Ajutați dezvoltarea site -ului, împărtășind articolul cu prietenii!

Tungstenul face parte, de asemenea, din grupul de metale caracterizat prin indici de refracție ridicat. A fost descoperit în Suedia de un chimist numit Scheele. A fost cel care a reușit mai întâi în 1781 să extragă un oxid de metal necunoscut din wolframita minerală. Tungsten pur a fost obținut de către om de știință după 3 ani.

descriere

Tungsten aparține grupului de materiale care sunt adesea folosite în diferite industrii. Este marcat cu litera W și are un număr de ordine 74 în tabelul periodic, caracterizat printr-o culoare gri deschis. Una dintre calitățile sale caracteristice este refractarea ridicată. Punctul de topire al tungstenului este de 3380 grade Celsius. Dacă o considerăm din punct de vedere al aplicării, atunci cele mai importante calități ale acestui material sunt:

  • densitate;
  • punctul de topire;
  • rezistența electrică;
  • coeficient de dilatare liniară.

Calculând calitățile sale caracteristice, este necesar să selectați un punct de fierbere ridicat, care este situat la un nivel de 5900 de grade Celsius . O altă caracteristică a acesteia este rata scăzută de evaporare. Este scăzută chiar și în condiții de temperatură de 2000 de grade Celsius. Prin această proprietate ca conductivitatea electrică, acest metal este de 3 ori mai mare decât un aliaj obișnuit, cum ar fi cuprul.

Factorii care limitează utilizarea tungstenului

Există o serie de factori care limitează utilizarea acestui material:

  • densitate mare;
  • tendință semnificativă de rupere la temperaturi scăzute;
  • rezistență redusă la oxidare.

Tungstenul este similar în aparență cu oțelul obișnuit . Utilizarea sa principală este legată, în principal, de producerea de aliaje cu caracteristici de înaltă rezistență. Acest metal poate fi procesat, dar numai dacă este preîncălzit. În funcție de tipul de tratament ales, încălzirea se efectuează la o anumită temperatură. De exemplu, dacă sarcina este de a forja tijele de tungsten, atunci piesa de prelucrat trebuie preîncălzită la o temperatură de 1450-1500 grade Celsius.

De peste 100 de ani, tungstenul nu a fost utilizat în scopuri industriale. Utilizarea sa în producerea de diferite tehnici a fost limitată de punctul său de topire ridicat.

Începutul aplicării sale industriale este asociat cu anul 1856, când a fost folosit prima dată pentru a obține oțeluri din oțel de aliat. În timpul producției lor, au început să adauge tungsten cu o fracție totală de până la 5%. Prezența acestui metal în oțel ne-a permis să creștem viteza de tăiere la mașinile de strunjire de la 5 la 8 m pe minut .

Dezvoltarea industriei în a doua jumătate a secolului al XIX-lea se caracterizează prin dezvoltarea activă a industriei mașinilor-unelte. Cererea de echipamente a crescut constant în fiecare an, ceea ce a determinat constructorii de mașini să obțină caracteristicile de calitate ale mașinilor și, pe lângă creșterea vitezei lor de lucru. Primul impuls în îmbunătățirea vitezei de tăiere a fost utilizarea de tungsten.

Deja la începutul secolului XX, viteza de tăiere a fost mărită la 35 de metri pe minut . Acest lucru sa realizat prin doparea cu oțel nu numai cu tungsten, dar și cu alte elemente:

  • molibden;
  • crom;
  • vanadiu.

Ulterior, viteza de tăiere a mașinilor a crescut la 60 de metri pe minut. Dar, în ciuda ratelor ridicate, experții au înțeles că există o oportunitate de a îmbunătăți această caracteristică. Ce modalitate de a alege pentru a crește viteza de tăiere, experții nu s-au gândit pentru o lungă perioadă de timp. Ei au recurs la utilizarea de tungsten, dar deja sub formă de carburi în combinație cu alte metale și tipurile lor. În prezent, este destul de obișnuit tăierea metalelor pe mașini la 2000 de metri pe minut.

Proprietăți de tungsten

Ca orice material, tungsten are propriile proprietăți speciale, datorită cărora a intrat în grupul de metale strategice. Am spus deja că unul dintre avantajele acestui metal este refractarea ridicată. Din cauza acestei proprietăți, materialul poate fi utilizat pentru fabricarea filamentelor.

Punctul său de topire este la 2500 de grade Celsius . Dar numai cu această calitate proprietățile pozitive ale acestui material nu sunt limitate. Are și alte avantaje care ar trebui menționate. Una dintre ele este de înaltă rezistență, demonstrată în condiții de temperaturi obișnuite și ridicate. De exemplu, atunci când fierul și aliajele bazate pe acesta sunt încălzite la o temperatură de 800 grade Celsius, puterea scade cu un factor de 20. În aceleași condiții, rezistența tungstenului este redusă de numai trei ori. În condițiile de 1500 de grade Celsius, puterea fierului este practic redusă la zero, în timp ce în tungsten este la nivelul fierului la temperaturi obișnuite.

Astăzi, 80% din tungstenul produs în lume este utilizat în principal în fabricarea oțelului de înaltă calitate. Mai mult de jumătate din clasele de oțel utilizate de întreprinderile de construcție a mașinilor conțin tungsten. Ei le folosesc ca material principal pentru piese de turbină, cutii de viteze și, de asemenea, utilizează astfel de materiale pentru fabricarea de mașini compresoare. De la oțeluri de inginerie care conțin tungsten, arbori fabricați, roți dințate, precum și rotor forjat solid.

În plus, ele sunt utilizate pentru fabricarea arborilor cotiți, tije de legătură. Adăugarea la compoziția oțelului ingineric, în plus față de tungsten și alte elemente de aliere, crește rezistența lor. În plus, oferă posibilitatea de a obține o structură cu granulație fină. Împreună cu acestea, caracteristicile precum duritatea și creșterea rezistenței la oțelurile de construcții de mașini produse.

În producerea de aliaje rezistente la căldură, utilizarea tungstenului este una dintre condițiile prealabile. Nevoia de a utiliza acest metal particular se datorează faptului că acesta este singurul care poate suporta sarcini semnificative la temperaturi ridicate care depășesc cantitatea de topire a fierului. Tungstenul și compușii pe bază de acest metal sunt foarte rezistenți și au indicatori de elasticitate. În acest sens, ele sunt superioare altor metale care sunt incluse în grupul de materiale refractare.

contra

Cu toate acestea, enumerând avantajele de tungsten, ar trebui să fie remarcat și dezavantaje, care sunt inerente în acest material .

  • Ca și cea principală, este posibil să numim rezistența scăzută la oxidare în condiții de temperatură de peste 700 de grade Celsius. Prin urmare, pentru materialele fabricate din tungsten, este necesar să se asigure în plus o protecție adecvată.
  • Un alt dezavantaj al aliajelor pe bază de tungsten este ductilitatea lor scăzută la temperaturi de 500 grade Celsius.
  • Tungstenul este un material deficient, care poate fi de asemenea considerat un dezavantaj al acestui metal.

Tungstenul, care este produs în prezent, conține toriu în compoziția de 2%. Un astfel de aliaj se numește tungsten thoriat. Se caracterizează printr-o rezistență la tracțiune de 70 MPa la o temperatură de 2420 de grade Celsius. Deși valoarea acestui indicator este scăzută, observăm că numai 5 metale împreună cu tungsten nu își schimbă starea solidă la o asemenea temperatură.

Acest grup include molibdenul, al cărui punct de topire este 2625 de grade. Un alt metal este technețiu. Cu toate acestea, este puțin probabil ca aliajele bazate pe acesta să fie produse în viitorul apropiat. Reniul și tantalul nu au rezistență ridicată în aceste condiții de temperatură. Prin urmare, tungstenul este singurul material care poate oferi o rezistență suficientă la sarcini de temperatură ridicată. Din cauza faptului că se află printre rarități, dacă există o posibilitate de a le înlocui, atunci producătorii folosesc o alternativă la acesta.

Cu toate acestea, în producția de componente individuale nu există materiale care ar putea înlocui complet tungstenul. De exemplu, în fabricarea filamentelor cu becuri electrice și anoduri de lămpi cu arc DC, se utilizează numai tungsten, deoarece nu există pur și simplu substituenți adecvați. Se utilizează, de asemenea, la fabricarea de electrozi pentru sudarea cu arc argon și cu hidrogen atomic. De asemenea, utilizarea acestui material este făcută dintr-un element de încălzire utilizat în condiții de la 2000 de grade Celsius.

cerere

Tungsten și aliaje fabricate pe baza sa sunt utilizate pe scară largă în diverse industrii. Ele sunt folosite la fabricarea motoarelor de avioane, utilizate în domeniul producerii de rachete, precum și pentru producția de tehnologie spațială. Folosind aceste aliaje, în aceste zone sunt realizate duze de jet, care introduc secțiuni critice în motoarele cu rachete. În plus, aceste materiale sunt utilizate ca principale pentru fabricarea aliajelor de rachete.

Producția de aliaje din acest metal are o caracteristică care este asociată cu refractarea acestui material. La temperaturi ridicate, multe metale își schimbă starea și se transformă în gaze sau în lichide foarte volatile. Prin urmare, pentru a obține aliaje, în care este prezent tungsten, se utilizează metode de metalurgie a pulberilor.

Astfel de metode implică presarea unui amestec de pulberi metalice, sinterizarea ulterioară și expunerea acestora la topirea arcurilor realizate în cuptoarele cu electrozi. În unele cazuri, pudra de tungsten sinterizat este în plus impregnată cu o soluție lichidă de alt metal. Astfel se utilizează pseudo-aliaje din wolfram, cupru și argint, care sunt folosite pentru contacte în instalațiile electrice. Comparativ cu cuprul, durabilitatea acestor produse este de 6-8 ori mai mare.

Acest metal și aliajele sale au mari perspective de extindere a domeniului de aplicare. Mai întâi de toate, trebuie remarcat faptul că, spre deosebire de nichel, aceste materiale pot funcționa pe granițe de foc. Utilizarea produselor din wolfram în loc de nichel duce la faptul că centralele electrice cresc parametrii de funcționare. Și aceasta conduce la o creștere a eficienței echipamentului . În plus, produsele pe bază de tungsten rezistă cu ușurință la funcționare în condiții dure. Astfel, putem spune cu încredere că grupul de tungsten va continua să conducă grupul de astfel de materiale în viitorul apropiat.

Tungsten în inginerie electrică

Tungsten a contribuit la procesul de îmbunătățire a lămpii electrice incandescente. Până în 1898, filamentul de cărbune a fost utilizat în aceste dispozitive electrice de iluminat.

  • era ușor de făcut;
  • producția sa era ieftină.

Singurul dezavantaj al filamentului de cărbune a fost faptul că avea o durată de viață scurtă. După anul 1898, un filament de carbon cu lămpi cu incandescență avea un concurent sub formă de osmiu. Începând cu 1903, tantal a fost utilizat pentru a produce lămpi electrice. Cu toate acestea, în 1906, tungstenul a înlocuit aceste materiale și a început să fie utilizat pentru fabricarea filamentelor pentru lămpile cu incandescență. Se utilizează astăzi în fabricarea becurilor moderne.

Pentru a furniza acestui material o rezistență ridicată la căldură, un strat de reniu și toriu este aplicat pe suprafața metalică. În unele cazuri, filamentul de tungsten se face cu adăugarea de reniu. Acest lucru se datorează faptului că, la temperaturi ridicate, acest metal începe să se evapore, ceea ce duce la faptul că firul acestui material devine mai subțire. Adăugarea de reniu la compoziție reduce efectul evaporării de 5 ori.

În prezent, tungstenul este utilizat în mod activ nu numai în producția de inginerie electrică, dar și în diferite produse militaro-industriale . Adăugarea sa la oțelul cu arme asigură materiale de înaltă eficiență de acest tip. În plus, vă permite să îmbunătățiți caracteristicile de protecție a armurii, precum și de a face mai eficiente arme-piercing scoici.

concluzie

Tungsten este unul dintre cele mai populare materiale utilizate în metalurgie. Adăugarea acesteia la compoziția oțelului produs îmbunătățește caracteristicile acestora. Ele devin mai rezistente la sarcinile termice și, în plus, crește temperatura de topire, ceea ce este deosebit de important pentru produsele folosite în condiții extreme la temperaturi ridicate . Utilizarea în producția de diverse echipamente, produse și componente, componente ale acestui metal sau aliaje bazate pe acesta permite îmbunătățirea caracteristicilor echipamentului și creșterea eficienței muncii lor.

Ajutați dezvoltarea site -ului, împărtășind articolul cu prietenii!