Pomagajte razvoju spletnega mesta, delite članek s prijatelji!
Volfram spada tudi v skupino kovin, za katere so značilni visoki indeksi refraktornosti. Na Švedskem jo je odkril kemik Scheele. To je bil tisti, ki mu je leta 1781 uspelo najprej izvleči oksid neznane kovine iz mineralne volframita. Čisti volfram je znanstvenik pridobil po treh letih.
Opis
Volfram spada v skupino materialov, ki se pogosto uporabljajo v različnih industrijah. Označena je s črko W in ima v periodnem sistemu 74 serijsko številko, za katero je značilna svetlo siva barva. Ena od njegovih značilnostih je visoka ognjevarnost. Tališče volframa je 3380 stopinj Celzija. Če ga upoštevamo z vidika uporabe, so najpomembnejše lastnosti tega materiala:
- gostota;
- tališče;
- električna upornost;
- koeficient linearnega raztezanja.
Izračuna svoje značilne lastnosti, zato je treba izbrati visoko vrelišče, ki se nahaja na ravni 5.900 stopinj Celzija . Druga značilnost je nizka stopnja izhlapevanja. Nizka je tudi pri temperaturnih pogojih 2000 stopinj Celzija. S takšno lastnostjo, kot je električna prevodnost, je ta kovina 3-krat večja od take običajne zlitine, kot je baker.
Dejavniki, ki omejujejo uporabo volframa
Obstajajo številni dejavniki, ki omejujejo uporabo tega materiala:
- visoka gostota;
- znatno nagnjenost k lomljenju pri nizkih temperaturah;
- nizka odpornost na oksidacijo.
Volfram je po videzu podoben navadnemu jeklu . Njegova glavna uporaba je v glavnem povezana s proizvodnjo zlitin z visoko trdnostjo. Ta kovina se lahko obdeluje, vendar le, če je predgreta. Glede na izbrano vrsto obdelave se ogrevanje izvaja pri določeni temperaturi. Na primer, če je naloga kovati volframove palice, potem je treba obdelovanec predgreti na temperaturo 1450–1500 stopinj Celzija.
Že več kot 100 let se volfram ni uporabljal za industrijske namene. Njegovo uporabo pri proizvodnji različnih tehnik je omejevala visoka temperatura tališča.
Začetek njegove industrijske uporabe je povezan z letom 1856, ko se je prvič uporabil za izdelavo legiranih orodnih jekel. Med proizvodnjo so začeli dodajati volfram s skupnim deležem do 5%. Prisotnost te kovine v jeklu nam je omogočila povečanje rezalne hitrosti na stružnih strojih s 5 na 8 m na minuto .
Razvoj industrije v drugi polovici XIX. Stoletja je zaznamovan z aktivnim razvojem strojne industrije. Povpraševanje po opremi se iz leta v leto vztrajno povečuje, zaradi česar morajo proizvajalci strojev pridobiti kakovostne lastnosti strojev, poleg tega pa povečati svojo delovno hitrost. Prvi impulz pri izboljšanju hitrosti rezanja je bila uporaba volframa.
Že na začetku 20. stoletja se je hitrost rezanja povečala na 35 metrov na minuto . To je bilo doseženo z dopiranjem jekla, ne samo z volframom, ampak tudi z drugimi elementi:
- molibden;
- krom;
- vanadij.
Nato se je hitrost rezanja na strojih povečala na 60 metrov na minuto. Toda kljub tako visokim stopnjam so strokovnjaki razumeli, da obstaja možnost za izboljšanje te značilnosti. Na kakšen način se odločite za povečanje hitrosti rezanja, strokovnjaki še dolgo niso razmišljali. Uporabili so uporabo volframa, vendar že v obliki karbidov v povezavi z drugimi kovinami in njihovimi tipi. Trenutno je običajno, da kovino na strojih zmanjšamo na 2000 metrov na minuto.
Lastnosti volframa
Kot vsak material, ima volfram tudi svoje posebne lastnosti, zaradi katerih je spadal v skupino strateških kovin. Smo že povedali, da je ena od prednosti te kovine visoka ognjevarnost. Zaradi te lastnosti se lahko material uporablja za proizvodnjo filamentov.
Tališče je na 2500 stopinj Celzija . Ampak samo s to kakovostjo pozitivne lastnosti tega materiala niso omejene. Ima še druge prednosti, ki jih je treba omeniti. Ena od njih je visoka trdnost, dokazana v pogojih običajnih in povišanih temperatur. Na primer, ko se železo in zlitine na osnovi segrejejo na temperaturo 800 stopinj Celzija, se moč zmanjša za faktor 20. V enakih pogojih se jakost volframa zmanjša le trikrat. V pogojih 1500 stopinj Celzija je trdnost železa praktično zmanjšana na nič, medtem ko je v volframu na ravni železa pri običajnih temperaturah.
Danes se 80% volframa, proizvedenega na svetu, uporablja predvsem v proizvodnji visoko kakovostnega jekla. Več kot polovica razredov jekla, ki jih uporabljajo podjetja za izdelavo strojev, vsebuje volfram. Uporabljajo jih kot glavni material za dele turbin, menjalnikov in uporabljajo take materiale tudi za izdelavo kompresorskih strojev. Od inženirskih jekel, ki vsebujejo volfram, izdelanih gredi, zobnikov in trdno kovanih rotorjev.
Poleg tega se uporabljajo za izdelavo ročičnih gredi, povezovalnih palic. Dodajanje sestave inženirskega jekla poleg volframa in drugih legirnih elementov povečuje njihovo kaljivost. Poleg tega zagotavlja možnost pridobitve finozrnate strukture. S tem se povečajo tudi lastnosti, kot so trdota in trdnost, ki nastanejo pri izdelavi jeklenih strojev.
Pri proizvodnji toplotno odpornih zlitin je uporaba volframa eden od predpogojev. Potreba po uporabi te kovine je posledica dejstva, da je edina, ki lahko prenese velike obremenitve pri visokih temperaturah, ki presegajo količino taljenja železa. Volfram in spojine na osnovi te kovine so zelo trpežne in imajo dobre kazalce elastičnosti. V zvezi s tem so boljši od drugih kovin, ki so vključene v skupino ognjevzdržnih materialov.
Proti
Vendar pa je treba našteti prednosti volframa, zato je treba opozoriti in pomanjkljivosti, ki so del tega materiala .
Kot glavno je mogoče reči, da je njena nizka odpornost na oksidacijo pri temperaturnih pogojih nad 700 stopinj Celzija. Zato je za materiale iz volframa potrebno dodatno zagotoviti ustrezno zaščito.- Še ena pomanjkljivost zlitin na osnovi volframa je njihova nizka duktilnost pri temperaturah 500 stopinj Celzija.
- Volfram je pomanjkljiv material, ki ga je mogoče šteti za pomanjkljivost te kovine.
Volfram, ki se trenutno proizvaja, vsebuje torij v sestavi 2%. Takšna zlitina se imenuje torirana volfram. Zanj je značilna natezna trdnost 70 MPa pri temperaturi 2420 stopinj Celzija. Čeprav je vrednost tega indikatorja nizka, ugotavljamo, da le 5 kovin skupaj z volframom pri takšni temperaturi ne spremeni svojega trdnega stanja.
Ta skupina vključuje molibden, katerega tališče je 2625 stopinj. Druga kovina je tehnecij. Vendar je malo verjetno, da bodo zlitine, ki temeljijo na njem, proizvedene v bližnji prihodnosti. Renij in tantal nimata visoke trdnosti v teh pogojih temperature. Zato je volfram edini material, ki je sposoben zagotoviti zadostno trdnost pri visokih temperaturnih obremenitvah. Iz razloga, da je med redkimi, če obstaja možnost, da ga nadomesti, potem proizvajalci uporabijo alternativo.
Vendar pri proizvodnji posameznih komponent ni materialov, ki bi lahko popolnoma nadomestili volfram. Na primer, pri proizvodnji filamentov električnih žarnic in anod DC arc žarnic se uporablja samo volfram, saj preprosto ni ustreznih nadomestkov. Uporablja se tudi pri izdelavi elektrod za varjenje z argonom in atomskim vodikom. Tudi z uporabo tega materiala se uporablja grelni element, ki se uporablja v pogojih od 2000 stopinj Celzija.
Uporaba
Volfram in zlitine, izdelane na njegovi osnovi, se pogosto uporabljajo v različnih industrijah. Uporabljajo se v proizvodnji letalskih motorjev, ki se uporabljajo na področju raketne proizvodnje, kot tudi za proizvodnjo vesoljske tehnologije. Z uporabo teh zlitin so na teh območjih izdelane brizgalne šobe, ki vstavljajo kritične dele v raketne motorje. Poleg tega se ti materiali uporabljajo kot glavni za izdelavo zlitin raket.
Proizvodnja zlitin iz te kovine ima eno lastnost, ki je povezana z ognjevarnostjo tega materiala. Pri visokih temperaturah veliko kovin spremeni svoje stanje in se spremeni v pline ali zelo hlapne tekočine. Zato se za pridobivanje zlitin, v katerih je prisoten volfram, uporabljajo metode prašne metalurgije.
Takšne metode vključujejo stiskanje zmesi kovinskega prahu, naknadno sintranje in njihovo nadaljnje izpostavljanje taljenju obloka v elektrodnih pečeh. V nekaterih primerih je sintrani volframov prah dodatno impregniran s tekočo raztopino neke druge kovine. Tako se uporabljajo psevdo-zlitine iz volframa, bakra in srebra, ki se uporabljajo za stike v električnih instalacijah. V primerjavi z bakrom je trajnost teh izdelkov 6-8 krat večja.
Ta kovina in zlitine iz nje imajo velike možnosti za nadaljnjo širitev področja uporabe. Najprej je treba omeniti, da lahko za razliko od niklja ti materiali delujejo na ognjenih mejah. Uporaba volframovih izdelkov namesto niklja vodi v dejstvo, da elektrarne povečujejo obratovalne parametre. To vodi k povečanju učinkovitosti opreme . Poleg tega izdelki na osnovi volframa brez težav zdržijo delovanje v težkih pogojih. Tako lahko z gotovostjo izjavimo, da bo skupina volframov še naprej vodila skupino takih materialov v bližnji prihodnosti.
Volfram v elektrotehniki
Volfram je prispeval k izboljšanju električne žarnice. Do leta 1898 se je v teh napravah za električno razsvetljavo uporabljal premogovni filament.
- zlahka jo je naredila;
- njegova proizvodnja je bila poceni.
Edina pomanjkljivost premoga je bila, da je imela kratko življenjsko dobo . Po letu 1898 je ogljikova nitka z žarilno nitko imela tekmovalca v obliki osmija. Od leta 1903 je bil za proizvodnjo električnih svetilk uporabljen tantal. Leta 1906 je volfram zamenjal te materiale in se začel uporabljati za proizvodnjo filamentov za žarnice. Danes se uporablja pri izdelavi sodobnih žarnic.
Za zagotovitev tega materiala z visoko toplotno odpornostjo se na kovinsko površino nanese plast renija in torija. V nekaterih primerih je filament volframa narejen z dodatkom renija. To je posledica dejstva, da se pri visokih temperaturah ta kovina začne izhlapeti, kar vodi do dejstva, da se nit tega materiala tanjša. Dodatek renija v sestavo zmanjša učinek izhlapevanja za 5-krat.
Danes se volfram aktivno uporablja ne le v proizvodnji elektrotehnike, temveč tudi v različnih vojaško-industrijskih izdelkih . Njegov dodatek k jekleni pištoli zagotavlja visoko učinkovitost materialov tega tipa. Poleg tega vam omogoča, da izboljšajo značilnosti zaščite oklep, kot tudi, da bolj učinkovito oklep piercing lupine.
Zaključek
Volfram je eden izmed najbolj priljubljenih materialov, ki se uporabljajo v metalurgiji. Dodajanje sestave proizvedenega jekla povečuje njihove značilnosti. Postanejo bolj odporne na toplotne obremenitve, poleg tega se temperatura taljenja dvigne, kar je še posebej pomembno za izdelke, ki se uporabljajo v ekstremnih pogojih pri visokih temperaturah . Uporaba pri proizvodnji različne opreme, izdelkov in komponent, komponent te kovine ali zlitin, ki temeljijo na njej, omogoča izboljšanje lastnosti opreme in povečanje učinkovitosti njihovega dela.