Aniks-lift.ru

Подъемное оборудование
71 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Вольфрам и его характеристики

Вольфрам и его характеристики

По распространенности в земной коре [0,007% (масс.)] вольфрам уступает хрому, но превосходит молибден. Природные соединения вольфрама в большинстве случаев представляют собой вольфраматы – соли вольфрамовой кислоты H2WO4. Так, важнейшая вольфрамовая руда – вольфрамит – состоит из вольфраматов железа и марганца. Часто встречается также минерал шеелит CaWO4.

Вольфрам – тяжелый белый металл (рис. 1) плотностью 19,3 г/см 3 . Его температура плавления (около 3400 o С), выше, чем температура плавления всех других металлов. Вольфрам можно сваривать и вытягивать в тонкие нити.

Вольфрам. Внешний вид и его характеристики

Рис. 1. Вольфрам. Внешний вид.

Вольфрам — это металл светло-серого цвета с характерным блеском, напоминает платину. Особенность данного элемента заключается в тугоплавкости. Стоит отметить ряд и иных важных свойств.

Физические

Так, металл отличается самой высокой температурой плавления в 3420 °C и кипения в 5555 °C. Также для него характерно следующее:

  • плотность вольфрама без примесей составляет 19,25 г/см³;
  • имеет повышенную устойчивость к изменениям в вакууме;
  • оценка твердости по Бринеллю выражается значением 488 кг/мм²;
  • высокая тепло- и электропроводность;
  • парамагнетик;
  • поддается ковке при температуре в 1,6 тысячи градусов по Цельсию.

Металл по достоинству признается как один из самых тяжелых и твердых.

Оптические

Что касается оптической характеристики, то вольфрам по принятому типу считается изотропным. При рассмотрении по плеохроизму — не плеохроирует. Также он не является флюоресцентным.

Кристаллографические

Металл относят к пространственной категории Im3m с кубической сингонией и гексаоктаэдральной точечной группой.

Вольфрам

Температура плавления вольфрама: точное значение + технология плавки

1) Какова температура плавления вольфрама?

К тепловым параметрам можно отнести сразу несколько показателей химического элемента – удельную теплоту плавления, удельную теплоту испарения, температуру плавления и температуру кипения. Начнем с основного значения для промышленного использования металл – температура плавления вольфрама составляет 3 422 градуса по Цельсию или 3895 по Кельвину и 6 192 по Фаренгейту.

opredelenie-temperatury-plavlenija-volframa

Важно: температура плавления сплавов вольфрама может отличаться от базового значения для чистого вещества в пределах 30%-40%, что накладывает определённые ограничения на области применения металлических веществ в некоторых областях промышленности.

Температура кипения вольфрама еще выше, и тяжела для понимания рядового человека – 5 555 градусов Цельсия или 5 828 Кельвина (10 031 Фаренгейта). Удельная теплота испарения 4 482 килоджоуля деленных на килограмм, а удельная теплота плавления – 286 килоджоулей на килограмм.

Где и как добыть вольфрам в бытовых приборах и другом оборудовании?

2) Промышленная технология производства и плавления вольфрама

Вольфрам расположен в списке редких металлов, куда входит также рубидий, молибден и прочие элементы. Большинство месторождений образовано из оксидов . Если рассчитать долевое содержание в рудах чистого вольфрама, то получится не более 2%, а в 90% случаев это значение вообще меньше единицы.

Обратите внимание: из-за высокой температуры плавления + химической стойкости элемента, его добыча в домашних условиях невозможна.

С целью добычи чистого вещества применяются специфичные методики, основанные на восстановительных процессах из оксидов. Напрямую с руды получить вольфрам не получится. Промежуточным этапом является переработка на химсоединения и дальнейшее обогащение. Шаги изготовления вольфрамового порошка описаны в таблице ниже.

Читайте так же:
Газовая колонка рейтинг надежности отзывы
ШагСутьОписание особенностей
1.ОбогащениеМинеральные руды элемента обогащают путем флотации, гравитации и сепарации. Итогом становится концентрированное соединение, где доля триоксида вольфрама составит от 53% до 66%. При обогащении параллельно происходит контроль долевого вхождения сопутствующих процессам примесей – меди, олова, висмута и прочих металлов.
2.Извлечение ангидрида из концентратовПолученный при обогащении триоксид вольфрама становится сырьем для изготовления высококонцентрированного металлического вольфрама либо его карбидной разновидности. Итоговая доля оксида вольфрама составит выше 99%. Для получения результата концентрат разлагают химическим путем, потом происходит выщелачивание и обработка до вольфрамовой технической кислоты.
3.Изготовление порошкаКонцентрат с высокой долей вольфрама восстанавливают посредством углерода/водорода, и в итоге получается металлический порошок вольфрама. Метод восстановления через углерод менее популярен, ибо в процессе происходит образование карбидов, которые негативно сказываются на физических свойствах готового порошка вольфрама. Благодаря контролю химсостава производитель способен по желанию менять размер с формой зерен, или даже сразу переводить порошок в гранулы.
4.Изготовление вольфрама компактного типаЗдесь уже из готового порошка формируются болванки для будущих изделий. Форма болванок – прутки, шарики/крупные гранулы или слитки.

В отношении плавки вольфрама, то здесь существует 2 технологии – порошковый метод и непосредственно расплавление. Второй способ в качестве основного оборудования использует электрические печи дугового типа, имеющие расходуемые электроды.

plavlenie-volframa

Порошковая технология, более распространенная в мире, ибо она дает возможность предельно точно распределять вхождение присадок в вольфрамовые сплавы. У изначального сырья имеется ряд базовых требований по качеству, главным из которых является содержание примесей менее 0.05%.

Получение компактного вольфрама порошковым способом:

  1. Порошковый вольфрам прессуют в прямоугольные параллелепипеды.
  2. Заготовки спекают при низких (сравнительно низких для вольфрама) температурах.
  3. Повторное спекание заготовок по типу сварки.
  4. Механическая обработка заготовок для получения полуфабрикатных элементов, таких как прутки, слитки и проволока.

Получаемые в процесс прессовки штабики имеют низкий запас пластичности, потому, для ковки используется влияние высоких температур. Оговоренный метод не дает возможности делать из вольфрама заготовки крупных габаритов, что накладывает на производство значительные ограничения. Альтернатива – гидростатическое прессование. Способ позволяет получать не только габаритные заготовки, но и детали неправильной формы. Получаемые элементы отличаются высокой плотностью + не имеют трещин или других дефектов производства.

plavka-volframa

Плавка использоваться также для получения болванок весом от 400 кг и выше. Основные детали, для производства которых используется метод плавки – трубы и изделия сложной формы, что можно получить исключительно методом литья.

Правила плавки вольфрама:

  • использование только специализированного оборудования;
  • электродами служат или пакеты спеченных штабиков, либо заготовки, полученные путем гидростатического прессования;
  • плавить вольфрам можно только в вакууме или разреженной водородной атмосфере;
  • перед помещением в электрическую дуговую печь, вольфрам подвергается плавке в электронно-лучевой печи. Оговоренные действия необходимы для уменьшения кристаллической структуры вещества.

Итогом плавки становятся слитки вольфрама крупно или мелкозернистой структуры. Если производство требует исключительно мелкозернистые слитки металла, используется дуговая гарнисажная плавка, с последующим разливом вольфрама в изложницу.

Что можно вынести из сказанного выше? Температура плавления вольфрама не позволяет его добывать дома –это технологически сложный процесс, требующий знаний и навыков. При желании, можно воспользоваться заготовками компактного вольфрама, и выковать необходимую деталь на заказ или собственноручно.

Вольфрам

ПРУТКИ ВОЛЬФРАМОВЫЕ
Лист вольфрамовыйЛИСТ ВОЛЬФРАМОВЫЙ
Вольфрамовая проволокаПРОВОЛОКА ВОЛЬФРАМОВАЯ
ВОЛЬФРАМОВЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ПО ГОСТЭЛЕКТРОДЫ ВОЛЬФРАМОВЫЕ ПО ГОСТ
ВОЛЬФРАМОВАЯ ФОЛЬГАВОЛЬФРАМОВАЯ ФОЛЬГА
ЭЛЕКТРОДЫ ВОЛЬФРАМОВЫЕ (ИМПОРТНЫЕ)
Проволока термопарная вольфрам-рениеваяПРОВОЛОКА ВР5/20
ПРОВОЛОКА ВОЛЬФРАМОВАЯ (НИТЕВАЯ)
Вольфрамовый порошокПОРОШОК ВОЛЬФРАМОВЫЙ
Вольфрамовый штабикШТАБИК ВОЛЬФРАМОВЫЙ

Основные сведения

Вольфрам (W) (Wolframium) — химический элемент с атомным номером 74 в периодической системе. Плотность 19,3 г/см 3 , tпл. = 3422°С, tкип. = 5900°С. Главные минералы — вольфрамит и шеелит. Вольфрам — наиболее тугоплавкий металл серебристо-серого цвета очень твердый и плотный. При взаимодействии с кислородом тускнеет, образуя защитное оксидное покрытие. В форме порошка вольфрам серого цвета.

История открытия

Название вольфрам произошло от вольфрамовой руды, которая теперь называется шеелит . В 1750 году этот тяжелый минерал был обнаружен на железном руднике Биспберга в шведской провинции Далекарлия. Первым человеком, который упомянул минерал, был Аксель Фредерик Кронштедт в 1757 году, который назвал его вольфрамом <состоящим из двух шведских слов: тун (тяжелый) и стен (камень)> из-за его плотности.

В 1781 году выдающийся шведский химик Карл Вильгельм Шееле опубликовал результаты своих экспериментов на минеральном вольфраме. В этой работе он продемонстрировал, что минерал содержит известь и еще неизвестную кислоту, которую он назвал вольфрамовой кислотой. Спустя два года испанские химики братья Элюар, работавшие под руководством Шееле, сумели выделить из этого минерала новый элемент — вольфрам, которому суждено было произвести переворот в промышленности.

Свойства

Высокая температура плавления вольфрама делает его пригодным для использования в качестве электрических нитей (например, в электрических лампочках). Он также является основой ряда сплавов, содержащих вольфрам, медь и никель, которые используются для защиты от излучения, поскольку они обеспечивают увеличение плотности на 50% по сравнению со свинцом.

В металлургии вольфрам и его сплавы используются для производства быстрорежущей стали и сплавов тяжелых металлов. Еще одно свое применение вольфрам получил в качестве сварочных электродов, для сварки в среде инертных газов. Вольфрам и его сплавы используются в военных целях (например, броня и снаряды), а также в качестве противовесов. Порошок карбида вольфрама (с возможными добавками карбидов титана и тантала) вместе с порошками никеля или кобальта прессуют и спекают для получения цементированных карбидов. Эти продукты используются вместо быстрорежущей стали для формирования наконечника режущего и бурового инструмента или для деталей, которые будут подвергаться интенсивному использованию.

Благородный блеск вольфрама

Украшения из вольфрама — чаще всего это кольца — пользуются особой популярностью у мужчин. Они прочны, их стальной блеск элегантен и ненавязчив. Кроме того, такие изделия считаются самополирующимися.

В украшениях из вольфрама может использоваться дополнительное покрытие. Так, например, покрытие цирконием придает готовому изделию золотой тон, метод осаждения ионов зачерняет украшение, а серебристый оттенок является естественным для вольфрама. Последний факт позволяет вольфраму составить достойную конкуренцию серебру, платине и белому золоту.

Кольцо из вольфрама. Фото: rnbjewellery.net

Женские украшения из вольфрама предпочитают уверенные в себе девушки. Сочетать такое украшение с другими непросто, для этого потребуется недюжинное чувство стиля. Однако кольцо или браслет из вольфрама и не требует соседства — такое украшение само по себе выглядит весомо и завершенно.

В вольфрамовые украшения также вставляют различные камни и покрывают гравировкой. Но все это проделывают в производственных условиях. В простой ювелирной мастерской нельзя уменьшить или увеличить кольцо из вольфрама, починить замок на браслете или нанести гравировку. Будучи очень твердым и плотным материалов, вольфрам требует особого оборудования и инструментов.

Вольфрам и его сплавы


Элемент №74 причисляют обычно к редким металлам: его содержание в земной коре оценивается в 0,0055%; его нет в морской воде, его не удалось обнаружить в солнечном спектре. Однако по популярности вольфрам может поспорить со многими отнюдь не редкими металлами, а его минералы были известны задолго до открытия самого элемента. Так, еще в XVII в. во многих европейских странах знали «вольфрам» и «тунгстен» – так называли тогда наиболее распространенные минералы вольфрама – вольфрамит и шеелит. А элементарный вольфрам был открыт в последней четверти XVIII в.

Очень скоро этот металл получил практическое значение – как легирующая добавка. А после Всемирной выставки 1900 г. в Париже, на которой демонстрировались образцы быстрорежущей вольфрамовой стали*, элемент №74 стали применять металлурги во всех более или менее промышленно развитых странах. Главная особенность вольфрама как легирующей добавки заключается в том, что он придает стали красностойкость – позволяет сохранить твердость и прочность при высокой температуре. Более того, большинство сталей при охлаждении на воздухе (после выдержки при температуре, близкой к температуре красного каления) теряют твердость. А вольфрамовые – нет.

* В нашей стране вольфрамовая сталь была впервые изготовлена на Мотовилихском заводе на Урале в 1865 г.

Инструмент, изготовленный из вольфрамовой стали, выдерживает огромные скорости самых интенсивных процессов металлообработки. Скорость резания таким инструментом измеряется десятками метров в секунду.

Современные быстрорежущие стали содержат до 18% вольфрама (или вольфрама с молибденом), 2. 7% хрома и небольшое количество кобальта. Они сохраняют твердость при 700. 800°C, в то время как обычная сталь начинает размягчаться при нагреве всего до 200°C. Еще большей твердостью обладают «стеллиты» – сплавы вольфрама с хромом и кобальтом (без железа) и особенно карбиды вольфрама – его соединения с углеродом. Сплав «видна» (карбид вольфрама, 5. 15% кобальта и небольшая примесь карбида титана) в 1,3 раза тверже обычной вольфрамовой стали и сохраняет твердость до 1000. 1100°C. Резцами из этого сплава можно снимать за минуту до 1500. 2000 м железной стружки. Ими можно быстро и точно обрабатывать «капризные» материалы: бронзу и фарфор, стекло и эбонит; при этом сам инструмент изнашивается совсем незначительно.

Главные свойства

Вольфрам отличается от всех остальных металлов особой тяжестью, твердостью и тугоплавкостью. Давно известно выражение: «Тяжелый, как свинец». Правильнее было бы говорить: «Тяжелый, как вольфрам». Плотность вольфрама почти вдвое больше, чем свинца, точнее – в 1,7 раза. При этом атомная масса его несколько ниже: 184 против 207.

По тугоплавкости и твердости вольфрам и его сплавы занимают высшие места среди металлов. Технически чистый вольфрам плавится при 3410°C, а кипит лишь при 6690°C. Такая температура – на поверхности Солнца!

А выглядит «король тугоплавкости» довольно заурядно. Цвет вольфрама в значительной мере зависит от способа получения. Сплавленный вольфрам – блестящий серый металл, больше всего напоминающий платину. Вольфрамовый порошок – серый, темно-серый и даже черный (чем мельче зернение, тем темнее).

Сплавы

Почти со всеми металлами вольфрам образует сплавы, однако получить их не так-то просто. Дело в том, что общепринятые методы сплавления в данном случае, как правило, неприменимы. При температуре плавления вольфрама большинство других металлов уже превращается в газы или весьма летучие жидкости. Поэтому сплавы, содержащие вольфрам, обычно получают методами порошковой металлургии.

Во избежание окисления все операции проводят в вакууме или в атмосфере аргона.

Делается это так. Сначала смесь металлических порошков прессуют, затем спекают и подвергают дуговой плавке в электрических печах. Иногда прессуют и спекают один вольфрамовый порошок, а полученную таким путем пористую заготовку пропитывают жидким расплавом другого металла: получаются так называемые псевдосплавы. Этим методом пользуются, когда нужно получить сплав вольфрама с медью и серебром.

С хромом и молибденом, ниобием и танталом вольфрам дает обычные (гомогенные) сплавы при любых соотношениях. Уже небольшие добавки вольфрама повышают твердость этих металлов и их устойчивость к окислению.

Сплавы с железом, никелем и кобальтом более сложны. Здесь, в зависимости от соотношения компонентов, образуются либо твердые растворы, либо интерметаллические соединения (химические соединения металлов), а в присутствии углерода (который всегда имеется в стали) – смешанные карбиды вольфрама и железа, придающие металлу еще большую твердость.

Очень сложные соединения образуются при сплавлении вольфрама с алюминием, бериллием и титаном: в них на один атом вольфрама приходится от 2 до 12 атомов легкого металла. Эти сплавы отличаются жаропрочностью и устойчивостью к окислению при высокой температуре.

На практике чаще всего применяются сплавы вольфрама не с одним каким-либо металлом, а с несколькими. Таковы, в частности, кислотостойкие сплавы вольфрама с хромом и кобальтом или никелем (амалой); из них делают хирургические инструменты. Лучшие марки магнитной стали содержат вольфрам, железо и кобальт. А в специальных жаропрочных сплавах, кроме вольфрама, имеются хром, никель и алюминий.

Из всех сплавов вольфрама наибольшее значение приобрели вольфрамсодержащие стали. Они устойчивы к истиранию, не дают трещин, сохраняют твердость вплоть до температуры красного каления. Инструмент из них не только позволяет резко интенсифицировать процессы металлообработки (скорость обработки металлических изделий повышается в 10. 15 раз), но и служит намного дольше, чем тот же инструмент из другой стали.

Вольфрамовые сплавы не только жаропрочны, но и жаростойки. Они не корродируют при высокой температуре под действием воздуха, влаги и различных химических реагентов. В частности, 10% вольфрама, введенного в никель, достаточно, чтобы повысить коррозионную устойчивость последнего в 12 раз! А карбиды вольфрама с добавкой карбидов тантала и титана, сцементированные кобальтом, устойчивы к действию многих кислот – азотной, серной и соляной – даже при кипячении. Им опасна только смесь плавиковой и азотной кислот.

Где применяется вольфрам

Из вольфрамовой стали и других сплавов, содержащих вольфрам или его карбиды, изготовляют танковую броню, оболочки торпед и снарядов, наиболее важные детали самолетов и двигателей.

Вольфрам – непременная составная часть лучших марок инструментальной стали. В целом металлургия поглощает почти 95% всего добываемого вольфрама. (Характерно, что она широко использует не только чистый вольфрам, но главным образом более дешевый ферровольфрам – сплав, содержащий 80% W и около 20% Fe; получают его в электродуговых печах).

Вольфрамовые сплавы обладают многими замечательными качествами. Так называемый тяжелый металл (из вольфрама, никеля и меди) служит для изготовления контейнеров, в которых хранят радиоактивные вещества. Его защитное действие на 40% выше, чем у свинца. Этот сплав применяют и при радиотерапии, так как он создает достаточную защиту при сравнительно небольшой толщине экрана.

Сплав карбида вольфрама с 16% кобальта настолько тверд, что может частично заменить алмаз при бурении скважин.

Псевдосплавы вольфрама с медью и серебром – превосходный материал для рубильников и выключателей электрического тока высокого напряжения: они служат в шесть раз дольше обычных медных контактов.

О применении вольфрама в волосках электроламп говорилось в начале статьи. Незаменимость вольфрама в этой области объясняется не только его тугоплавкостью, но и пластичностью. Из одного килограмма вольфрама вытягивается проволока длиной 3,5 км, т.е. этого килограмма достаточно для изготовления нитей накаливания 23 тыс. 60-ваттных лампочек. Именно благодаря этому свойству мировая электротехническая промышленность потребляет всего около 100 т вольфрама в год.

В последние годы важное практическое значение приобрели химические соединения вольфрама. В частности, фосфорно-вольфрамовая гетерополикислота применяется для производства лаков и ярких, устойчивых на свету красок. Раствор вольфрамата натрия Na2WO4 придает тканям огнестойкость и водонепроницаемость, а вольфраматы щелочноземельных металлов, кадмия и редкоземельных элементов применяются при изготовлении лазеров и светящихся красок.

Вольфрам в экономике

Глобальное производство вольфрама начало свой рост примерно с 2009 года, когда стала восстанавливаться азиатская промышленность и экономика. Крупнейшим производителем вольфрама остается Китай. Например, в 2013 году на долю производства этой страны приходился 81 % от мирового предложения. Около 12 % спроса на вольфрам связано с производством осветительных приборов. По прогнозам экспертов, использование вольфрама в этой сфере будет сокращаться на фоне применения светодиодных и люминесцентных ламп как в бытовых условиях, так и на производстве.

Считается, что будет расти спрос на вольфрам в сфере производства электронной техники. Высокая износостойкость вольфрама и его способность выдерживать электричество делают этот металл наиболее подходящим для производства регуляторов напряжения. Однако по объему этот спрос пока остается довольно незначительным, и считается, что к 2018 году он вырастет лишь на 2 %. Однако согласно прогнозам ученых, в ближайшее время должен произойти рост спроса на цементированный карбид. Это связано с ростом автомобильного производства в США, Китае, Европе, а также увеличением горнодобывающей промышленности. Считается, что к 2018 году спрос на вольфрам увеличится на 3,6 %.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector