, oprócz wolframu i innych pierwiastków stopowych, zwiększa ich hartowność. Ponadto zapewnia możliwość uzyskania drobnoziarnistej struktury. Wraz z tym powstają takie cechy, jak twardość i wzrost wytrzymałości w produkcji stali maszynowych.
W produkcji stopów żaroodpornych zastosowanie wolframu jest jednym z warunków wstępnych. Konieczność stosowania tego konkretnego metalu wynika z faktu, że jest on jedynym, który jest w stanie wytrzymać znaczne obciążenia w wysokich temperaturach przekraczające ilość topionego żelaza. Wolfram i związki oparte na tym metalu są bardzo trwałe i mają dobre wskaźniki elastyczności. Pod tym względem przewyższają one inne metale zawarte w grupie materiałów ogniotrwałych.
Wady
Jednak wymieniając zalety wolframu, należy zauważyć i wady, które są nieodłączne w tym materiale .
Jako główny można określić jego niską odporność na utlenianie w warunkach temperaturowych powyżej 700 stopni Celsjusza. Dlatego w przypadku materiałów wykonanych z wolframu konieczne jest dodatkowe zapewnienie odpowiedniej ochrony.- Inną wadą stopów na bazie wolframu jest ich niska ciągliwość w temperaturach 500 stopni Celsjusza.
- Wolfram jest materiałem niedostatecznym, co można również uznać za wadę tego metalu.
Wolfram, który jest obecnie produkowany, zawiera tor w składzie 2%. Taki stop nazywany jest wolframem toriowanym. Charakteryzuje się wytrzymałością na rozciąganie 70 MPa w temperaturze 2420 stopni Celsjusza. Chociaż wartość tego wskaźnika jest niska, zauważamy, że tylko 5 metali razem z wolframem nie zmieniają stanu stałego w takiej temperaturze.
Ta grupa obejmuje molibden, którego temperatura topnienia wynosi 2625 stopni. Innym metalem jest technet. Jednak stopy na jego bazie prawdopodobnie nie zostaną wyprodukowane w najbliższej przyszłości. Ren i tantal nie mają wysokiej wytrzymałości w tych warunkach temperatury. Dlatego wolfram jest jedynym materiałem, który jest w stanie zapewnić wystarczającą wytrzymałość przy wysokich obciążeniach temperaturowych. Z uwagi na fakt, że jest to jedna z niewielu, jeśli istnieje możliwość jej zastąpienia, producenci stosują wobec niej alternatywę.
Jednak w produkcji poszczególnych komponentów nie ma materiałów, które mogłyby całkowicie zastąpić wolfram. Na przykład przy wytwarzaniu włókien żarówek elektrycznych i anod lamp łukowych prądu stałego stosuje się tylko wolfram, ponieważ po prostu nie ma odpowiednich zamienników. Jest również stosowany w produkcji elektrod do spawania łukiem argonowym i atomowym. Również ten materiał jest wykonany z elementu grzejnego używanego w warunkach od 2000 stopni Celsjusza.
Aplikacja
Wolfram i stopy wytwarzane na jego podstawie są szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu. Stosowane są do produkcji silników lotniczych, stosowanych w produkcji rakiet, a także do produkcji technologii kosmicznych. Używając tych stopów, dysze są wytwarzane w tych obszarach, wprowadzając krytyczne sekcje w silnikach rakietowych. Ponadto materiały te są wykorzystywane jako główne do produkcji stopów rakiet.
Wytwarzanie stopów z tego metalu ma jedną cechę, która jest związana z ogniotrwałością tego materiału. W wysokich temperaturach wiele metali zmienia swój stan i zamienia się w gazy lub bardzo lotne ciecze. Dlatego, aby uzyskać stopy, w których obecny jest wolfram, stosuje się metody metalurgii proszków.
Takie metody obejmują prasowanie mieszaniny proszków metali, następnie spiekanie, a następnie wystawienie ich na topienie łuku w piecach elektrodowych. W niektórych przypadkach spiekany proszek wolframu jest dodatkowo impregnowany ciekłym roztworem innego metalu. W ten sposób stosuje się pseudostopy z wolframu, miedzi i srebra, które są używane do kontaktów w instalacjach elektrycznych. W porównaniu z miedzią trwałość takich produktów jest 6-8 razy wyższa.
Ten metal i stopy z niego mają duże szanse na dalsze rozszerzenie zakresu zastosowania. Przede wszystkim należy zauważyć, że w przeciwieństwie do niklu, materiały te mogą działać na ognistych granicach. Zastosowanie produktów wolframowych zamiast niklu prowadzi do tego, że elektrownie zwiększają parametry pracy. A to prowadzi do zwiększenia wydajności sprzętu . Ponadto produkty oparte na wolframie łatwo wytrzymują działanie w trudnych warunkach. Dlatego możemy śmiało zadeklarować, że grupa wolframu będzie nadal kierować grupą takich materiałów w najbliższej przyszłości.
Wolfram w elektrotechnice
Tungsten przyczynił się do ulepszenia elektrycznej żarówki. Do roku 1898 w tych urządzeniach oświetleniowych wykorzystano włókno węglowe.
- była łatwa do zrobienia;
- jego produkcja była niedroga.
Jedyną wadą włókna węglowego była krótka żywotność . Po 1898 r. Włókno węglowe żarówek miało konkurenta w postaci osmu. Od 1903 r. Tantal był używany do produkcji lamp elektrycznych. Jednak w 1906 r. Wolfram zastąpił te materiały i zaczął być wykorzystywany do produkcji żarników do lamp żarowych. Jest on dziś stosowany w produkcji nowoczesnych żarówek.
Aby zapewnić temu materiałowi wysoką odporność cieplną, na powierzchnię metalu nakłada się warstwę renu i toru. W niektórych przypadkach włókno wolframu jest wytwarzane z dodatkiem renu. Wynika to z faktu, że w wysokich temperaturach metal zaczyna parować, co prowadzi do tego, że nić tego materiału staje się cieńsza. Dodatek renu do kompozycji zmniejsza efekt parowania o 5 razy.
Obecnie wolfram jest aktywnie wykorzystywany nie tylko w produkcji elektrotechniki, ale także w różnych produktach wojskowo-przemysłowych . Jego dodatek do stali pistoletowej zapewnia wysokowydajne materiały tego typu. Ponadto pozwala poprawić właściwości ochrony pancerza, a także stworzyć bardziej efektywne pociski przeciwpancerne.
Wniosek
Wolfram jest jednym z najpopularniejszych materiałów stosowanych w metalurgii. Dodanie go do składu produkowanej stali poprawia ich właściwości. Stają się bardziej odporne na obciążenia termiczne, a poza tym wzrasta temperatura topnienia, co jest szczególnie ważne w przypadku produktów stosowanych w ekstremalnych warunkach w wysokich temperaturach . Zastosowanie w produkcji różnych urządzeń, produktów i komponentów, komponentów tego metalu lub bazujących na nim stopów pozwala poprawić właściwości sprzętu i zwiększyć wydajność ich pracy.