Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!
Волфрамът също принадлежи към групата метали, характеризиращи се с високи показатели на огнеустойчивост. Открит е в Швеция от химик Шеле. Именно той успя първо през 1781 г. да извлече оксид от неизвестен метал от минералния волфрамит. Чист волфрам е получен от учения след 3 години.
описание
Волфрамът принадлежи към групата материали, които често се използват в различни индустрии. Той е обозначен с буквата W и има сериен номер 74 в периодичната таблица и се характеризира със светлосив цвят. Една от характерните му качества е висока огнеустойчивост. Точката на топене на волфрам е 3380 градуса по Целзий. Ако го разгледаме от гледна точка на приложението, тогава най-важните качества на този материал са:
- плътност;
- точка на топене;
- електрическо съпротивление;
- коефициент на линейно разширение.
Изчислявайки характеристичните си качества, е необходимо да се избере точка на висока точка на кипене, която се намира на ниво от 5 900 градуса по Целзий . Друга особеност е ниската степен на изпаряване. Той е нисък дори при температурни условия от 2000 градуса по Целзий. Чрез такова свойство като електрическа проводимост, този метал е 3 пъти по-голям от такава обща сплав, като медта.
Фактори, ограничаващи използването на волфрам
Има редица фактори, които ограничават използването на този материал:
- висока плътност;
- значителна склонност към счупване при ниски температури;
- ниска устойчивост на окисление.
Волфрамът изглежда подобен на обикновената стомана . Основната му употреба е свързана главно с производството на сплави с високи якостни характеристики. Този метал може да бъде обработен, но само ако е предварително загрят. В зависимост от вида на избраната обработка, нагряването се извършва при определена температура. Например, ако задачата е да се изковават волфрамови пръчки, тогава детайлът трябва да бъде предварително загрят до температура от 1450-1500 градуса по Целзий.
За повече от 100 години волфрамът не е бил използван за промишлени цели. Използването му в производството на различни техники е ограничено от високата му точка на топене.
Началото на промишленото му приложение е свързано с годината 1856, когато за първи път е използвана за легиране на стоманени инструменти. По време на производството си те започнаха да добавят волфрам с обща фракция до 5%. Наличието на този метал в стоманата ни позволи да увеличим скоростта на рязане на стругови машини от 5 до 8 m на минута .
Развитието на промишлеността през втората половина на XIX век се характеризира с активното развитие на машиностроенето. Търсенето на оборудване непрекъснато се увеличава всяка година, което изисква машиностроителите да получат качествени характеристики на машините и в допълнение към увеличаване на скоростта на работа. Първият импулс в подобряването на скоростта на рязане е използването на волфрам.
Още в началото на 20 век скоростта на рязане се увеличава до 35 метра в минута . Това се постига чрез допинг със стомана не само с волфрам, но и с други елементи:
- молибден;
- хром;
- ванадий.
Впоследствие скоростта на рязане на машините се увеличи до 60 метра в минута. Но, въпреки високите темпове, експертите разбраха, че има възможност да се подобри тази характеристика. Кой начин да изберете да увеличите скоростта на рязане, експертите не са мислили дълго време. Те прибягват до използването на волфрам, но вече под формата на карбиди в съюз с други метали и техните видове. В момента е обичайно да се реже метал на машини на 2000 метра в минута.
Свойства на волфрам
Както всеки материал, волфрамът има свои собствени специални свойства, поради което попада в групата на стратегическите метали. Вече казахме, че едно от предимствата на този метал е високата огнеустойчивост. Поради това свойство материалът може да се използва за производството на нишки.
Точката на топене е 2500 градуса по Целзий . Но само с това качество положителните свойства на този материал не са ограничени. Той има и други предимства, които трябва да се споменат. Една от тях е висока якост, демонстрирана в условия на обикновени и повишени температури. Например, когато желязото и сплавите на него се нагряват до температура от 800 градуса по Целзий, силата намалява с коефициент 20. При същите условия, якостта на волфрам се намалява само три пъти. При условията на 1500 градуса по Целзий, силата на желязото на практика се свежда до нула, докато в волфрам тя е на нивото на желязото при обикновени температури.
Днес 80% от произвеждания в света волфрам се използва главно в производството на висококачествена стомана. Повече от половината от стоманите, използвани в машиностроителните предприятия, съдържат волфрам. Те ги използват като основен материал за турбинни части, скоростни кутии и също така използват такива материали за производството на компресорни машини. От инженерни стомани, съдържащи волфрам, произведени валове, зъбни колела, както и твърдо ковани ротори.
В допълнение, те се използват за производството на колянови валове, шайби. Добавянето към състава на инженерната стомана, в допълнение към волфрам и други легиращи елементи, повишава тяхната закаляемост. В допълнение, той дава възможност да се получи финозърнеста структура. Наред с това се увеличават и характеристиките като твърдост и сила в машиностроителните стомани.
При производството на топлоустойчиви сплави използването на волфрам е една от предпоставките. Необходимостта да се използва този конкретен метал се дължи на факта, че той е единственият, който е в състояние да издържа на значителни натоварвания при високи температури, превишаващи количеството на топене на желязо. Волфрамът и съединенията на базата на този метал са много издръжливи и имат добри показатели за еластичност. В това отношение те са по-добри от другите метали, които са включени в групата на огнеупорните материали.
минуси
Въпреки това, изброени предимствата на волфрам, трябва да се отбележат и недостатъците, които са присъщи на този материал .
Като основна, неговата ниска устойчивост на окисление може да се нарече при температурни условия над 700 градуса по Целзий. Следователно за материалите, изработени от волфрам, е необходимо допълнително да се осигури адекватна защита.- Друг недостатък на сплави на основата на волфрам е тяхната ниска пластичност при температури от 500 градуса по Целзий.
- Волфрамът е дефицитен материал, който също може да се счита за недостатък на този метал.
Волфрамът, който в момента се произвежда, съдържа торий в състава от 2%. Такава сплав се нарича ториран волфрам. Характеризира се с якост на опън от 70 MPa при температура от 2420 градуса по Целзий. Въпреки че стойността на този индикатор е ниска, отбелязваме, че само 5 метала заедно с волфрам не променят своето твърдо състояние при такава температура.
Тази група включва молибден, чиято точка на топене е 2625 градуса. Друг метал е технеций. Въпреки това е малко вероятно в близко бъдеще да се произвеждат сплави, основаващи се на него. Рений и тантал нямат висока якост при тези условия на температура. Следователно, волфрамът е единственият материал, който е в състояние да осигури достатъчна якост при високи температурни натоварвания. Заради това, че е сред оскъдните, ако има възможност да го замени, тогава производителите използват алтернатива.
Въпреки това, при производството на отделни компоненти няма материали, които биха могли да заменят напълно волфрама. Например, при производството на нишки от електрически крушки и аноди на DC дъгови лампи се използва само волфрам, тъй като просто няма подходящи заместители. Използва се и при производството на електроди за аргонова и атомно-водородна заварка. Също така използването на този материал е направено от нагревателен елемент, използван при условия от 2000 градуса по Целзий.
приложение
Волфрам и сплави, произведени на негова основа, се използват широко в различни индустрии. Те се използват в производството на авиационни двигатели, използвани в областта на ракетното производство, както и за производството на космически технологии. Използвайки тези сплави, в тези зони се правят струйни дюзи, които вкарват критични секции в ракетните двигатели. В допълнение, тези материали се използват като основен за производството на сплави на ракети.
Производството на сплави от този метал има една характеристика, която е свързана с огнеустойчивостта на този материал. При високи температури много метали променят състоянието си и се превръщат в газове или силно летливи течности. Следователно, за да се получат сплави, в които се съдържа волфрам, се използват методи на праховата металургия.
Такива методи включват пресоване на смес от метални прахове, последващо синтероване и по-нататъшното им излагане на дъговото топене, извършено в електродни пещи. В някои случаи синтерованото волфрамово прахообразно вещество се импрегнира допълнително с течен разтвор на някакъв друг метал. Така се използват псевдо-сплави от волфрам, мед и сребро, които се използват за контакти в електрически инсталации. В сравнение с мед дълготрайността на тези продукти е 6-8 пъти по-висока.
Този метал и сплави от него имат големи перспективи за по-нататъшно разширяване на обхвата на приложение. На първо място, трябва да се отбележи, че за разлика от никела, тези материали могат да работят на огнени граници. Използването на волфрам продукти вместо никел води до факта, че електроцентралите увеличават работните параметри. А това води до увеличаване на ефективността на оборудването . В допълнение, продукти на базата на волфрам лесно издържат на работа при тежки условия. По този начин можем с увереност да заявим, че групата волфрам ще продължи да оглавява групата на такива материали в близко бъдеще.
Волфрам в електротехниката
Волфрамът допринася за процеса на подобряване на електрическата лампа с нажежаема жичка. До 1898 г. в тези електрически осветителни устройства се използва въглищна нишка.
- лесно се правеше;
- производството му е евтино.
Единственият недостатък на въглищната нишка е, че той има кратък експлоатационен живот . След 1898 г. въглеродна нишка от лампи с нажежаема жичка има конкурент под формата на осмий. От 1903 г. тантал се използва за производство на електрически лампи. Въпреки това, през 1906 г. волфрамът замества тези материали и започва да се използва за производството на нишки за лампи с нажежаема жичка. Днес се използва в производството на модерни електрически крушки.
За да се осигури този материал с висока устойчивост на топлина, върху металната повърхност се нанася слой от рений и торий. В някои случаи нишката от волфрам се прави с добавка на рений. Това се дължи на факта, че при високи температури този метал започва да се изпарява и това води до факта, че нишката на този материал става по-тънка. Добавянето на рений към състава намалява ефекта на изпаряването с 5 пъти.
Днес волфрамът активно се използва не само в производството на електротехника, но и в различни военно-промишлени продукти . Неговото добавяне към оръжието за оръжие осигурява високоефективни материали от този тип. В допълнение, тя ви позволява да подобрите характеристиките на бронезащита, както и да направите по-ефективни бронебойни черупки.
заключение
Волфрамът е един от най-популярните материали, използвани в металургията. Добавянето му към състава на произведената стомана увеличава техните характеристики. Те стават по-устойчиви на топлинни натоварвания, а освен това температурата на топене се повишава, което е особено важно за продукти, използвани при екстремни условия при високи температури . Използването в производството на различно оборудване, продукти и компоненти, компоненти на този метал или сплави на базата на това позволява да се подобрят характеристиките на оборудването и да се повиши ефективността на тяхната работа.