Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!
Volfram također spada u skupinu metala s visokim indeksima vatrostalnosti. U Švedskoj ga je otkrio kemičar Scheele. On je prvi uspio 1781. godine iz mineralne volframita izvući oksid nepoznatog metala. Čistu volfram je znanstvenik dobio nakon 3 godine.
opis
Volfram pripada grupi materijala koji se često koriste u raznim industrijama. Označava se slovom W i ima periodični broj 74 u periodnom sustavu, a karakterizira ga svijetlosiva boja. Jedna od njegovih karakteristika je visoka vatrostalnost. Točka taljenja volframa je 3380 stupnjeva Celzija. Ako ga uzmemo s gledišta primjene, tada su najvažnije osobine ovog materijala:
- gustoća;
- točka taljenja;
- električni otpor;
- koeficijent linearnog širenja.
Izračunavajući svoje karakteristične kvalitete potrebno je odabrati točku visokog vrenja, koja se nalazi na razini od 5.900 stupnjeva Celzija . Još jedna značajka je niska stopa isparavanja. Nizak je čak iu temperaturnim uvjetima od 2000 stupnjeva Celzija. Takvim svojstvom kao što je električna vodljivost, ovaj metal je 3 puta veći od takve uobičajene legure, poput bakra.
Čimbenici koji ograničavaju uporabu volframa
Postoje brojni čimbenici koji ograničavaju korištenje ovog materijala:
- visoka gustoća;
- značajna sklonost lomu pri niskim temperaturama;
- niska otpornost na oksidaciju.
Volfram je po izgledu sličan običnom čeliku . Njegova glavna upotreba uglavnom se odnosi na proizvodnju legura s visokim karakteristikama čvrstoće. Taj se metal može obraditi, ali samo ako je zagrijan. Ovisno o vrsti odabranog tretmana, grijanje se izvodi na određenoj temperaturi. Na primjer, ako je zadatak krivotvoriti volframove šipke, onda se radni komad mora prethodno zagrijati na temperaturu od 1450-1500 stupnjeva Celzija.
Više od 100 godina volfram se ne koristi u industrijske svrhe. Njegova uporaba u proizvodnji različitih tehnika bila je ograničena visokom točkom taljenja.
Početak njegove industrijske primjene povezan je s godinom 1856., kada je prvi put korišten za legiranje tipova alatnog čelika. Tijekom proizvodnje počeli su dodavati volfram ukupnog udjela do 5%. Prisutnost ovog metala u čeliku omogućila nam je povećanje brzine rezanja na strojevima za okretanje od 5 do 8 m u minuti .
Razvoj industrije u drugoj polovici XIX. Stoljeća karakterizira aktivan razvoj industrije alatnih strojeva. Potražnja za opremom stalno raste iz godine u godinu, što je zahtijevalo od proizvođača strojeva da dobiju kvalitativne karakteristike strojeva, a uz povećanje radne brzine. Prvi impuls za poboljšanje brzine rezanja bio je uporaba volframa.
Već početkom 20. stoljeća brzina rezanja povećana je na 35 metara u minuti . To je postignuto dopiranjem čelika ne samo volframom, već i drugim elementima:
- molibden;
- kroma;
- vanadij.
Nakon toga se brzina rezanja na strojevima povećala na 60 metara u minuti. No, unatoč tako visokim stopama, stručnjaci su shvatili da postoji mogućnost za poboljšanje ove značajke. Na koji način odlučite povećati brzinu rezanja, stručnjaci još dugo nisu razmišljali. Oni pribjegavaju uporabi volframa, ali već u obliku karbida u jedinstvu s drugim metalima i njihovim vrstama. Trenutno je uobičajeno rezanje metala na strojevima s brzinom od 2000 metara u minuti.
Svojstva volframa
Kao i svaki materijal, volfram ima svoja posebna svojstva, zbog čega spada u skupinu strateških metala. Već smo rekli da je jedna od prednosti ovog metala visoka vatrostalnost. Zbog tog svojstva materijal se može koristiti za proizvodnju filamenata.
Njegova točka taljenja je 2500 stupnjeva Celzija . Ali samo s tom kvalitetom pozitivna svojstva ovog materijala nisu ograničena. On ima i druge prednosti koje treba spomenuti. Jedna od njih je visoka čvrstoća, pokazana u uvjetima obične i povišene temperature. Na primjer, kada se željezo i legure na njemu zagrijavaju na temperaturu od 800 stupnjeva Celzija, čvrstoća se smanjuje za 20 puta. U istim uvjetima jakost volframa se smanjuje samo tri puta. U uvjetima od 1500 stupnjeva Celzijusa, čvrstoća željeza praktički se svodi na nulu, dok je u volframu na razini željeza pri uobičajenim temperaturama.
Danas se 80% volframa proizvedenog u svijetu uglavnom koristi u proizvodnji visokokvalitetnog čelika. Više od polovice vrsta čelika koje koriste strojevi za proizvodnju strojeva sadrže volfram. Koriste ih kao glavni materijal za dijelove turbina, mjenjače, te koriste takve materijale za proizvodnju kompresorskih strojeva. Od inženjerskih čelika koji sadrže volfram, proizvedena osovina, zupčanici, kao i čvrsti kovani rotor.
Osim toga, oni se koriste za proizvodnju koljenastih vratila, klipnjača. Dodavanje sastava inženjerskog čelika, osim volframa i drugih legirajućih elemenata, povećava njihovu otvrdnjivost. Osim toga, pruža mogućnost dobivanja fino zrnate strukture. Uz to se povećavaju karakteristike kao što su tvrdoća i čvrstoća u strojno građenim čelicima.
U proizvodnji legura otpornih na toplinu, uporaba volframa je jedan od preduvjeta. Potreba za uporabom ovog metala je posljedica činjenice da je jedini koji može izdržati značajna opterećenja pri visokim temperaturama koje prelaze količinu taljenja željeza. Volfram i spojevi na bazi ovog metala su vrlo izdržljivi i imaju dobre pokazatelje elastičnosti. U tom smislu, oni su superiorniji u odnosu na druge metale koji su uključeni u skupinu vatrostalnih materijala.
kontra
Međutim, nabrajajući prednosti volframa, treba napomenuti i nedostatke koji su svojstveni ovom materijalu .
Njihovu nisku otpornost na oksidaciju moguće je nazvati glavnom, pri temperaturnim uvjetima iznad 700 stupnjeva Celzija. Stoga je za materijale od volframa potrebno dodatno osigurati odgovarajuću zaštitu.- Drugi nedostatak legura na bazi volframa je njihova niska duktilnost na temperaturama od 500 stupnjeva Celzija.
- Volfram je manjkav materijal koji se također može smatrati nedostatkom ovog metala.
Volfram, koji se trenutno proizvodi, sadrži torij u sastavu od 2%. Takva legura se naziva torirana volfram. Karakterizira ga vlačna čvrstoća od 70 MPa pri temperaturi od 2420 stupnjeva Celzija. Iako je vrijednost ovog indikatora niska, napominjemo da samo 5 metala zajedno s volframom ne mijenja svoje kruto stanje na takvoj temperaturi.
Ova skupina uključuje molibden, čija je točka taljenja 2625 stupnjeva. Drugi metal je tehnecij. Međutim, malo je vjerojatno da će se legure na temelju toga proizvesti u bliskoj budućnosti. Renij i tantal nemaju visoku čvrstoću u ovim temperaturnim uvjetima. Stoga je volfram jedini materijal koji može osigurati dovoljnu čvrstoću na visokim temperaturnim opterećenjima. Iz razloga što je među oskudnim, ako postoji mogućnost da ga zamijeni, tada proizvođači koriste alternativu.
Međutim, u proizvodnji pojedinih komponenti ne postoje materijali koji bi u potpunosti mogli zamijeniti volfram. Primjerice, u proizvodnji filamenata električnih žarulja i anoda lampe s istosmjernom lukom, koristi se samo volfram, jer jednostavno nema odgovarajućih zamjena. Također se koristi u proizvodnji elektroda za zavarivanje argonom i atomskim vodikom. Također se koristi i ovaj materijal od grijaćeg elementa koji se koristi u uvjetima od 2000 stupnjeva Celzija.
primjena
Volfram i legure proizvedene na bazi široko se koriste u raznim industrijama. Koriste se u proizvodnji zrakoplovnih motora, koji se koriste na području proizvodnje raketa, kao i za proizvodnju svemirske tehnologije. Pomoću tih legura u ovim se područjima izrađuju mlazne mlaznice, koje ubacuju kritične dijelove u raketne motore. Osim toga, ovi materijali se koriste kao glavni za proizvodnju legura raketa.
Proizvodnja legura ovog metala ima jednu značajku koja je povezana s vatrostalnošću ovog materijala. Pod visokim temperaturama, mnogi metali mijenjaju svoje stanje i pretvaraju se u plinove ili visoko hlapljive tekućine. Stoga se za dobivanje legura, u kojima je prisutan volfram, koriste metode praškaste metalurgije.
Takve metode uključuju prešanje mješavine metalnog praha, naknadno sinteriranje, te njihovo daljnje izlaganje taljenju luka u pećima s elektrodama. U nekim slučajevima sinterovani volframov prah se dodatno impregnira s tekućom otopinom nekog drugog metala. Tako se koriste pseudo-legure od volframa, bakra i srebra, koje se koriste za kontakte u električnim instalacijama. U usporedbi s bakrom, trajnost takvih proizvoda je 6-8 puta veća.
Taj metal i njegove legure imaju velike izglede za daljnje širenje područja primjene. Prije svega, treba napomenuti da, za razliku od nikla, ti materijali mogu raditi na vatrenim granicama. Uporaba volframovih proizvoda umjesto nikla dovodi do činjenice da elektrane povećavaju radne parametre. A to dovodi do povećanja učinkovitosti opreme . Osim toga, proizvodi na bazi volframa lako mogu izdržati rad u teškim uvjetima. Tako možemo sa sigurnošću izjaviti da će grupa volframa nastaviti voditi skupinu takvih materijala u bliskoj budućnosti.
Volfram u elektrotehnici
Volfram je pridonio procesu poboljšanja električne žarulje sa žarnom niti. Do 1898. godine u ovim je uređajima za električnu rasvjetu korišten ugljeni filament.
- bilo ju je lako napraviti;
- njegova je proizvodnja bila jeftina.
Jedini nedostatak ugljenog filamenta bio je taj što je imao kratak vijek trajanja . Nakon 1898. godine ugljična nit svjetiljke sa žarnom niti imala je konkurenta u obliku osmija. Počevši od 1903., tantal se koristio za proizvodnju električnih svjetiljki. Međutim, 1906. godine volfram je zamijenio te materijale i počeo se koristiti za proizvodnju filamenata za žarulje sa žarnom niti. Danas se koristi u proizvodnji modernih žarulja.
Kako bi se osigurao visok otpornost na toplinu, na površinu metala nanosi se sloj renija i torija. U nekim slučajevima, filament volframa se proizvodi s dodatkom renija. To je zbog činjenice da na visokim temperaturama, ovaj metal počinje isparavati, a to dovodi do činjenice da nit ovog materijala postaje tanja. Dodavanje renija sastavu smanjuje učinak isparavanja za 5 puta.
Danas se volfram aktivno koristi ne samo u proizvodnji elektrotehnike, već iu raznim vojno-industrijskim proizvodima . Njegov dodatak pištolju čelika pruža visoku učinkovitost materijala ovog tipa. Osim toga, to vam omogućuje da poboljšate značajke zaštite oklopa, kao i da učinkovitije oklop-piercing školjke.
zaključak
Volfram je jedan od najpopularnijih materijala koji se koristi u metalurgiji. Dodavanje u sastav proizvedenog čelika povećava njihove karakteristike. Postaju otporniji na toplinska opterećenja, a uz to raste i temperatura topljenja, što je posebno važno za proizvode koji se koriste u ekstremnim uvjetima pri visokim temperaturama . Upotreba u proizvodnji raznovrsne opreme, proizvoda i komponenti, komponenti tog metala ili legura na temelju toga omogućuje poboljšanje karakteristika opreme i povećanje učinkovitosti njihovog rada.