Materiał o wysokiej temperaturze topnienia. Najbardziej ogniotrwały metal. Charakterystyka metali. Najbardziej ogniotrwałym metalem jest wolfram

Jak wiadomo, najbardziej topliwym metalem jest rtęć, którą zaklasyfikowano jako metal natychmiast po stwierdzeniu, że posiada przewodność elektryczną, zarówno w postaci ciekłej, jak i stałej.

Frans mógłby „konkurować” o miano najbardziej topliwego z metali, jest jednak metalem rzadkim, którego w dodatku nie da się dobrze zbadać ze względu na wysoką radioaktywność. Wiemy o najbardziej topliwym materiale, ale który metal jest najbardziej ogniotrwały? To jest wolfram.

Jak odkryto ten metal?

Najbardziej ogniotrwały metal na świecie odkrył szwedzki naukowiec K.V. Scheele (w 1781 r.). Udało mu się zsyntetyzować trójtlenek wolframu (tak nazywano najlżejszy z metali) poprzez rozpuszczenie rudy w kwasie azotowym. Kilka lat później najczystszy metal uzyskali chemicy z Hiszpanii – F. Fermin i J. José de Eluard, którzy wyizolowali go z wolframitu. Jednak w tamtym czasie odkrycie to nie zrobiło szczególnego wrażenia na ludzkości, a wszystko dlatego, że nie istniały niezbędne technologie do przetwarzania powstałego metalu.

Gdzie stosuje się wolfram?

Związki wolframu są szeroko stosowane. Wykorzystuje się je w przemyśle maszynowym i górniczym, do wiercenia studni. Ze względu na dużą wytrzymałość i twardość metal ten wykorzystywany jest do wyrobu części silników lotniczych, włókien, pocisków artyleryjskich, szybkich wirników żyroskopowych, pocisków itp. Wolfram jest również z powodzeniem stosowany jako elektroda przy spawaniu łukiem argonowym. Takie gałęzie przemysłu nie mogą obejść się bez związków wolframu - tekstyliów, farb i lakierów.

Technologia produkcji

Ponieważ w przyrodzie nie występuje „czysty” wolfram (jest składnikiem skał), konieczna jest procedura wyodrębnienia tego metalu. Co więcej, naukowcy szacują jego zawartość w skorupie ziemskiej następująco: na 1000 kg skały znajduje się zaledwie 1,3 grama wolframu. Można zauważyć, że najbardziej ogniotrwały metal jest pierwiastkiem dość rzadkim, jeśli porównamy go ze znanymi rodzajami metali.

Kiedy wydobywa się rudę z głębi Ziemi, zawartość wolframu w niej wynosi tylko do dwóch procent. Z tego powodu wydobyty surowiec trafia do zakładów przetwórczych, gdzie specjalnymi metodami zmniejsza się udział masowy metalu do sześćdziesięciu procent. Przy otrzymywaniu „czystego” wolframu proces dzieli się na kilka etapów technologicznych. Pierwsza polega na wyizolowaniu czystego trójtlenku z wydobywanego surowca. W tym celu stosuje się rozkład termiczny, gdy najwyższa temperatura topnienia metalu wynosi od 500 do 800 stopni. W tej temperaturze nadmiar pierwiastków topi się, a ze stopionej masy zbiera się tlenek wolframu.

Następnie powstały związek poddawany jest etapowi dokładnego mielenia, po czym następuje reakcja redukcji. Aby to zrobić, dodaje się wodór i stosuje się temperaturę 700 stopni. Rezultatem jest czysty metal o proszkowym wyglądzie. Następnie następuje proces zagęszczania proszku, do którego wykorzystuje się wysokie ciśnienie, oraz spiekanie w środowisku wodorowym, gdzie temperatura wynosi 1200-1300 stopni.

Powstałą masę przesyła się do specjalnego pieca do topienia, gdzie masę podgrzewa się prądem elektrycznym do temperatury ponad 3000 stopni. Oznacza to, że wolfram po stopieniu okazuje się płynny. Następnie masę oczyszcza się z zanieczyszczeń i tworzy się jej sieć monokrystaliczna. Aby to zrobić, stosują metodę topienia strefowego - jej istotą jest to, że tylko część metalu topi się w określonym czasie. Metoda ta pozwala na proces redystrybucji zanieczyszczeń, które gromadzą się w jednym obszarze, skąd można je łatwo usunąć z ogólnej struktury stopu. Niezbędny wolfram występuje w postaci wlewków, które są wykorzystywane do wytwarzania niezbędnych rodzajów produktów w różnych gałęziach przemysłu.

Wolfram metaliczny

Najbardziej ogniotrwały metal, wolfram (wolfram), uzyskano w 1783 roku. Hiszpańscy chemicy, bracia d'Eluyar, wyizolowali go z minerału wolframitu i zredukowali węglem. Obecnie surowcami do produkcji wolframu są koncentraty wolframitu i scheelitu – WO3. Proszek wolframu wytwarzany jest w piecach elektrycznych w temperaturze 700-850°C. Sam metal wytwarza się z proszku poprzez prasowanie w stalowych formach pod ciśnieniem i dalszą obróbkę cieplną detali. Ostatnią kwestią jest to, że ogrzewanie do około 3000 ° C następuje poprzez przepuszczanie prądu elektrycznego.

Aplikacja na skalę przemysłową

Wolfram przez długi czas nie znajdował zastosowania przemysłowego. Dopiero w XIX wieku zaczęto badać wpływ wolframu na właściwości stali o innym charakterze. Na początku XX wieku wolfram zaczęto stosować w żarówkach: wykonany z niego włókno nagrzewa się do 2200°C. W tym charakterze wolfram jest w naszych czasach niezbędny.

Stale wolframowe wykorzystywane są także w przemyśle obronnym – do produkcji opancerzenia czołgów, torped i pocisków, najcieńszych części samolotów itp. Narzędzie wykonane ze stali wolframowej wytrzymuje najbardziej intensywne procesy obróbki metali.

Wolfram różni się od wszystkich innych metalowych braci swoją szczególną ogniotrwałością, ciężkością i twardością. Czysty wolfram topi się w temperaturze 3380°C, ale wrze dopiero w temperaturze 5900°C, co pokrywa się z temperaturą na powierzchni Słońca.

Z jednego kilograma wolframu można wykonać drut o długości 3,5 km. Długość ta wystarcza do wyprodukowania żarników do 23 000 60-watowych żarówek.

Nadal nie ma zgody co do tego, które metale uważa się za materiały ogniotrwałe. Najczęściej metale topiące się w temperaturach powyżej temperatury topnienia żelaza (1536°C) są tradycyjnie klasyfikowane jako ogniotrwałe. Spośród wszystkich metali ogniotrwałych w czystej postaci oraz jako podstawa stopów, szerokie zastosowanie w technologii znalazły tytan, cyrkon, molibden, wolfram i, w znacznie mniejszym stopniu, niob, tantal i wanad.

Do niedawna metale ogniotrwałe wytwarzano metodami metalurgii proszków i stosowano je głównie do stali stopowych i niektórych stopów. W związku z tym, że aby sprostać rosnącym potrzebom lotnictwa i technologii rakietowej, potrzebne są coraz częściej materiały żaroodporne, jako żaroodporne materiały konstrukcyjne coraz częściej stosuje się metale ogniotrwałe i stopy na ich bazie. W tym przypadku podlegają podwyższonym wymaganiom dotyczącym czystości, ponieważ metale ogniotrwałe zanieczyszczone zanieczyszczeniami, zwłaszcza gazami, są kruche i trudne w obróbce za pomocą ciśnienia i spawania.

Tytan i jego stopy

Tytan – pierwiastek czwartej grupy układu okresowego D.I. Mendelejewa – jest metalem przejściowym. Posiada stosunkowo niską gęstość (4,51 g/cm3). Pod względem wytrzymałości właściwej stopy tytanu przewyższają stale stopowe i stopy aluminium o wysokiej wytrzymałości, co czyni je niezbędnymi materiałami konstrukcyjnymi w lotnictwie i rakietach. Główną wadą tytanu i jego stopów jako materiału konstrukcyjnego jest jego mały moduł sprężystości (patrz § 5), w przybliżeniu o połowę mniejszy niż w przypadku żelaza i jego stopów. Tytan topi się w temperaturze 1670°C i w stanie stałym posiada dwie modyfikacje alotropowe. Niskotemperaturowa modyfikacja α, istniejąca do 882°C, ma sześciokątną, gęsto upakowaną siatkę. Wysokotemperaturowa modyfikacja β ma sześcienną siatkę skupioną na ciele. Tytan charakteryzuje się wysoką odpornością na korozję w wodzie słodkiej i morskiej oraz w różnych agresywnych środowiskach. Właściwość tę tłumaczy się tworzeniem ochronnej warstwy tlenku na powierzchni, dlatego tytan jest szczególnie odporny w środowiskach, które nie niszczą warstwy tlenku i nie sprzyjają jej tworzeniu (w rozcieńczonym kwasie siarkowym, wodzie królewskiej, kwasie azotowym).

W powietrzu o temperaturze do 500°C tytan jest praktycznie odporny. Powyżej 500°C aktywnie oddziałuje z gazami atmosferycznymi (tlenem, azotem), a także z wodorem, tlenkiem węgla i parą wodną. Azot i tlen rozpuszczające się w tytanie w znacznych ilościach zmniejszają jego właściwości plastyczne. Węgiel o zawartości powyżej 0,1 - 0,2% osadzany w postaci węglika tytanu wzdłuż granic ziaren również znacznie zmniejsza plastyczność tytanu. Szczególnie szkodliwym zanieczyszczeniem jest wodór, który już w tysięcznych procentach powoduje powstawanie bardzo kruchych wodorków i tym samym powoduje kruchość tytanu na zimno. Wszystkie te zanieczyszczenia pogarszają odporność na korozję i spawalność tytanu. Ze względu na dużą reaktywność tytan i jego stopy topi się w próżniowych piecach elektrycznych łukowych w chłodzonych wodą krystalizatorach miedzi.

Wskazana jest ocena wpływu dodatków stopowych wprowadzonych do tytanu na temperaturę przemiany polimorficznej. Duża grupa metali zwiększa zakres istnienia fazy β i sprawia, że ​​jest ona stabilna do temperatury pokojowej. Do takich pierwiastków, nazywanych β-stabilizatorami, zaliczają się metale przejściowe V, Cr, Mn, Mo, Nb, Fe. Kolejnymi pierwiastkami są aktywne β-stabilizatory, poszerzające zakres występowania α-modyfikacji tytanu. Należą do nich A1, O, N, C. Znane są również pierwiastki neutralne (Sn, Zr, Hf), które praktycznie nie wpływają na temperaturę przemiany polimorficznej.

Zatem, gdy tytan jest domieszkowany jednym lub większą liczbą pierwiastków w temperaturze pokojowej, można otrzymać inną strukturę składającą się z fazy α-, α+β- lub β. To właśnie te trzy grupy dzielą się na wszystkie nowoczesne stopy tytanu.

Prawie wszystkie stopy tytanu są stopowe z aluminium. Tłumaczy się to tym, że aluminium skutecznie wzmacnia zarówno fazę α, jak i β, zachowując przy tym zadowalającą ciągliwość, zwiększa żaroodporność stopów oraz zmniejsza skłonność do kruchości wodorowej.

Typowym stopem α tytanu do obróbki plastycznej jest podwójny stop BT5 zawierający 5% Al. Własności mechaniczne tego stopu w temperaturze pokojowej: σ in = 750 950 MPa, δ = 12 25%. Aby zwiększyć odporność na pełzanie, podwójne stopy tytanowo-aluminiowe są dodawane stopowo z neutralnymi utwardzaczami - cyną i cyrkonem. Takimi stopami są BT5-1 zawierający 5% Al i 2,5% Sn oraz stop BT20 zawierający 6,5% Al, 2% Zr i niewielkie dodatki (po 1%) molibdenu i wanadu. W temperaturze pokojowej pierwszy stop ma σ in = 850 ÷ 950 MPa, drugi σ in = 950 ÷ 1000 MPa. Stopy tej klasy charakteryzują się podwyższoną odpornością cieplną. Nie są utwardzane poprzez obróbkę cieplną i mogą pracować w temperaturach do 450 - 500°C. Większość stopów α-tytanu stosuje się w stanie wyżarzonym, temperatura wyżarzania wynosi 700 - 850°C.

Najliczniejszą i mającą największe zastosowanie praktyczne jest grupa stopów α+β-odkształcalnych. Do tej grupy zaliczają się stopy stopowe z aluminium i β-stabilizatorami. Stopy te mają szeroki zakres właściwości wytrzymałościowych i plastycznych i mogą pracować w temperaturach do 350 - 400°C. Zmieniając względną ilość faz α i β, można otrzymać stopy o szerokim zakresie właściwości. Dodatkowo stopy α+β są utwardzane termicznie, co również umożliwia znaczącą zmianę ich właściwości. Typowe stopy α+β to BT6 (6% Al, 4% V) i BT14 (4% Al, 3% Mo, 1% V). Stop VT14 to jeden z najtrwalszych stopów tytanu. Zatem po hartowaniu w temperaturze 860 - 880°C wytrzymałość na rozciąganie tego stopu wynosi 950 MPa, a po starzeniu w temperaturze 480 - 550°C przez 12 - 16 godzin wzrasta do 1200 - 1300 MPa przy zachowaniu wysokich właściwości plastycznych. Wyroby z tych stopów stosowane są w stanie wyżarzonym i wzmocnionym termicznie, mogą pracować w temperaturach do 350 - 400°C. Spośród β-stopów najczęściej stosowany jest stop VT15 (3 - 4% A1; 7 - 8% Mo; 10 - 11% Cr), który po utwardzeniu i starzeniu ma wytrzymałość na rozciąganie 1300 - 1500 MPa z wydłużeniem około 6%. Jednakże, ze względu na małą stabilność przesyconej fazy β, stop ten może pracować w temperaturach do 350°C.

Odlewane stopy tytanu charakteryzują się dużą płynnością i dają gęste odlewy, jednak w porównaniu do stopów do obróbki plastycznej mają niższą wytrzymałość i ciągliwość. Najszerzej stosowany stop VT5L, zawierający 5% Al, ma σ in = 700 ÷ 900 MPa, δ = 6 13%. Stop przeznaczony jest do wytwarzania odlewów kształtowych, które długo pracują w temperaturach do 400°C. Dodatkowe stopowanie stopu VT5L z chromem i molibdenem (stop VT3-11) prowadzi do wzrostu wytrzymałości (σ in = 1050 MPa) i odporności cieplnej (do 450°C), ale do zmniejszenia ciągliwości i płynności.

Stopy tytanu stosowane są głównie w lotnictwie, rakietach, przemyśle stoczniowym i inżynierii chemicznej.

Cyrkon i jego stopy

Cyrkon ma temperaturę topnienia 1855°C, gęstość w temperaturze pokojowej wynosi 6,49 g/cm 3 . Podobnie jak tytan, występuje w dwóch modyfikacjach. Niskotemperaturowa modyfikacja α, stabilna do 865°C, ma sześciokątną, gęsto upakowaną siatkę. Wysokotemperaturowa modyfikacja β ma sześcienną siatkę skupioną na ciele.

Cyrkon jest odporny na roztwory kwasów i zasad, na wodę i parę wodną; aktywnie oddziałuje z gazami: z tlenem powyżej 150 - 200°C, wodorem w zakresie temperatur 300 - 1000°C, azotem i dwutlenkiem węgla powyżej 450°C z utworzeniem tlenków, azotków, wodorków, węglików. Dzięki tej zdolności cyrkon znajduje szerokie zastosowanie jako getter – materiał pochłaniający gaz. Zanieczyszczenie czystego cyrkonu domieszkami śródmiąższowymi, które oprócz wskazanych związków tworzą w cyrkonie roztwory stałe, prowadzi do zmniejszenia ciągliwości i odporności korozyjnej metalu. Ze względu na dużą aktywność chemiczną cyrkonu, procesy jego wytwarzania i przetwarzania prowadzone są w próżni lub atmosferze ochronnej.

Inny osobliwość cyrkon ma mały przekrój wychwytu neutronów termicznych i wysoką odporność na promieniowanie jądrowe. Te cechy, w połączeniu z odpornością na wodę i parę przegrzaną do 300 - 350°C, czynią cyrkon jednym z głównych materiałów konstrukcyjnych reaktorów jądrowych chłodzonych wodą. Jednakże czysty cyrkon ma stosunkowo niskie właściwości mechaniczne: σ in = 200 ÷ 400 MPa, δ = 30 ÷ 20%, HB (70 - 90). Dlatego jako materiały konstrukcyjne stosuje się stopy cyrkonu. Cyrkon domieszkowany jest niewielkimi dodatkami (do 1 - 2%) cyny, żelaza, niklu, chromu, molibdenu, niobu. Te pierwiastki stopowe, wzmacniające cyrkon, zwiększają jego odporność na korozję. Ponadto mają stosunkowo mały przekrój wychwytu neutronów termicznych, co jest ważne podczas pracy w warunkach napromieniowania jądrowego.

Niob zwiększa odporność na korozję cyrkonu w wodzie i przegrzanej parze. Stopy binarne Zr-1% Nb i Zr - 2,5% Nb znajdują szerokie zastosowanie do wytwarzania okładzin elementów paliwowych (elementów paliwowych) w reaktorach chłodzonych wodą, gdzie jako paliwo wykorzystuje się paliwo stałe. Niewielkie dodatki cyny tłumią szkodliwy wpływ zanieczyszczeń międzywęzłowych, zwłaszcza azotu, na odporność cyrkonu na korozję. Jeszcze większy efekt osiąga się dzięki złożonym stopom z cyną, żelazem, chromem i niklem. Obecnie na skalę przemysłową stosuje się stopy typu cyrkalloy-2 (1,2 – 1,7% Sn; 0,07 – 0,2% Fe; 0,05 – 0,15% Cr; 0,03 – 0,08% Ni) oraz stop Ozhenit-0,5, stopowy z cyną, żelazem, niobem, niklem o łącznej zawartości 0,5%. Pod względem właściwości mechanicznych stopy typu Zircalloy-2 (σ in = 480÷500 MPa, δ = 30%) są zbliżone do stali nierdzewnych, stop Ojenite ma mniejszą wytrzymałość (σ in = 300 MPa, δ = 35% ).

Stosując obróbkę cieplną (hartowanie, odpuszczanie, wyżarzanie) można zmienić właściwości mechaniczne stopów cyrkonu, lecz zazwyczaj poddaje się je jedynie wyżarzaniu w obszarze α (800 - 850°C) w celu odciążenia. Wynika to z faktu, że hartowanie i odpuszczanie z reguły prowadzą do zmniejszenia głównej cechy użytkowej stopów cyrkonu - odporności na korozję w wyniku tworzenia się faz metastabilnych.

Wolfram i jego stopy

Wolfram jest najbardziej ogniotrwałym metalem. Jego temperatura topnienia wynosi 3400°C. Gęstość wolframu w temperaturze pokojowej wynosi 19,3 g/m 3, sieć krystaliczna jest sześcienna ze środkiem w ciele. Większość tego metalu przeznaczana jest na stapianie stali stopowych i produkcję tzw. twardych stopów. Jako niezależny materiał wolfram jest stosowany w przemyśle próżniowym i elektrycznym. Wykorzystuje się go do wytwarzania włókien żarówek, części lamp radiowych, grzejników, różnych części pieców próżniowych itp. Wyroby te otrzymywane są poprzez odkształcenie plastyczne prętów spiekanych z proszków obrabianych i stosowane są w stanie odrobionym na zimno lub po wyżarzaniu w celu złagodzenia stresu (1000°C, 1 godz.). Główną wadą wolframu klasy handlowej jest jego kruchość w temperaturze pokojowej, spowodowana zanieczyszczeniem zanieczyszczeniami międzywęzłowymi, głównie tlenem i węglem. Wytrzymałość na rozciąganie takiego metalu w temperaturze pokojowej wynosi 500 - 1400 MPa przy praktycznie zerowym wydłużeniu. Wolfram o czystości technicznej staje się plastyczny w temperaturach powyżej 300 - 400°C. Temperatura ta nazywana jest progiem kruchości. Wolfram rekrystalizowany (temperatura rekrystalizacji 1400 - 1500°C) jest jeszcze bardziej kruchy, jego próg kruchości wynosi 450 - 500°C. Jest to spowodowane przemieszczaniem się zanieczyszczeń śródmiąższowych do granic ziaren i tworzeniem się kruchych międzywarstw. Poprzez głębokie oczyszczenie wolframu z progu kruchości, kości można obniżyć do temperatur poniżej zera.

W przemyśle elektropróżniowym oprócz technicznie czystego wolframu gatunku HF stosuje się specjalne gatunki z dodatkami tlenkowymi - A1 2 O 3, SiO 2, K 2 O (gatunek BA). Drobne cząstki tych dodatków, zlokalizowane wzdłuż granic ziaren wolframu, podwyższają temperaturę jego rekrystalizacji. Dlatego produkty wykonane z takiego metalu są w stanie utrzymać swój kształt po podgrzaniu i nie zwisają. Wolfram torowany (zawierający 1 - 2% ThO 2) charakteryzuje się wysoką wytrzymałością cieplną oraz wysokimi i stabilnymi właściwościami termojonowymi, jednak ze względu na zagrożenie dla zdrowia człowieka (radioaktywność) został ostatnio z powodzeniem zastąpiony wolframem z dodatkami lantanu tlenek (L) i tlenek itru (VI). Produkty wykonane ze stopionego wolframu i jego stopów znalazły jak dotąd ograniczone zastosowanie, głównie w nowych technologiach.

Podczas tworzenia stopu wolframu dąży się do zwiększenia jego wytrzymałości, odporności na ciepło, zmniejszenia kruchości i poprawy możliwości produkcyjnych. Opracowano jednofazowe stopy wolframu z niobem (do 2% Nb), molibdenem (do 15% Mo) i renem (do 30% Re). Ren ma szczególnie skuteczny wpływ na właściwości wolframu. Stop zawierający 27% Re jest plastyczny w temperaturze pokojowej i ma σin = 1400 MPa i δ = 15% w stanie odlanym. Możliwości zastosowania tych stopów są jednak ograniczone niedoborem renu.

Obiecujące są także heterofazowe stopy wolframu wzmacniane rozproszonymi cząstkami węglika. Wprowadzenie niewielkich dodatków tantalu (do 0,2 – 0,4%) i węgla (do 0,1%) powoduje wzrost wytrzymałości i ciągliwości. Stopy wolframu w temperaturach do 1600 - 1900°C są bardziej odporne na ciepło niż wolfram, ale powyżej tych temperatur tracą swoją przewagę w zakresie odporności na ciepło.

Molibden i jego stopy

Molibden ma sześcienną siatkę skupioną wokół ciała. Jego temperatura topnienia wynosi 2620°C. Molibden jest mniej kruchy w porównaniu do wolframu. Temperatura progowa jego kruchości w zależności od czystości mieści się w przedziale 70 - 300°C. Kruchość molibdenu jest również spowodowana gromadzeniem się zanieczyszczeń śródmiąższowych lub faz śródmiąższowych w pobliżu granic ziaren. Po podgrzaniu molibden ulega silnemu utlenieniu, a w temperaturach powyżej 680 - 700°C jego tlenki sublimują. Większość molibdenu jest wydawana na stale stopowe. Jako samodzielny materiał molibden stosowany jest w postaci drutu, prętów, taśm, blach z prętów kęsowych, które powstają metodą metalurgii proszków. W tej postaci stosowany jest w elektronicznych urządzeniach próżniowych (anody, siatki, wsporniki) jako elementy grzejne i ekrany do pieców próżniowych. Wytrzymałość na rozciąganie molibdenu o różnej czystości w temperaturze pokojowej wynosi 450 - 800 MPa przy wydłużeniu 25 - 1%. Ponieważ gęstość molibdenu (10,2 g/cm3) jest prawie dwukrotnie mniejsza od gęstości wolframu, molibden ma przewagę nad wolframem i jego stopami pod względem wytrzymałości właściwej w temperaturach do 1300 - 1400°C.

Ostatnio coraz częściej stosuje się czystszy molibden poddawany przetapianiu łukiem próżniowym lub wiązką elektronów, a także stopy molibdenu. Dodanie molibdenu do określonych pierwiastków prowadzi do jego wzmocnienia i zwiększenia ciągliwości. Ren szczególnie skutecznie działa na molibden, a także na wolfram, który tworzy z nim szeroką gamę roztworów stałych. Ren znacząco wzmacnia molibden, jednocześnie zmniejsza jego wrażliwość na zanieczyszczenia śródmiąższowe i kruchość na zimno oraz podnosi temperaturę rekrystalizacji. Dodanie molibdenu z niewielkimi ilościami tytanu i cyrkonu (do 1%) prowadzi do znacznego wzmocnienia w temperaturze pokojowej i podwyższonej. Te pierwiastki stopowe tworzą zdyspergowane cząstki węglików z węglem, który jest zawsze obecny w molibdenie.

Niob, tantal, wanad i ich stopy

Niob ma około. C. siatka, ma temperaturę topnienia 2470°C, gęstość 8,57 g/cm 3 . W przeciwieństwie do wolframu i molibdenu niob jest w stanie rozpuszczać tlen, azot i węgiel w dość znacznych ilościach. Dlatego on i jego stopy mają znacznie wyższą ciągliwość, nie stają się kruche podczas rekrystalizacji i dobrze się spawają. Opracowano stopy niobu w postaci roztworu stałego z wolframem (do 15%) i molibdenem (do 5%). Powstały także stopy z dodatkami cyrkonu (do 1%) i węgla (do 0,1%), w których twardnienie uzyskuje się w wyniku wystąpienia wytrącania się węglików cyrkonu. Stopy są zaprojektowane do pracy w temperaturze 900 - 1200°C. Do stali stopowych wykorzystuje się znaczne ilości niobu.

Tantal ma około. C. z siatką, topi się w temperaturze 3996°C, jego gęstość wynosi 16,6 g/cm 3 . Metal ten charakteryzuje się dużą ciągliwością i odpornością chemiczną w agresywnym środowisku. Opór tłumaczy się utworzeniem gęstej i trwałej warstwy tlenku. Tantal stosowany jest w postaci proszku do produkcji anod kondensatorów elektrolitycznych metodami metalurgii proszków. W tym przypadku największe znaczenie mają wysokie właściwości dielektryczne warstwy tlenkowej, specjalnie utworzonej na wewnętrznej powierzchni porowatych anod. Taśmy, pręty, druty i rury na części elektrycznych urządzeń próżniowych i sprzętu chemicznego wykonane są z tantalu.

Wanad ma temperaturę topnienia 1900°C i ma ok. C. k. jego gęstość wynosi 6,1 g/cm 3. Główna ilość wanadu jest zużywana do stali stopowych. Czysty wanad i stopy na jego bazie nie znalazły jeszcze powszechnego zastosowania przemysłowego.

Stopy twarde

Stopy twarde to materiały metalowe składające się z węglika wolframu i niewielkiej ilości kobaltu (2–20%). Wyroby ze stopów twardych produkowane są wyłącznie metodą metalurgii proszków. Po pierwsze, wypraski produkowane są z mieszaniny proszków węglika wolframu i kobaltu. Następnie poddaje się je spiekaniu w temperaturze 1350 – 1480°C. W temperaturze około 1200°C w mieszaninie proszków pojawia się ciecz o składzie eutektycznym (65 - 70% Co, 35 - 30% WC). Zatem spiekanie zachodzi w obecności dużej ilości fazy ciekłej. Po ochłodzeniu po spiekaniu ciecz krzepnie i wydziela się z niej węglik wolframu, który łączy się z niestopionymi ziarnami, oraz kobalt, który tworzy warstwy pomiędzy ziarnami węglika wolframu i kobaltem. zapewnia wytrzymałość mechaniczną wyrobów węglikowych. Wielkość cząstek węglika wolframu w gotowym twardym stopie wynosi zwykle 1–2 mikrony. Głównym przeznaczeniem twardych stopów są narzędzia do cięcia i wiercenia metali. Żebra, frezy i wiertła wykonane ze stopów twardych można stosować do obróbki stali, żeliwa i stopów metali nieżelaznych w warunkach, w których nagrzanie krawędzi skrawającej osiąga temperaturę 1000°C i wyższą. Narzędzia wiertnicze z węglików spiekanych (wiertła, frezy) wytrzymują kilka razy dłużej niż narzędzia stalowe. Ze stopów twardych wykonuje się także narzędzia do obróbki plastycznej metali – matryce, matryce, matryce.

Oprócz twardych stopów na bazie węglika wolframu istnieją twarde stopy na bazie podwójnego węglika wolframu i węglika tytanu, a także potrójnego węglika wolframu, tytanu i tantalu.

Twarde stopy na bazie węglików złożonych charakteryzują się wyższą wytrzymałością podczas obróbki stali.

Stopy węglika wolframu i kobaltu są oznaczone jako BK2, BK6, BK15 itp. Ostatnia liczba odpowiada zawartości procentowej kobaltu. Twarde stopy na bazie węglików wolframu i tytanu są oznaczone jako T15K6, T30K4 itp. Liczba po literze T oznacza zawartość węglika tytanu, liczba po literze K oznacza zawartość kobaltu. W przypadku stopów na bazie węglika trójskładnikowego przyjmuje się oznaczenie TT7K12 itp. Liczba po literach TT odpowiada całkowitej zawartości węglików tytanu i tantalu. Stopy twarde charakteryzują się wytrzymałością na zginanie i twardością Rockwella. Wytrzymałość na zginanie wynosi 1000 - 2000 MPa, a twardość HRC (85 - 90). Stopy o wyższej zawartości kobaltu mają większą wytrzymałość i niższą twardość.

Stopy napawne na bazie lanego węglika wolframu, tzw. relit, strukturą i charakterem użytkowania zbliżone są do stopów twardych. Węglik wolframu otrzymany w wyniku topienia w tyglu grafitowym rozdrabnia się na cząstki nie większe niż 0,6 mm, a następnie nanosi na powierzchnie robocze urządzeń górniczych poprzez stapianie. Strukturę warstwy wierzchniej stanowią nieprzetopione ziarna relitu w roztopionym podłożu stalowym.

Prawie wszystkie metale w normalnych warunkach są ciałami stałymi. Jednak w pewnych temperaturach mogą zmienić stan skupienia i stać się płynnymi. Dowiedzmy się, jaka jest najwyższa temperatura topnienia metalu? Który jest najniższy?

Temperatura topnienia metali

Większość pierwiastków układu okresowego to metale. Obecnie jest ich około 96. Wszystkie wymagają innych warunków, aby zamienić się w ciecz.

Próg ogrzewania stałych substancji krystalicznych, powyżej którego stają się one płynne, nazywany jest temperaturą topnienia. W przypadku metali waha się w granicach kilku tysięcy stopni. Wiele z nich pod wpływem stosunkowo wysokiej temperatury zamienia się w ciecz. Dzięki temu są powszechnym materiałem do produkcji garnków, patelni i innych przyborów kuchennych.

Srebro (962°C), aluminium (660,32°C), złoto (1064,18°C), nikiel (1455°C), platyna (1772°C) itp. mają średnią temperaturę topnienia. Istnieje również grupa metali ogniotrwałych i niskotopliwych. Pierwsze potrzebują więcej niż 2000 stopni Celsjusza, aby zamienić się w ciecz, drugie potrzebują mniej niż 500 stopni.

Do metali niskotopliwych zalicza się zazwyczaj cynę (232°C), cynk (419°C) i ołów (327°C). Jednak niektóre z nich mogą mieć jeszcze niższą temperaturę. Na przykład frans i gal topią się w dłoni, ale cez można ogrzać tylko w ampułce, ponieważ zapala się pod wpływem tlenu.

Najniższe i najwyższe temperatury topnienia metali przedstawiono w tabeli:

Wolfram

Wolfram metal ma najwyższą temperaturę topnienia. Tylko węgiel niemetaliczny zajmuje wyższą pozycję w tym wskaźniku. Wolfram jest jasnoszarą, błyszczącą substancją, bardzo gęstą i ciężką. Wrze w temperaturze 5555 °C, która jest prawie równa temperaturze fotosfery słonecznej.

W warunkach pokojowych słabo reaguje z tlenem i nie powoduje korozji. Pomimo swojej ogniotrwałości jest dość plastyczny i można go kuć nawet po podgrzaniu do 1600 ° C. Te właściwości wolframu wykorzystuje się do produkcji żarników w lampach i kineskopach oraz elektrodach do spawania. Większość wydobywanego metalu jest dodawana do stali w celu zwiększenia jego wytrzymałości i twardości.

Wolfram jest szeroko stosowany w sferze wojskowej i technologii. Jest niezastąpiony przy produkcji amunicji, opancerzenia, silników oraz najważniejszych części pojazdów wojskowych i samolotów. Wykorzystuje się go także do wyrobu narzędzi chirurgicznych i pudełek do przechowywania substancji radioaktywnych.

Rtęć

Rtęć jest jedynym metalem, którego temperatura topnienia jest ujemna. Ponadto jest to jeden z dwóch pierwiastków chemicznych, których substancje proste w normalnych warunkach występują w postaci cieczy. Co ciekawe, metal wrze po podgrzaniu do temperatury 356,73°C, czyli znacznie wyższej niż jego temperatura topnienia.

Ma srebrzystobiałą barwę i wyraźny połysk. Paruje już w warunkach pokojowych, kondensując się w drobne kulki. Metal jest bardzo toksyczny. Może gromadzić się w narządy wewnętrzne ludzi, powodując choroby mózgu, śledziony, nerek i wątroby.

Rtęć jest jednym z siedmiu pierwszych metali, o których dowiedział się człowiek. W średniowieczu uważano go za główny pierwiastek alchemiczny. Pomimo swojej toksyczności, był kiedyś stosowany w medycynie jako składnik wypełnień dentystycznych, a także jako lek na kiłę. Obecnie rtęć została prawie całkowicie wyeliminowana z preparatów medycznych, ale jest szeroko stosowana w przyrządach pomiarowych (barometrach, manometrach), do produkcji lamp, przełączników i dzwonków do drzwi.

Stopy

Aby zmienić właściwości konkretnego metalu, dodaje się go do stopów z innymi substancjami. W ten sposób może nie tylko uzyskać większą gęstość i wytrzymałość, ale także obniżyć lub zwiększyć temperaturę topnienia.

Stop może składać się z dwóch lub więcej pierwiastków chemicznych, ale co najmniej jeden z nich musi być metalem. Takie „mieszanki” są bardzo często stosowane w przemyśle, ponieważ pozwalają uzyskać dokładnie taką jakość materiałów, jaka jest potrzebna.

Temperatura topnienia metali i stopów zależy od czystości tych pierwszych, a także od proporcji i składu tych drugich. Do otrzymania stopów niskotopliwych najczęściej stosuje się ołów, rtęć, tal, cynę, kadm i ind. Te zawierające rtęć nazywane są amalgamatami. Związek sodu, potasu i cezu w proporcji 12%/47%/41% przechodzi w ciecz już w temperaturze minus 78°C, amalgamat rtęci i talu – w temperaturze minus 61°C. Najbardziej ogniotrwałym materiałem jest stop węglików tantalu i hafnu w proporcjach 1:1 o temperaturze topnienia 4115 °C.

www.syl.ru

Najbardziej ogniotrwały metal. Charakterystyka metali

Metale są najpopularniejszym materiałem (obok tworzyw sztucznych i szkła), z którego ludzie korzystali od czasów starożytnych. Już wtedy człowiek znał właściwości metali i z pożytkiem wykorzystywał wszystkie ich właściwości do tworzenia pięknych dzieł sztuki, naczyń, artykułów gospodarstwa domowego i konstrukcji.

Jedną z głównych cech branych pod uwagę przy rozważaniu tych substancji jest ich twardość i ogniotrwałość. To właśnie te cechy pozwalają określić obszar zastosowania konkretnego metalu. Dlatego rozważymy wszystkie właściwości fizyczne i zwrócimy szczególną uwagę na kwestie topliwości.

Właściwości fizyczne metali

Charakterystykę metali według właściwości fizycznych można wyrazić w postaci czterech głównych punktów.

1. Metaliczny połysk - wszystkie mają w przybliżeniu ten sam srebrno-biały, piękny, charakterystyczny połysk, z wyjątkiem miedzi i złota. Mają odpowiednio czerwonawy i żółty odcień. Wapń jest srebrzystoniebieski.
2. Stan fizyczny - w normalnych warunkach wszystkie są stałe, z wyjątkiem rtęci, która występuje w postaci cieczy.
3. Przewodność elektryczna i cieplna jest charakterystyczna dla wszystkich metali, ale wyraża się w różnym stopniu.
4. Plastyczność i plastyczność to także parametry wspólne dla wszystkich metali, które mogą się różnić w zależności od konkretnego przedstawiciela.
5. Temperatury topnienia i wrzenia określają, który metal jest ogniotrwały, a który topliwy. Parametr ten jest inny dla wszystkich elementów.

Wszystkie właściwości fizyczne tłumaczy się specjalną strukturą metalowej sieci krystalicznej. Jego układ przestrzenny, kształt i siła.

Metale niskotopliwe i ogniotrwałe

Parametr ten jest bardzo ważny, jeśli chodzi o obszary zastosowań danych substancji. Metale i stopy ogniotrwałe są podstawą budowy maszyn i statków, wytapiania i odlewania wielu ważnych produktów oraz uzyskiwania wysokiej jakości narzędzi roboczych. Dlatego znajomość temperatur topnienia i wrzenia odgrywa zasadniczą rolę.

Charakteryzując metale pod względem wytrzymałości, możemy je podzielić na twarde i kruche. Jeśli mówimy o ogniotrwałości, istnieją dwie główne grupy:

1. Materiały niskotopliwe to takie, które mają zdolność zmiany stanu skupienia w temperaturach poniżej 1000 o C. Przykładami są: cyna, ołów, rtęć, sód, cez, mangan, cynk, aluminium i inne.
2. Materiały ogniotrwałe to te, których temperatura topnienia jest wyższa niż wskazana wartość. Nie ma ich wiele, a jeszcze mniej jest stosowanych w praktyce.

Poniżej przedstawiono tabelę metali o temperaturze topnienia powyżej 1000 o C. Tutaj znajdują się najbardziej oporni przedstawiciele.

Nazwa metalu	Temperatura topnienia, o C	Temperatura wrzenia, o C
Złoto, Au	1064.18	2856
Beryl, bądź	1287	2471
Kobalt, spółka	1495	2927
Chrom, Cr	1907	2671
Miedź, Cu	1084,62	2562
Żelazo, Fe	1538	2861
Hafn, Hf	2233	4603
Iridium, Ir	2446	4428
Mangan, Mn	1246	2061
Molibden, Mo	2623	4639
Niob, Nb	2477	4744
Nikiel, Ni	1455	2913
Pallad, Pd	1554,9	2963
Platyna, cz	1768.4	3825
Ren, Re	3186	5596
Rod, Rh	1964	3695
Ruten, Ru	2334	4150
Tantal, Ta	3017	5458
Technet, Ts	2157	4265
Tor, Th	1750	4788
Tytan, Ti	1668	3287
Wanad, V	1910	3407
Wolfram, W	3422	5555
Cyrkon, Zr	1855	4409

Ta tabela metali obejmuje wszystkich przedstawicieli, których temperatura topnienia przekracza 1000 o C. Jednak w praktyce wiele z nich nie jest używanych z różnych powodów. Na przykład ze względu na korzyści ekonomiczne lub ze względu na radioaktywność, zbyt wysoki stopień kruchości, podatność na działanie korozyjne.

Z danych tabelarycznych wynika również, że wolfram jest najbardziej ogniotrwałym metalem na świecie. Złoto ma najniższy kurs. Podczas pracy z metalami ważna jest miękkość. Dlatego wiele z powyższych nie jest również wykorzystywanych do celów technicznych.

Najbardziej ogniotrwałym metalem jest wolfram

W układzie okresowym znajduje się pod numerem seryjnym 74. Został nazwany na cześć słynnego fizyka Stephena Wolframa. W normalnych warunkach jest to twardy, ogniotrwały metal o srebrzystobiałej barwie. Ma wyraźny metaliczny połysk. Chemicznie praktycznie obojętny, reaguje niechętnie.

Występuje w przyrodzie w postaci minerałów:

• wolframit;
• zapalenie szpiku;
• hubneryt;
• ferberyt

Naukowcy udowodnili, że wolfram jest najbardziej ogniotrwałym metalem ze wszystkich istniejących. Istnieją jednak sugestie, że seaborgium teoretycznie jest w stanie pobić rekord tego metalu. Jest to jednak pierwiastek radioaktywny o bardzo krótkim czasie życia. Dlatego nie można jeszcze tego udowodnić.

W określonej temperaturze (ponad 1500 o C) wolfram staje się plastyczny i ciągliwy. Dzięki temu można na jego bazie wyprodukować cienki drut. Właściwość tę wykorzystuje się do wytwarzania włókien zwykłych żarówek domowych.

Jako najbardziej ogniotrwały metal wytrzymujący temperatury powyżej 3400 o C, wolfram znajduje zastosowanie w następujących obszarach technologii:

• jako elektroda do spawania argonem;
• do wytwarzania stopów kwasoodpornych, żaroodpornych i żaroodpornych;
• jako element grzejny;
• w lampach próżniowych jako włókno i tak dalej.

Oprócz wolframu metalicznego jego związki są szeroko stosowane w technologii, nauce i elektronice. Jako najbardziej ogniotrwały metal na świecie tworzy związki o bardzo wysokiej jakości: mocne, odporne na prawie wszystkie rodzaje wpływów chemicznych, niekorozyjne i wytrzymujące niskie i wysokie temperatury (siarczek wolframu, jego monokryształy i inne substancje wygrają).

Niob i jego stopy

Nb, czyli niob, w normalnych warunkach jest srebrzystobiałym błyszczącym metalem. Jest również ogniotrwały, gdyż temperatura przejścia w stan ciekły wynosi dla niego 2477 o C. To właśnie ta jakość, a także połączenie niskiej aktywności chemicznej i nadprzewodnictwa, sprawia, że ​​niob staje się coraz bardziej popularny w praktyce człowieka każdego roku. Dziś metal ten znajduje zastosowanie w takich gałęziach przemysłu jak:

• rakietowa nauka;
• przemysł lotniczy i kosmiczny;
• energia atomowa;
• inżynieria aparatury chemicznej;
• inżynieria radiowa.

Metal ten zachowuje swoje właściwości fizyczne nawet w bardzo niskich temperaturach. Produkty na jego bazie charakteryzują się odpornością na korozję, odpornością na ciepło, wytrzymałością i doskonałą przewodnością.

Metal ten dodaje się do materiałów aluminiowych w celu poprawy odporności chemicznej. Wykonuje się z niego katody i anody, a stopy metali nieżelaznych są nim stopowane. W niektórych krajach nawet monety są produkowane z zawartością niobu.

Tantal

Metal w postaci wolnej i w normalnych warunkach pokryty warstwą tlenku. Ma zestaw właściwości fizycznych, które pozwalają mu być powszechnym i bardzo ważnym dla ludzi. Jego główne cechy są następujące:

1. W temperaturach powyżej 1000 o C staje się nadprzewodnikiem.
2. Jest to najbardziej ogniotrwały metal po wolframie i renie. Temperatura topnienia wynosi 3017 o C.
3. Doskonale pochłania gazy.
4. Jest łatwy w obróbce, ponieważ bez większych trudności można go zwinąć w arkusze, folię i drut.
5. Ma dobrą twardość, nie jest kruchy, zachowuje ciągliwość.
6. Bardzo odporny na czynniki chemiczne (nie rozpuszcza się nawet w wodzie królewskiej).

Dzięki tym cechom zyskał popularność jako podstawa wielu żaroodpornych i kwasoodpornych stopów antykorozyjnych. Jego liczne związki są stosowane w fizyce jądrowej, elektronice i urządzeniach obliczeniowych. Stosowane jako nadprzewodniki. Wcześniej tantal był używany jako element lamp żarowych. Teraz jego miejsce zajął wolfram.

Chrom i jego stopy

Jeden z najtwardszych metali naturalna forma kolor niebiesko-biały. Jego temperatura topnienia jest niższa od dotychczas rozważanych pierwiastków i wynosi 1907 o C. Jednak nadal jest wszędzie stosowany w technologii i przemyśle, ponieważ dobrze poddaje się wpływom mechanicznym, jest przetwarzany i formowany.

Chrom jest szczególnie cenny jako powłoka. Nakłada się go na produkty, aby nadać im piękny połysk, chronić przed korozją i zwiększyć odporność na zużycie. Proces ten nazywa się chromowaniem.

Stopy chromu są bardzo popularne. Przecież nawet niewielka ilość tego metalu w stopie znacznie zwiększa twardość i odporność tego ostatniego na uderzenia.

Cyrkon

Jeden z najdroższych metali, dlatego jego wykorzystanie do celów technicznych jest trudne. Jednak jego właściwości fizyczne sprawiają, że jest po prostu niezbędny w wielu innych gałęziach przemysłu.

W normalnych warunkach jest to piękny srebrzystobiały metal. Ma dość wysoką temperaturę topnienia - 1855 o C. Ma dobrą twardość i odporność na korozję, ponieważ nie jest aktywny chemicznie. Ma także doskonałą zgodność biologiczną z ludzką skórą i całym organizmem. Dzięki temu jest cennym metalem do zastosowań medycznych (instrumenty, protetyka itp.).

Główne obszary zastosowań cyrkonu i jego związków, w tym stopów, to:

• energia nuklearna;
• pirotechnika;
• stopowanie metali;
• medycyna;
• produkcja bioware;
• materiał konstrukcyjny;
• jak nadprzewodnik.

Nawet biżuteria, która może wpłynąć na poprawę zdrowia człowieka, wykonywana jest z cyrkonu i stopów na jego bazie.

Molibden

Jeśli dowiesz się, który metal jest najbardziej ogniotrwały, oprócz wskazanego wolframu możesz również nazwać molibden. Jego temperatura topnienia wynosi 2623 o C. Jednocześnie jest dość twardy, plastyczny i podatny na obróbkę.

Stosowany jest głównie nie w czystej postaci, ale jako integralny składnik stopów. Dzięki obecności molibdenu mają znacznie zwiększoną odporność na zużycie, odporność na ciepło i ochronę antykorozyjną.

Niektóre związki molibdenu stosowane są jako smary techniczne. Metal ten jest również materiałem stopowym, który jednocześnie wpływa zarówno na wytrzymałość, jak i odporność na korozję, co jest bardzo rzadkie.

Wanad

Szary metal ze srebrzystym połyskiem. Posiada dość wysoki wskaźnik topliwości (1920 o C). Stosowany jest głównie jako katalizator w wielu procesach ze względu na swoją obojętność. Wykorzystywany jest w energetyce jako źródło prądu chemicznego, przy produkcji kwasów nieorganicznych. Nie sam metal jest tu najważniejszy, ale niektóre jego związki.

Ren i stopy na jego bazie

Który metal jest najbardziej ogniotrwały po wolframie? To jest ren. Jego wskaźnik topliwości wynosi 3186 o C. Przewyższa wytrzymałością zarówno wolfram, jak i molibden. Jego plastyczność nie jest zbyt wysoka. Zapotrzebowanie na ren jest bardzo duże, ale jego produkcja jest trudna. W rezultacie jest to najdroższy istniejący obecnie metal.

Używany do robienia:

• silniki odrzutowe;
• termopary;
• włókna do spektrometrów i innych urządzeń;
• jako katalizator w rafinacji ropy naftowej.

Wszystkie obszary zastosowań są drogie, dlatego stosuje się go tylko w przypadkach skrajnej konieczności, gdy nie ma możliwości zastąpienia go niczym innym.

Stopy tytanu

Tytan jest bardzo lekkim, srebrzystobiałym metalem, szeroko stosowanym w przemyśle metalurgicznym i obróbce metali. Może eksplodować w postaci drobno rozproszonej, dlatego stwarza zagrożenie pożarowe.

Stosowany jest w inżynierii lotniczej i rakietowej oraz przy produkcji statków. Szeroko stosowany w medycynie ze względu na swoją biologiczną zgodność z organizmem (protezy, piercing, implanty itp.).

fb.ru

nazwa i właściwości:: SYL.ru

Metale, obok szkła i tworzyw sztucznych, są jednymi z najpowszechniejszych materiałów. Używane były przez ludzi od czasów starożytnych. W praktyce ludzie poznali właściwości metali i z pożytkiem wykorzystali je do wyrobu naczyń, artykułów gospodarstwa domowego, różnych konstrukcji i dzieł sztuki. Głównymi cechami tych materiałów są ich ogniotrwałość i twardość. W rzeczywistości ich zastosowanie w określonym obszarze zależy od tych cech.

Właściwości fizyczne metali

Wszystkie metale mają następujące ogólne właściwości:

1. Kolor – srebrnoszary z charakterystycznym połyskiem. Wyjątkiem są: miedź i złoto. Wyróżniają się odpowiednio czerwonawym i żółtym odcieniem.
2. Stan skupienia jest ciałem stałym, z wyjątkiem rtęci, która jest cieczą.
3. Przewodność cieplna i elektryczna jest wyrażana inaczej dla każdego rodzaju metalu.
4. Plastyczność i ciągliwość to parametry zmienne w zależności od konkretnego metalu.
5. Temperatura topnienia i wrzenia - określa ogniotrwałość i topliwość, ma różne znaczenia dla wszystkich materiałów.

Wszystkie właściwości fizyczne metali zależą od budowy sieci krystalicznej, jej kształtu, wytrzymałości i układu przestrzennego.

Ogniotrwałość metali

Parametr ten nabiera znaczenia, gdy pojawia się pytanie o praktyczne zastosowanie metali. Dla tak ważnych sektorów gospodarki narodowej, jak budowa samolotów, budowa statków i inżynieria mechaniczna, podstawą są metale ogniotrwałe i ich stopy. Ponadto służą do produkcji narzędzi roboczych o dużej wytrzymałości. Wiele osób uzyskuje je poprzez odlewanie i wytapianie ważne szczegóły i produkty. Ze względu na wytrzymałość wszystkie metale dzielą się na kruche i twarde, a ze względu na ich ogniotrwałość na dwie grupy.

Metale ogniotrwałe i niskotopliwe

1. Ogniotrwałe - ich temperatura topnienia przekracza temperaturę topnienia żelaza (1539 °C). Należą do nich platyna, cyrkon, wolfram, tantal. Istnieje tylko kilka rodzajów takich metali. W praktyce używa się jeszcze mniej. Niektóre nie są używane ze względu na wysoką radioaktywność, inne są zbyt kruche i nie mają niezbędnej miękkości, inne są podatne na korozję, a jeszcze inne są nieopłacalne ekonomicznie. Który metal jest najbardziej ogniotrwały? Dokładnie to zostanie omówione w tym artykule.
2. Metale niskotopliwe to metale, które w temperaturze niższej lub równej temperaturze topnienia cyny 231,9°C mogą zmienić swój stan skupienia. Na przykład sód, mangan, cyna, ołów. Metale są wykorzystywane w radiu i elektrotechnice. Często stosuje się je do powłok antykorozyjnych i jako przewodniki.

Wolfram jest najbardziej ogniotrwałym metalem

Jest to twardy i ciężki materiał o metalicznym połysku, kolorze jasnoszarym i wysokiej ogniotrwałości. Jest trudny w obróbce. W temperaturze pokojowej jest kruchym metalem i łatwo pęka. Jest to spowodowane zanieczyszczeniem tlenem i zanieczyszczeniami węglowymi. Technicznie czysty wolfram staje się plastyczny w temperaturach powyżej 400 stopni Celsjusza. Wykazuje obojętność chemiczną i słabo reaguje z innymi pierwiastkami. W naturze wolfram występuje w postaci złożonych minerałów, takich jak:

• zapalenie szpiku;
• wolframit;
• ferberyt;
• hubneryt.

Wolfram otrzymuje się z rudy w postaci proszku w wyniku złożonej obróbki chemicznej. Metodą prasowania i spiekania powstają proste kształtki i pręty. Wolfram jest pierwiastkiem bardzo odpornym na temperaturę. Dlatego nie mogli zmiękczyć metalu przez sto lat. Nie było pieców, które mogłyby nagrzać się do kilku tysięcy stopni. Naukowcy udowodnili, że wolfram jest najbardziej ogniotrwałym metalem. Chociaż istnieje opinia, że ​​​​seborgium, zgodnie z danymi teoretycznymi, ma większą ogniotrwałość, nie można tego jednoznacznie stwierdzić, ponieważ jest pierwiastkiem radioaktywnym i ma krótką żywotność.

Informacje historyczne

Słynny szwedzki chemik Karl Scheele, posiadający zawód farmaceuty, w małym laboratorium odkrył mangan, bar, chlor i tlen, przeprowadzając liczne eksperymenty. Na krótko przed śmiercią w 1781 roku odkrył, że wolfram mineralny jest solą nieznanego wówczas kwasu. Po dwóch latach pracy jego uczniowie, dwaj bracia d'Eluyar (hiszpańscy chemicy), wyizolowali z tego minerału nowy pierwiastek chemiczny i nazwali go wolframem. Zaledwie sto lat później wolfram – najbardziej ogniotrwały metal – dokonał prawdziwej rewolucji w przemyśle.

Właściwości skrawające wolframu

W 1864 roku angielski naukowiec Robert Muschet użył wolframu jako dodatku stopowego do stali, który mógł wytrzymać czerwone ciepło i dodatkowo zwiększyć twardość. Frezy wykonane z powstałej stali zwiększyły prędkość cięcia metalu 1,5 razy i wyniosła 7,5 metra na minutę.

Pracując w tym kierunku, naukowcy otrzymali nowe technologie, zwiększające prędkość obróbki metalu za pomocą wolframu. W 1907 roku pojawił się nowy związek wolframu z kobaltem i chromem, który stał się twórcą twardych stopów zdolnych do zwiększania prędkości skrawania. Obecnie wzrosła do 2000 metrów na minutę, a wszystko to dzięki wolframowi – najbardziej ogniotrwałemu metalowi.

Zastosowania wolframu

Metal ten ma stosunkowo wysoką cenę i jest trudny w obróbce mechanicznej, dlatego stosuje się go tam, gdzie nie da się go zastąpić innymi materiałami o podobnych właściwościach. Wolfram doskonale wytrzymuje wysokie temperatury, ma znaczną wytrzymałość, ma twardość, elastyczność i ogniotrwałość, dlatego jest szeroko stosowany w wielu dziedzinach przemysłu:

• Metalurgiczny. Jest głównym konsumentem wolframu, który służy do produkcji wysokiej jakości stali stopowych.
• Elektrotechniczny. Temperatura topnienia najbardziej ogniotrwałego metalu wynosi prawie 3400 °C. Ogniotrwałość metalu pozwala na wykorzystanie go do produkcji żarników, haczyków w lampach oświetleniowych i elektronicznych, elektrod, lamp rentgenowskich i styków elektrycznych.

• Inżynieria mechaniczna. Ze względu na zwiększoną wytrzymałość stali zawierających wolfram produkowane są solidnie kute wirniki, koła zębate, wały korbowe i korbowody.
• Lotnictwo. Jaki jest najbardziej ogniotrwały metal używany do produkcji twardych i żaroodpornych stopów, z których wykonane są części silników lotniczych, elektryczne urządzenia próżniowe i żarniki? Odpowiedź jest prosta – to wolfram.
• Przestrzeń. Do produkcji dysz strumieniowych i poszczególnych elementów silników odrzutowych wykorzystuje się stal zawierającą wolfram.
• Wojskowy. Wysoka gęstość metalu umożliwia produkcję pocisków przeciwpancernych, kul, osłon pancerza torped, pocisków i czołgów oraz granatów.
• Chemiczny. Do siatek filtracyjnych stosuje się drut wolframowy odporny na kwasy i zasady. Wolfram służy do zmiany szybkości reakcji chemicznych.
• Włókienniczy. Kwas wolframowy stosuje się jako barwnik do tkanin, a wolframian sodu stosuje się do produkcji tkanin skórzanych, jedwabnych, wodoodpornych i ognioodpornych.

Powyższa lista zastosowań wolframu w różnych dziedzinach przemysłu wskazuje na dużą wartość tego metalu.

Przygotowanie stopów z wolframem

Wolfram, najbardziej ogniotrwały metal na świecie, jest często używany do wytwarzania stopów z innymi pierwiastkami w celu poprawy właściwości materiałów. Stopy zawierające wolfram są zwykle produkowane przy użyciu technologii metalurgii proszków, ponieważ konwencjonalna metoda zamienia wszystkie metale w lotne ciecze lub gazy w temperaturze topnienia. Proces stapiania odbywa się w próżni lub atmosferze argonu, aby uniknąć utleniania. Mieszankę proszków metali prasuje się, spieka i topi. W niektórych przypadkach prasowany i spiekany jest tylko proszek wolframu, a następnie porowaty przedmiot nasyca się stopionym innym metalem. W ten sposób otrzymuje się stopy wolframu ze srebrem i miedzią. Nawet niewielkie dodatki najbardziej ogniotrwałego metalu zwiększają odporność cieplną, twardość i odporność na utlenianie w stopach z molibdenem, tantalem, chromem i niobem. Proporcje w tym przypadku mogą być absolutnie dowolne w zależności od potrzeb branży. Bardziej złożone stopy, w zależności od stosunku składników z żelazem, kobaltem i niklem, mają następujące właściwości:

• nie blakną w powietrzu;
• mieć dobrą odporność chemiczną;
• mają doskonałe właściwości mechaniczne: twardość i odporność na zużycie.

Wolfram tworzy dość złożone związki z berylem, tytanem i aluminium. Wyróżniają się odpornością na utlenianie w wysokich temperaturach, a także odpornością na ciepło.

Właściwości stopów

W praktyce wolfram często łączy się z grupą innych metali. Do produkcji wykorzystuje się związki wolframu z chromem, kobaltem i niklem, które mają podwyższoną odporność na kwasy narzędzia chirurgiczne. Specjalne stopy żaroodporne, oprócz wolframu - najbardziej ogniotrwałego metalu, zawierają chrom, nikiel, aluminium i nikiel. Wolfram, kobalt i żelazo należą do najlepszych gatunków stali magnetycznej.

Najbardziej topliwe i ogniotrwałe metale

Do metali niskotopliwych zalicza się wszystkie metale, których temperatura topnienia jest niższa niż cyny (231,9°C). Elementy tej grupy stosowane są jako powłoki antykorozyjne, w elektrotechnice i radiotechnice oraz wchodzą w skład stopów przeciwciernych. Rtęć, której temperatura topnienia wynosi -38,89°C, w temperaturze pokojowej jest cieczą i jest szeroko stosowana w instrumentach naukowych, lampach rtęciowych, prostownikach, przełącznikach i produkcji chloru. Rtęć ma najniższą temperaturę topnienia w porównaniu do innych metali zaliczanych do grupy topliwej. Metale ogniotrwałe obejmują wszystkie metale, których temperatura topnienia jest wyższa niż temperatura topnienia żelaza (1539 °C). Najczęściej stosuje się je jako dodatki w produkcji stali stopowych, mogą one również służyć jako baza dla niektórych stopów specjalnych. Wolfram, którego maksymalna temperatura topnienia wynosi 3420°C, jest stosowany w czystej postaci głównie do produkcji żarników lamp elektrycznych.

Dość często w krzyżówkach pojawiają się pytania: który metal jest najbardziej topliwy lub najbardziej ogniotrwały? Teraz bez wahania możesz odpowiedzieć: najbardziej topliwa jest rtęć, a najbardziej ogniotrwała jest wolfram.

Krótko o sprzęcie

Metal ten nazywany jest głównym materiałem konstrukcyjnym. Części żelazne odnajdujemy zarówno na statku kosmicznym czy łodzi podwodnej, jak i w domu w kuchni w postaci sztućców i najróżniejszych dekoracji. Metal ten ma srebrzysto-szary kolor, ma miękkość, ciągliwość i właściwości magnetyczne. Żelazo jest bardzo aktywnym pierwiastkiem; w powietrzu tworzy się warstwa tlenku, która uniemożliwia kontynuację reakcji. Rdza pojawia się w wilgotnym środowisku.

Temperatura topnienia żelaza

Żelazo jest plastyczne, łatwo daje się kuć i trudno jest odlewać. Ten trwały metal można łatwo obrabiać mechanicznie i wykorzystuje się go do produkcji napędów magnetycznych. Dobra plastyczność pozwala na wykorzystanie go do dekoracji dekoracyjnych. Czy żelazo jest najbardziej ogniotrwałym metalem? Należy zauważyć, że jego temperatura topnienia wynosi 1539 °C. Z definicji metale ogniotrwałe obejmują metale, których temperatura topnienia jest wyższa niż temperatura żelaza.

Z całą pewnością możemy powiedzieć, że żelazo nie jest metalem najbardziej ogniotrwałym i nawet nie należy do tej grupy pierwiastków. Należy do materiałów średniotopliwych. Jaki jest najbardziej ogniotrwały metal? Takie pytanie już Cię nie zaskoczy. Można śmiało odpowiedzieć – to wolfram.

Zamiast wniosków

Na całym świecie produkuje się około trzydziestu tysięcy ton wolframu rocznie. Metal ten z pewnością zalicza się do najlepszych gatunków stali do wyrobu narzędzi. Do 95% całego produkowanego wolframu zużywa się na potrzeby hutnictwa. Aby obniżyć koszty procesu, stosują głównie tańszy stop składający się z 80% wolframu i 20% żelaza. Wykorzystując właściwości wolframu, jego stop z miedzią i niklem wykorzystywany jest do produkcji pojemników służących do przechowywania substancji radioaktywnych. W radioterapii z tego samego stopu powstają ekrany, zapewniające niezawodną ochronę.

www.syl.ru

Temperatury topnienia różnych metali w tabeli

Każdy metal i stop ma swój własny, unikalny zestaw właściwości fizycznych i chemicznych, między innymi temperaturę topnienia. Sam proces oznacza przejście ciała z jednego stanu skupienia do drugiego, w tym przypadku ze stanu stałego krystalicznego do ciekłego. Aby stopić metal, należy go podgrzać, aż do osiągnięcia temperatury topnienia. Dzięki niemu może nadal pozostać w stanie stałym, ale przy dalszej ekspozycji i zwiększonym cieple metal zaczyna się topić. Jeśli temperatura zostanie obniżona, to znaczy odprowadzona część ciepła, element stwardnieje.

Najwyższa temperatura topnienia spośród wszystkich metali należy do wolframu: jest to 3422C o, najniższa jest dla rtęci: pierwiastek topi się już w - 39C o. Z reguły nie jest możliwe określenie dokładnej wartości dla stopów: może się ona znacznie różnić w zależności od procentu składników. Zwykle są zapisywane jako przedział liczbowy.

Jak to się dzieje

Topienie wszystkich metali odbywa się w przybliżeniu w ten sam sposób - przy użyciu ogrzewania zewnętrznego lub wewnętrznego. Pierwsze odbywa się w piecu termicznym, drugie polega na ogrzewaniu rezystancyjnym poprzez przepuszczanie prądu elektrycznego lub nagrzewanie indukcyjne w polu elektromagnetycznym o wysokiej częstotliwości. Obie opcje wpływają na metal w przybliżeniu jednakowo.

Wraz ze wzrostem temperatury, amplituda drgań termicznych cząsteczek powstają defekty strukturalne sieci, wyrażające się wzrostem dyslokacji, skokami atomowymi i innymi zakłóceniami. Towarzyszy temu zerwanie wiązań międzyatomowych i wymaga pewnej ilości energii. Jednocześnie na powierzchni ciała tworzy się quasi-płynna warstwa. Okres niszczenia sieci i gromadzenia się defektów nazywa się topnieniem.

Separacja metali

Ze względu na temperaturę topnienia metale dzielą się na:

1. Niskotopliwe: nie potrzebują więcej niż 600C. To jest cynk, ołów, powieszenie, cyna.
2. Średnie topnienie: temperatura topnienia waha się od 600°C do 1600°C. Są to złoto, miedź, aluminium, magnez, żelazo, nikiel i ponad połowa wszystkich pierwiastków.
3. Materiał ogniotrwały: aby metal stał się płynny, wymagana jest temperatura powyżej 1600°C. Należą do nich chrom, wolfram, molibden, tytan.

W zależności od temperatury topnienia wybiera się także urządzenie do topienia. Im wyższy wskaźnik, tym silniejszy powinien być. Temperaturę potrzebnego elementu możesz sprawdzić w tabeli.

Kolejną ważną wielkością jest temperatura wrzenia. Jest to wartość, od której rozpoczyna się proces wrzenia cieczy, odpowiada ona temperaturze para nasycona, który tworzy się nad płaską powierzchnią wrzącej cieczy. Zwykle jest to prawie dwukrotnie wyższa temperatura topnienia.

Obie wartości są zwykle podawane przy normalnym ciśnieniu. Między sobą oni wprost proporcjonalna.

1. Wraz ze wzrostem ciśnienia wzrasta ilość topnienia.
2. Wraz ze spadkiem ciśnienia zmniejsza się ilość stopionego materiału.

Tabela metali i stopów niskotopliwych (do 600C o)

Tabela metali i stopów średniotopliwych (od 600C do 1600C)

Tabela metali i stopów ogniotrwałych (powyżej 1600C o)

stanok.guru

Metale ogniotrwałe - lista i zakres zastosowania

Metale ogniotrwałe znane są od końca XIX wieku. Wtedy nie było z nich pożytku. Jedyną gałęzią przemysłu, w której były stosowane, była elektrotechnika, i to w bardzo ograniczonych ilościach. Ale wszystko zmieniło się dramatycznie wraz z rozwojem lotnictwa naddźwiękowego i technologii rakietowej w latach 50. ubiegłego wieku. Do produkcji potrzebne były nowe materiały, które byłyby w stanie wytrzymać znaczne obciążenia w temperaturach powyżej 1000°C.

Lista i charakterystyka metali ogniotrwałych

Ogniotrwałość charakteryzuje się podwyższoną wartością temperatury przejścia ze stanu stałego do fazy ciekłej. Metale topiące się w temperaturze 1875°C i wyższej zalicza się do metali ogniotrwałych. W kolejności rosnącej temperatury topnienia obejmują one następujące typy:

• Wanad
• Rod
• Hafn
• Ruten
• Wolfram
• Iryd
• Tantal
• Molibden
• Osm
• Ren
• Niob.

Nowoczesną produkcję pod względem ilości złóż i poziomu wydobycia zaspokajają jedynie wolfram, molibden, wanad i chrom. Ruten, iryd, rod i osm są dość rzadkie w warunkach naturalnych. Ich roczna produkcja nie przekracza 1,6 tony.

Metale żaroodporne mają następujące główne wady:

• Zwiększona kruchość na zimno. Jest to szczególnie widoczne w przypadku wolframu, molibdenu i chromu. Temperatura przejścia metalu ze stanu ciągliwego w kruchy wynosi nieco powyżej 100 ° C, co stwarza niedogodności podczas obróbki ich pod ciśnieniem.
• Niestabilność na utlenianie. Z tego powodu w temperaturach powyżej 1000°C metale ogniotrwałe stosuje się jedynie po uprzednim nałożeniu na ich powierzchnię powłok galwanicznych. Chrom jest najbardziej odporny na procesy utleniania, ale jako metal ogniotrwały ma najniższą temperaturę topnienia.

Najbardziej obiecującymi metalami ogniotrwałymi są niob i molibden. Wynika to z ich rozpowszechnienia w przyrodzie, a co za tym idzie, niskiego kosztu w porównaniu z innymi elementami tej grupy.

Najbardziej ogniotrwałym metalem występującym w przyrodzie jest wolfram. Jego właściwości mechaniczne nie ulegają pogorszeniu w temperaturze otoczenia powyżej 1800°C. Jednak wymienione powyżej wady oraz zwiększona gęstość ograniczają zakres jego zastosowania w produkcji. Jako czysty metal jest stosowany coraz rzadziej. Ale wartość wolframu jako składnika stopowego wzrasta.

Właściwości fizyczne i mechaniczne

Metale o wysokiej temperaturze topnienia (ogniotrwałe) są pierwiastkami przejściowymi. Według układu okresowego wyróżniamy 2 rodzaje:

• Podgrupa 5A – tantal, wanad i niob.
• Podgrupa 6A – wolfram, chrom i molibden.

Wanad ma najniższą gęstość – 6100 kg/m3, największą gęstość ma wolfram – 19300 kg/m3. Ciężar właściwy pozostałych metali mieści się w tych wartościach. Metale te charakteryzują się niskim współczynnikiem rozszerzalności liniowej, zmniejszoną elastycznością i przewodnością cieplną.

Metale te nie przewodzą dobrze prądu elektrycznego, ale mają właściwości nadprzewodnictwa. Temperatura reżimu nadprzewodzącego wynosi 0,05–9 K w zależności od rodzaju metalu.

Absolutnie wszystkie metale ogniotrwałe charakteryzują się zwiększoną ciągliwością w warunkach pokojowych. Wolfram i molibden również wyróżniają się na tle innych metali wyższą odpornością na ciepło.

Odporność na korozję

Metale żaroodporne charakteryzują się dużą odpornością na większość rodzajów agresywnych środowisk. Odporność korozyjna pierwiastków podgrupy 5A wzrasta od wanadu do tantalu. Przykładowo w temperaturze 25°C wanad rozpuszcza się w wodzie królewskiej, natomiast niob jest całkowicie obojętny w stosunku do tego kwasu.

Tantal, wanad i niob są odporne na stopione metale alkaliczne. Pod warunkiem, że w ich składzie nie ma tlenu, co znacznie zwiększa intensywność reakcji chemicznej.

Molibden, chrom i wolfram mają większą odporność na korozję. Zatem kwas azotowy, który aktywnie rozpuszcza wanad, ma znacznie mniejszy wpływ na molibden. W temperaturze 20°C reakcja ta całkowicie ustaje.

Wszystkie metale ogniotrwałe łatwo wchodzą w wiązania chemiczne z gazami. Absorpcja wodoru ze środowiska przez niob następuje w temperaturze 250°C. Tantal w temperaturze 500°C. Jedynym sposobem na zatrzymanie tych procesów jest przeprowadzenie wyżarzania próżniowego w temperaturze 1000°C. Warto zauważyć, że wolfram, chrom i molibden są znacznie mniej podatne na interakcję z gazami.

Jak wspomniano wcześniej, tylko chrom jest odporny na utlenianie. Ta właściwość wynika z jego zdolności do tworzenia na powierzchni stałej warstwy tlenku chromu. Rozpuszczanie tlenu przez chrom następuje dopiero w temperaturze 700°C. W przypadku innych metali ogniotrwałych procesy utleniania rozpoczynają się w przybliżeniu w temperaturze 550°C.

Kruchość na zimno

Powszechność stosowania w produkcji metali żaroodpornych utrudnia ich zwiększona skłonność do kruchości na zimno. Oznacza to, że gdy temperatura spadnie poniżej pewnego poziomu, kruchość metalu gwałtownie wzrasta. Dla wanadu temperatura ta wynosi -195°C, dla niobu -120°C, a wolframu +330°C.

Obecność kruchości na zimno w metalach żaroodpornych wynika z zawartości zanieczyszczeń w ich składzie. Molibden o specjalnej czystości (99,995%) zachowuje podwyższone właściwości plastyczne aż do temperatury ciekłego azotu. Jednak wprowadzenie tylko 0,1% tlenu przesuwa temperaturę kruchości na zimno do -20°C.

Obszary zastosowań

Do połowy lat 40. metale ogniotrwałe stosowano wyłącznie jako pierwiastki stopowe poprawiające właściwości mechaniczne stopów stali nieżelaznych na bazie miedzi i niklu w przemyśle elektrycznym. Do produkcji twardych stopów wykorzystywano także związki molibdenu i wolframu.

Rewolucja techniczna związana z aktywnym rozwojem lotnictwa, przemysłu nuklearnego i nauki o rakietach znalazła nowe sposoby wykorzystania metali ogniotrwałych. Oto częściowa lista nowych aplikacji:

• Produkcja osłon termicznych głowicy i ram rakietowych.
• Materiał konstrukcyjny samolotów naddźwiękowych.
• Niob służy jako materiał na panele statków kosmicznych o strukturze plastra miodu. W nauce o rakietach wykorzystuje się go jako wymienniki ciepła.
• Elementy silników termoodrzutowych i rakietowych: dysze, osłony ogonowe, łopatki turbin, klapy dysz.
• Wanad jest podstawą do produkcji cienkościennych rurek elementów paliwowych reaktorów termojądrowych w przemyśle nuklearnym.
• Wolfram jest używany jako żarnik lamp elektrycznych.
• Molibden znajduje coraz szersze zastosowanie w produkcji elektrod do topienia szkła. Ponadto molibden jest metalem używanym do produkcji form wtryskowych.
• Produkcja narzędzi do obróbki na gorąco części.

prompriem.ru

Najbardziej ogniotrwały metal na ziemi

Ciekawskich ludzi prawdopodobnie interesuje pytanie, który metal jest najbardziej ogniotrwały? Zanim na nie odpowiemy, warto poznać samo pojęcie ogniotrwałości. Wszystkie znane nauce metale mają różną temperaturę topnienia ze względu na różny stopień stabilności wiązań między atomami w sieci krystalicznej. Im słabsze wiązanie, tym niższa temperatura wymagana do jego rozerwania.

Najbardziej ogniotrwałe metale na świecie są wykorzystywane w czystej postaci lub w postaci stopów do produkcji części pracujących w ekstremalnych warunkach termicznych. Skutecznie wytrzymują wysokie temperatury i znacznie wydłużają żywotność urządzeń. Jednak odporność metali tej grupy na efekty termiczne zmusza metalurgów do stosowania niestandardowych metod ich produkcji.

Który metal jest najbardziej ogniotrwały?

Najbardziej ogniotrwały metal na Ziemi odkrył w 1781 roku szwedzki naukowiec Carl Wilhelm Scheele. Nowy materiał nazywa się wolframem. Scheele był w stanie zsyntetyzować trójtlenek wolframu poprzez rozpuszczenie rudy w kwasie azotowym. Czysty metal wyizolowali dwa lata później hiszpańscy chemicy Fausto Fermin i Juan José de Eluar. Nowy element nie od razu zyskał uznanie i został przyjęty przez przemysłowców. Faktem jest, że ówczesna technologia nie pozwalała na przetwarzanie takiej substancji ogniotrwałej, dlatego większość współczesnych nie przywiązywała dużej wagi do odkrycia naukowego.

Wolfram doceniono znacznie później. Dziś jego stopy wykorzystywane są do produkcji części żaroodpornych dla różnych gałęzi przemysłu. Żarnik domowych lamp wyładowczych jest również wykonany z wolframu. Wykorzystywana jest także w przemyśle lotniczym do produkcji dysz rakietowych oraz jako elektroda wielokrotnego użytku przy spawaniu łukiem gazowym. Wolfram jest nie tylko ogniotrwały, ale ma również dużą gęstość, dzięki czemu nadaje się do produkcji wysokiej jakości kijów golfowych.

Związki wolframu z niemetalami są również szeroko stosowane w przemyśle. Dlatego siarczek stosuje się jako żaroodporny smar, który wytrzymuje temperatury do 500 stopni Celsjusza, węglik służy do produkcji noży, tarcz ściernych i wierteł, które radzą sobie z najtwardszymi substancjami i wytrzymują wysokie temperatury ogrzewania. Rozważmy na koniec przemysłową produkcję wolframu. Najbardziej ogniotrwały metal ma temperaturę topnienia 3422 stopni Celsjusza.

Jak otrzymuje się wolfram?

Czysty wolfram nie występuje w przyrodzie. Wchodzi w skład skał w postaci trójtlenku, a także wolframitów żelaza, manganu i wapnia, rzadziej miedzi lub ołowiu. Według naukowców zawartość wolframu w skorupie ziemskiej wynosi średnio 1,3 grama na tonę. Jest to pierwiastek dość rzadki w porównaniu z innymi rodzajami metali. Zawartość wolframu w rudzie po wydobyciu zwykle nie przekracza 2%. Dlatego też wydobyty surowiec kierowany jest do zakładów przetwórczych, gdzie udział masowy metalu doprowadza się do 55-60% za pomocą separacji magnetycznej lub elektrostatycznej.

Proces jego produkcji podzielony jest na etapy technologiczne. W pierwszym etapie z wydobytej rudy wyodrębnia się czysty trójtlenek. W tym celu stosuje się metodę rozkładu termicznego. W temperaturach od 500 do 800 stopni Celsjusza wszystkie nadmiarowe pierwiastki topią się, a ze stopu można łatwo zebrać ogniotrwały wolfram w postaci tlenku. Produktem jest surowiec o zawartości sześciowartościowego tlenku wolframu wynoszącej 99%.

Powstały związek dokładnie rozdrabnia się i prowadzi reakcję redukcji w obecności wodoru w temperaturze 700 stopni Celsjusza. Pozwala to na wyizolowanie czystego metalu w postaci proszku. Następnie jest dociskany wysokie ciśnienie i spiekane w środowisku wodorowym w temperaturach 1200-1300 stopni Celsjusza. Następnie powstałą masę przesyła się do elektrycznego pieca do topienia, gdzie pod wpływem prądu podgrzewa się ją do temperatury ponad 3000 stopni. W ten sposób wolfram przechodzi w stan stopiony.

Do końcowego oczyszczenia z zanieczyszczeń i uzyskania monokrystalicznej sieci strukturalnej stosuje się metodę topienia strefowego. Oznacza to, że w pewnym momencie stopiona jest tylko pewna strefa całkowitej powierzchni metalu. Stopniowo poruszając się, strefa ta redystrybuuje zanieczyszczenia, w wyniku czego ostatecznie gromadzą się one w jednym miejscu i można je łatwo usunąć ze struktury stopu.

Gotowy wolfram trafia do magazynu w postaci sztabek lub wlewków, przeznaczonych do późniejszej produkcji pożądanych produktów. Aby otrzymać stopy wolframu, wszystkie elementy składowe są kruszone i mieszane w postaci proszku w wymaganych proporcjach. Następnie w piecu elektrycznym przeprowadza się spiekanie i topienie.

promplace.ru

Metale ogniotrwałe to... Co to są metale ogniotrwałe?

H																		On
Li	Być												B	C	N	O	F	Nie
Nie	Mg												Glin	Si	P	S	kl	Ar
K	Ok	sc	Ti	V	Kr	Mn	Fe	Współ	Ni	Cu	Zn	Ga	Ge	Jak	Se	br	Kr
Rb	senior	Y	Zr	Uwaga	Pon	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	Płyta CD	W	sen	Sb	Te	I	Xe
Cs	Ba	La	*	Hf	Ta	W	Odnośnie	Os	Ir	Pt	Au	Hg	Tł	Pb	Bi	Po	Na	Rn
ks	Ra	Ac	**	Rf	śr	sierż	Bh	Hs	Góra	DS	Rg
			*	Ce	Pr	Nd	Po południu	sm	UE	Bg	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu
			**	Cz	Rocznie	U	Np	Pu	Jestem	Cm	Bk	Por	Ez	FM	lekarz medycyny	NIE	Lr

Metale ogniotrwałe- klasa pierwiastków chemicznych (metali) charakteryzujących się bardzo wysoką temperaturą topnienia i odpornością na zużycie. Wyrażenie metale ogniotrwałe jest najczęściej używane w dyscyplinach takich jak inżynieria materiałowa, metalurgia i nauki inżynieryjne. Definicja metali ogniotrwałych odnosi się do każdego pierwiastka tej grupy inaczej. Głównymi przedstawicielami tej klasy pierwiastków są pierwiastki piątego okresu - niob i molibden; okres szósty - tantal, wolfram i ren. Wszystkie mają temperaturę topnienia powyżej 2000°C, są stosunkowo obojętne chemicznie i mają zwiększoną gęstość. Dzięki metalurgii proszków można je wykorzystać do produkcji części dla różnych gałęzi przemysłu.

Definicja

Większość definicji terminu metale ogniotrwałe definiuje je jako metale o wysokich temperaturach topnienia. Zgodnie z tą definicją konieczne jest, aby metale miały temperaturę topnienia powyżej 2200 °C. Jest to konieczne, aby zdefiniować je jako metale ogniotrwałe. Pięć pierwiastków – niob, molibden, tantal, wolfram i ren, znajduje się na tej liście jako główne, przy czym szersza definicja tych metali pozwala na uwzględnienie także pierwiastków o temperaturze topnienia 2123 K (1850°C) – tytanu, wanadu , chrom, cyrkon, hafn, ruten i osm. Pierwiastki transuranowe (których wszystkie izotopy są niestabilne i bardzo trudne do znalezienia na Ziemi) nigdy nie będą klasyfikowane jako metale ogniotrwałe.

Nieruchomości

Właściwości fizyczne

Temperatura topnienia tych pierwiastków jest najwyższa, z wyłączeniem węgla i osmu. Właściwość ta zależy nie tylko od ich właściwości, ale także od właściwości ich stopów. Metale mają układ sześcienny, z wyjątkiem renu, w którym przyjmuje on postać sześciokątnego, gęstego upakowania. Większość właściwości fizycznych pierwiastków w tej grupie znacznie się różni, ponieważ należą one do różnych grup.

Odporność na odkształcenia pełzające ( język angielski) jest charakterystyczną właściwością metali ogniotrwałych. W zwykłych metalach odkształcenie rozpoczyna się w temperaturze topnienia metalu, a zatem odkształcenie pełzające w stopach aluminium rozpoczyna się w temperaturze 200 ° C, podczas gdy w metalach ogniotrwałych zaczyna się w temperaturze 1500 ° C. Ta odporność na odkształcenia i wysoka temperatura topnienia pozwala na zastosowanie metali ogniotrwałych na przykład jako części silników odrzutowych lub do kucia różnych materiałów.

Właściwości chemiczne

Na wolnym powietrzu ulegają utlenianiu. Reakcja ta ulega spowolnieniu ze względu na utworzenie się pasywowanej warstwy. Tlenek renu jest bardzo niestabilny, ponieważ przy przepuszczaniu gęstego strumienia tlenu jego warstwa tlenkowa odparowuje. Wszystkie są stosunkowo odporne na kwasy.

Aplikacja

Metale ogniotrwałe są stosowane jako źródła światła, części, smary, w przemyśle nuklearnym jako ARC i jako katalizator. Ponieważ mają wysokie temperatury topnienia, nigdy nie są używane jako materiał do wytapiania na świeżym powietrzu. W postaci proszku materiał jest zagęszczany w piecach do topienia. Metale ogniotrwałe można przetwarzać na drut, wlewki, pręty zbrojeniowe, cynę lub folię.

Wolfram i jego stopy

Wolfram został odkryty w 1781 roku przez szwedzkiego chemika Carla Wilhelma Scheele. Wolfram ma najwyższą temperaturę topnienia ze wszystkich metali – 3422°C.

Wolfram.

Ren stosowany jest w stopach z wolframem w stężeniu do 22%, co zwiększa ogniotrwałość i odporność na korozję. Tor jest stosowany jako składnik stopowy wolframu. Zwiększa to odporność materiałów na zużycie. W metalurgii proszków komponenty można stosować do spiekania i późniejszego zastosowania. Aby otrzymać ciężkie stopy wolframu, stosuje się nikiel i żelazo lub nikiel i miedź. Zawartość wolframu w tych stopach zwykle przekracza 90%. Nawet podczas spiekania mieszanie się z nim materiału stopowego jest niewielkie.

Wolfram i jego stopy są nadal stosowane tam, gdzie występują wysokie temperatury, ale wymagana jest wysoka twardość i gdzie można pominąć dużą gęstość. Włókna składające się z wolframu znajdują zastosowanie w życiu codziennym i przy budowie instrumentów. Żarówki efektywniej przekształcają energię elektryczną w światło wraz ze wzrostem temperatury. Podczas spawania łukowego w atmosferze wolframu ( język angielski) sprzęt jest używany w sposób ciągły, bez topienia elektrody. Wysoka temperatura topnienia wolframu pozwala na jego stosowanie w spawalnictwie bez ponoszenia kosztów. Wysoka gęstość i twardość wolframu pozwala na jego stosowanie w pociskach artyleryjskich. Jego wysoką temperaturę topnienia wykorzystuje się do budowy dysz rakietowych, czego przykładem jest rakieta Polaris. Czasami znajduje zastosowanie ze względu na swoją gęstość. Znajduje zastosowanie na przykład przy produkcji kijów golfowych. W takich częściach zastosowanie nie ogranicza się do wolframu, ponieważ można zastosować również droższy osm.

Stopy molibdenu

Molibden.

Stopy molibdenu są szeroko stosowane. Najczęściej stosowany stop tytan-cyrkon-molibden zawiera 0,5% tytanu, 0,08% cyrkonu i resztę molibdenu. Stop ma zwiększoną wytrzymałość w wysokich temperaturach. Temperatura robocza stopu wynosi 1060°C. Wysoka odporność stopu wolframu i molibdenu (Mo 70%, W 30%) sprawia, że ​​jest to idealny materiał do odlewania części cynkowych, takich jak zawory.

Molibden jest stosowany w przekaźnikach kontaktronowych rtęci, ponieważ rtęć nie tworzy amalgamatów z molibdenem.

Molibden jest najczęściej stosowanym metalem ogniotrwałym. Najważniejsze jest jego zastosowanie jako wzmacniacza stopów stali. Stosowany do produkcji rurociągów razem ze stalą nierdzewną. Wysoka temperatura topnienia, odporność na zużycie i niski współczynnik tarcia molibdenu czynią go bardzo użytecznym materiałem stopowym. Doskonałe właściwości cierne sprawiają, że można go stosować jako środek smarny tam, gdzie wymagana jest niezawodność i wydajność. Stosowany przy produkcji przegubów homokinetycznych w przemyśle motoryzacyjnym. Duże złoża molibdenu znajdują się w Chinach, USA, Chile i Kanadzie.

Stopy niobu

Ciemna część dyszy Apollo CSM wykonana jest ze stopu tytanu i niobu.

Niob prawie zawsze występuje razem z tantalem; niob został nazwany na cześć Niobe, córki Tantala w mitologii greckiej. Niob ma wiele zastosowań, a niektóre z nich są wspólne z metalami ogniotrwałymi. Jego wyjątkowość polega na tym, że w celu uzyskania można go udoskonalić poprzez wyżarzanie szeroki zasięg wskaźniki twardości i elastyczności; jego wskaźnik gęstości jest najmniejszy w porównaniu do innych metali z tej grupy. Może być stosowany w kondensatorach elektrolitycznych i jest najczęstszym metalem w stopach nadprzewodzących. Niob można stosować w lotniczych turbinach gazowych, lampach próżniowych i reaktorach jądrowych.

Stop niobu C103, który składa się z 89% niobu, 10% hafnu i 1% tytanu, służy do wytwarzania dysz w silnikach rakietowych na paliwo ciekłe, takich jak Apollo CSM ( język angielski) . Zastosowany stop nie pozwala na utlenianie niobu, ponieważ reakcja zachodzi w temperaturze 400 °C.

Tantal

Tantal jest metalem najbardziej odpornym na korozję ze wszystkich metali ogniotrwałych.

Ważną właściwość tantalu odkryto dzięki jego zastosowaniu w medycynie - jest on w stanie wytrzymać kwaśne środowisko (organizmu). Czasami jest stosowany w kondensatorach elektrolitycznych. Stosowany w kondensatorach telefonów komórkowych i komputerów.

Stopy renu

Ren jest ostatnio odkrytym pierwiastkiem ogniotrwałym z całej grupy. Występuje w niskich stężeniach w rudach innych metali z tej grupy – platyny czy miedzi. Może być stosowany jako składnik stopowy z innymi metalami i nadaje stopom dobre właściwości - ciągliwość i zwiększa wytrzymałość na rozciąganie. Stopy renu można stosować w elementach elektronicznych, żyroskopach i reaktorach jądrowych. Jego najważniejszym zastosowaniem jest katalizator. Może być stosowany w alkilowaniu, dealkilowaniu, uwodornieniu i utlenianiu. Jego rzadka obecność w przyrodzie czyni go najdroższym ze wszystkich metali ogniotrwałych.

Ogólne właściwości metali ogniotrwałych

Metale ogniotrwałe i ich stopy przyciągają uwagę badaczy ze względu na swoje niezwykłe właściwości i przyszłe perspektywy zastosowań.

Właściwości fizyczne metali ogniotrwałych, takich jak molibden, tantal i wolfram, ich twardość i stabilność w wysokich temperaturach sprawiają, że są one materiałem stosowanym do obróbki surówki materiałów zarówno w próżni, jak i bez niej. Wiele części opiera się na ich unikalnych właściwościach: na przykład włókna wolframowe wytrzymują temperatury do 3073 K.

Jednak ich odporność na utlenianie do 500°C sprawia, że ​​jest to jedna z głównych wad tej grupy. Kontakt z powietrzem może znacząco wpłynąć na ich działanie w wysokich temperaturach. Dlatego stosuje się je w materiałach, w których są odizolowane od tlenu (np. żarówka).

Stopy metali ogniotrwałych - molibdenu, tantalu i wolframu - są wykorzystywane w elementach kosmicznych technologii nuklearnych. Komponenty te zostały specjalnie zaprojektowane, aby wytrzymać wysokie temperatury (1350 K do 1900 K). Jak wspomniano powyżej, nie powinny mieć kontaktu z tlenem.

Zobacz też

Notatki

1. H. Ortnera International Journal of Refractory Metals and Hard Materials (w języku angielskim). Elsevier. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 20 czerwca 2012 r. Źródło 26 września 2010 r.
2. Michaela Bauccio Metale ogniotrwałe // Poradnik dotyczący metali ASM / Amerykańskie Towarzystwo Metali. - ASM International, 1993. - s. 120-122. - ISBN 19939780871704788
3. Wilson, J. W. Ogólne zachowanie metali ogniotrwałych // Zachowanie i właściwości metali ogniotrwałych. - Stanford University Press, 1965. - s. 1-28. - 419 s. - ISBN 9780804701624
4. Josepha R. Davisa Stopowanie: zrozumienie podstaw. - ASM International, 2001. - s. 308-333. - 647 s. - ISBN 9780871707444
5. 1 2 Borisenko, V. A. Badanie zależności temperaturowej twardości molibdenu w zakresie 20-2500°C // Radziecki magazyn poświęcony metalurgii proszków i ceramice metalowej. - 1963. - s. 182. - DOI:10.1007/BF00775076
6. Fathi, Habashi Historyczne wprowadzenie do metali ogniotrwałych // Journal of Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. - 2001. - s. 25-53. -DOI:10.1080/08827509808962488
7. Schmid, Kalpakjian Pełzanie // Inżynieria i technologia produkcji. - Pearson Prentice Hall, 2006. - s. 86-93. - 1326 s. - ISBN 9787302125358
8. Weroński, Andrzej; Hejwowski, Tadeusz Materiały odporne na pełzanie // Zmęczenie cieplne metali. - CRC Press, 1991. - s. 81-93. - 366 s. - ISBN 9780824777265
9. 1 2 Erik Lassner, Wolf-Dieter Schubert Wolfram: właściwości, chemia, technologia pierwiastka, stopy i związki chemiczne. - Springer, 1999. - s. 255-282. - 422 s. - ISBN 9780306450532
10. Krajowa Rada ds. Badań (USA), Panel ds. Wolframu, Komisja ds. Technicznych Aspektów Materiałów Krytycznych i Strategicznych Trendy w wykorzystaniu wolframu: raport. - Krajowa Rada ds. Badań, Narodowa Akademia Nauk - Narodowa Akademia Inżynierska, 1973. - s. 1-3. - lata 90.
11. Michaela K. Harrisa Bezpieczeństwo i higiena spawania // Bezpieczeństwo i higiena spawania: przewodnik terenowy dla specjalistów OEHS. - AIHA, 2002. - s. 28. - 222 s. - ISBN 9781931504287
12. William L. Galvery, Frank M. Marlow Podstawy spawania: pytania i odpowiedzi. - Industrial Press Inc., 2001. - s. 185. - 469 s. - ISBN 9780831131517
13. W. Lanz, W. Odermatt, G. Weihrauch (7-11 maja 2001). „POCZUTY ENERGII KINETYCZNEJ: HISTORIA ROZWOJU, STAN TECHNIKI, TENDENCJE” w XIX Międzynarodowe Sympozjum Balistyczne..
14. P. Ramakrishnana Metalurgia proszków do zastosowań lotniczych // Metalurgia proszków: przetwarzanie dla przemysłu motoryzacyjnego, elektrycznego/elektronicznego i inżynieryjnego. - New Age International, 2007. - s. 38. - 381 s. - ISBN 8122420303
15. Arora, Arran Ciężki stop wolframu do zastosowań obronnych // Magazyn Technologii Materiałów. - 2004. - V. 19. - Nr 4. - S. 210-216.
16. V. S. Moxson, F. H. Froes Wytwarzanie komponentów sprzętu sportowego metodą metalurgii proszków // Magazyn JOM. - 2001. - V. 53. - s. 39. - DOI:10.1007/s11837-001-0147-z
17. Roberta E. Smallwooda TZM Moly Alloy // Specjalna publikacja techniczna ASTM 849: Metale ogniotrwałe i ich zastosowania przemysłowe: sympozjum. - ASTM International, 1984. - s. 9. - 120 s. - ISBN 19849780803102033
18. Kozbagarova, GA; Musina, AS; Michałiewa, V. A. Odporność korozyjna molibdenu w rtęci // Magazyn Ochrona Metali. - 2003. - V. 39. - s. 374-376. - DOI:10.1023/A:1024903616630
19. Gupta, C. K. Przemysł elektryczny i elektroniczny // Metalurgia wydobywcza molibdenu. - CRC Press, 1992. - s. 48-49. - 404 s. - ISBN 9780849347580
20. Michaela J. Magyara Podsumowanie towarów 2009: Molibden. Służba Geologiczna Stanów Zjednoczonych. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 20 czerwca 2012 r. Źródło 26 września 2010 r.
21. DR. Ervin, D. L. Bourell, C. Persad, L. Rabenberg Struktura i właściwości wysokoenergetycznego, wysokostopowego skonsolidowanego stopu molibdenu TZM // Journal of Material Science and Engineering: A. - 1988. - V. 102. - s. 25.
22. Niejkow Oleg D. Właściwości proszku molibdenu i stopów molibdenu // Podręcznik proszków metali nieżelaznych: technologie i zastosowania. - Elsevier, 2009. - s. 464-466. - 621 s. - ISBN 9781856174220
23. Josepha R. Davisa Metale i stopy ogniotrwałe // Podręcznik specjalistyczny ASM: Materiały żaroodporne. - ASM International, 1997. - s. 361-382. - 591 s. - ISBN 9780871705969
24. 1 2 Jana Hebdy Stopy niobu i zastosowania wysokotemperaturowe // Journal of Niobium Science & Technology: Proceedings of the International Symposium Niobium 2001 (Orlando, Floryda, USA). - Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração, 2001.
25. J. W. Wilsona Ren // Zachowanie i właściwości metali ogniotrwałych. – Stanford University Press, 1965. – ISBN 9780804701624

Literatura

• Lewitin, Walim Odkształcenie metali i stopów w wysokiej temperaturze: podstawy fizyczne . - WILEY-VCH, 2006. - ISBN 978-3-527-31338-9
• Brunner, T. Analizy chemiczne i strukturalne cząstek aerozoli i popiołów lotnych z obiektów energetycznego spalania biomasy ze stałym złożem metodą mikroskopii elektronowej, Pierwsza Światowa Konferencja na temat Biomasy dla Energii i Przemysłu: materiały z konferencji, która odbyła się w Sewilli, Hiszpania, 5-9 czerwca 2000 r.,Londyn: James & James spółka z ograniczoną odpowiedzialnością(2000). Źródło 26 września 2010 r.
• Donalda Spinka Metale reaktywne. Cyrkon, hafn i tytan // . - 1961. - V. 53. - Nr 2. - S. 97-104. - DOI:10.1021/ie50614a019
• Earla Hayesa Chrom i Wanad // Journal of Industrial & Engineering Chemistry. - 1961. - V. 53. - Nr 2. - S. 105-107. - DOI:10.1021/ie50614a020