Термин «тугоплавкий металл» используется для описания группы металлических элементов, которые имеют исключительно высокие температуры плавления и устойчивы к износу. коррозия, и деформация.
В промышленности термин тугоплавкий металл чаще всего относится к пяти наиболее часто используемым элементам:
- Молибден (Пн)
- Ниобий (Nb)
- Рений (Re)
- Тантал (Ta)
- Вольфрам (Вт)
Однако более широкие определения также включают менее часто используемые металлы:
- Хром (Cr)
- Гафний (Hf)
- Иридий (Ir)
- Осмий (Os)
- Родий (Rh)
- Рутений (Ru)
- Титана (Ti)
- Ванадий (V)
- Цирконий (Zr)
Характеристики
Отличительной чертой тугоплавких металлов является их термостойкость. Все пять промышленных тугоплавких металлов имеют температуру плавления выше 3632 ° F (2000 ° C).
Прочность тугоплавких металлов при высоких температурах в сочетании с их твердостью делает их идеальными для режущих и сверлильных инструментов.
Тугоплавкие металлы также очень устойчивы к тепловому удару, а это означает, что повторное нагревание и охлаждение не вызовет расширения, напряжения и растрескивания.
Все металлы обладают высокой плотностью (они тяжелые), а также хорошими электрическими и теплопроводными свойствами.
Еще одним важным свойством является их сопротивление ползучести, склонность металлов к медленной деформации под действием напряжения.
Благодаря своей способности образовывать защитный слой тугоплавкие металлы также устойчивы к коррозии, хотя они легко окисляются при высоких температурах.
Огнеупорные металлы и порошковая металлургия
Из-за их высоких температур плавления и твердости тугоплавкие металлы чаще всего обрабатываются в виде порошка и никогда не производятся путем литья.
Металлические порошки изготавливаются определенных размеров и форм, затем смешиваются для создания правильного сочетания свойств перед уплотнением и спеканием.
Спекание заключается в нагревании металлического порошка (в форме) в течение длительного периода времени. Под действием тепла частицы порошка начинают связываться, образуя твердую деталь.
Спекание может связывать металлы при температурах ниже их точки плавления, что является значительным преимуществом при работе с тугоплавкими металлами.
Карбидные порошки
Одно из первых применений многих тугоплавких металлов возникло в начале 20 века с разработкой цементированных карбидов.
Видияпервый коммерчески доступный карбид вольфрама был разработан Osram Company (Германия) и поступил на рынок в 1926 году. Это привело к дальнейшим испытаниям с такими же твердыми и износостойкими металлами, что в конечном итоге привело к разработке современных спеченных карбидов.
Продукты из карбидных материалов часто получают из смесей различных порошков. Этот процесс смешивания позволяет привнести полезные свойства из разных металлов, тем самым производя материалы, превосходящие то, что можно было бы создать из отдельного металла. Например, исходный порошок Widia состоял на 5-15% из кобальта.
Примечание. Дополнительные сведения о свойствах тугоплавких металлов см. В таблице внизу страницы.
Приложения
Сплавы и карбиды на основе тугоплавких металлов используются практически во всех основных отраслях промышленности, включая электроника, аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение, химическая промышленность, горнодобывающая промышленность, ядерные технологии, обработка металлов и протезирование.
Следующий список конечных применений тугоплавких металлов был составлен Ассоциацией тугоплавких металлов:
Вольфрамовый металл
- Нити накаливания, люминесцентные и автомобильные лампы
- Аноды и мишени для рентгеновских трубок
- Полупроводниковые опоры
- Электроды для дуговой сварки в инертном газе
- Катоды большой емкости
- Электроды для ксенона ламповые
- Автомобильные системы зажигания
- Ракетные сопла
- Электронные ламповые излучатели
- Тигли для переработки урана
- Нагревательные элементы и радиационные экраны
- Легирующие элементы в сталях и суперсплавах
- Армирование в композитах с металлической матрицей
- Катализаторы в химических и нефтехимических процессах
- Смазочные материалы
Молибден
- Легирующие добавки в чугун, сталь, нержавеющую сталь, инструментальные стали и суперсплавы на основе никеля.
- Шпиндели шлифовальных кругов высокой точности
- Металлизация распылением
- Плашки для литья под давлением
- Компоненты ракет и ракетных двигателей
- Электроды и стержни для перемешивания в производстве стекла
- Нагревательные элементы электропечи, лодки, тепловые экраны и футеровка глушителя
- Насосы для рафинирования цинка, желоба, клапаны, мешалки и колодцы для термопар
- Производство регулирующих стержней для ядерных реакторов
- Переключить электроды
- Опоры и поддержка для транзисторов и выпрямителей
- Нити накала и опорные провода для автомобильных фар
- Геттеры для вакуумных трубок
- Ракетные юбки, конусы и теплозащитные экраны
- Компоненты ракет
- Сверхпроводники
- Химико-технологическое оборудование
- Теплозащитные экраны в высокотемпературных вакуумных печах
- Легирующие добавки в ферросплавы и сверхпроводники
Цементированный карбид вольфрама
- Цементированный карбид вольфрама
- Режущий инструмент для обработки металлов
- Ядерное инженерное оборудование
- Инструмент для горного и нефтяного бурения
- Формовочные штампы
- Валки для формовки металла
- Направляющие ниток
Вольфрамовый тяжелый металл
- Втулки
- Седла клапана
- Лезвия для резки твердых и абразивных материалов
- Очки для шариковой ручки
- Пилы и сверла по камню
- Тяжелый металл
- Радиационные щиты
- Противовесы самолетов
- Противовесы для часов с автоподзаводом
- Механизмы балансировки воздушной камеры
- Балансировочные грузы для лопастей винта вертолетов
- Золотые вставки для булавы
- Тела дротиков
- Взрыватели вооружения
- Гашение вибрации
- Военная артиллерия
- Пули для дробовика
Тантал
- Электролитические конденсаторы
- Теплообменники
- Байонетные нагреватели
- Колодцы для термометров
- Нити для вакуумных трубок
- Химико-технологическое оборудование
- Компоненты высокотемпературных печей
- Тигли для работы с расплавленным металлом и сплавами
- Режущие инструменты
- Компоненты авиакосмического двигателя
- Хирургические имплантаты
- Добавка сплава в суперсплавы
Физические свойства тугоплавких металлов
| Тип | Единица измерения | Пн | Та | Nb | W | Rh | Zr |
| Типичная коммерческая чистота | 99.95% | 99.9% | 99.9% | 99.95% | 99.0% | 99.0% | |
| Плотность | см / куб. | 10.22 | 16.6 | 8.57 | 19.3 | 21.03 | 6.53 |
| фунты / дюйм2 | 0.369 | 0.60 | 0.310 | 0.697 | 0.760 | 0.236 | |
| Температура плавления | Цельсий | 2623 | 3017 | 2477 | 3422 | 3180 | 1852 |
| ° F | 4753.4 | 5463 | 5463 | 6191.6 | 5756 | 3370 | |
| Точка кипения | Цельсий | 4612 | 5425 | 4744 | 5644 | 5627 | 4377 |
| ° F | 8355 | 9797 | 8571 | 10,211 | 10,160.6 | 7911 | |
| Типичная твердость | DPH (Виккерс) | 230 | 200 | 130 | 310 | -- | 150 |
| Теплопроводность (при 20 ° C) | кал / см2/cm°C/sec | -- | 0.13 | 0.126 | 0.397 | 0.17 | -- |
| Коэффициент температурного расширения | ° C x 10 -6 | 4.9 | 6.5 | 7.1 | 4.3 | 6.6 | -- |
| Электрическое сопротивление | Микро-Ом-см | 5.7 | 13.5 | 14.1 | 5.5 | 19.1 | 40 |
| Электрическая проводимость | % IACS | 34 | 13.9 | 13.2 | 31 | 9.3 | -- |
| Прочность на растяжение (KSI) | Окружающий | 120-200 | 35-70 | 30-50 | 100-500 | 200 | -- |
| 500 ° С | 35-85 | 25-45 | 20-40 | 100-300 | 134 | -- | |
| 1000 ° С | 20-30 | 13-17 | 5-15 | 50-75 | 68 | -- | |
| Минимальное удлинение (калибр 1 дюйм) | Окружающий | 45 | 27 | 15 | 59 | 67 | -- |
| Модуль упругости | 500 ° С | 41 | 25 | 13 | 55 | 55 | |
| 1000 ° С | 39 | 22 | 11.5 | 50 | -- | -- |
Источник: http://www.edfagan.com