L'uso del tungsteno nell'industria e nella metallurgia. Tungsteno: applicazione, proprietà e caratteristiche chimiche
Diagramma della produzione mondiale di tungsteno (in migliaia di tonnellate) nella prima metà del XX secolo.
Dall'acciaio al tungsteno e da altre leghe contenenti tungsteno o suoi carburi, armature per carri armati, proiettili di siluri e proiettili, vengono realizzate le parti più importanti di aerei e motori.
Il tungsteno è un componente indispensabile delle migliori qualità di acciaio per utensili. In generale, la metallurgia assorbe quasi il 95% di tutto il tungsteno estratto. (È caratteristico che utilizza ampiamente non solo tungsteno puro, ma principalmente ferrotungsteno più economico, una lega contenente l'80% di W e circa il 20% di Fe; si ottiene nei forni elettrici ad arco).
Le leghe di tungsteno hanno molte qualità notevoli. Il cosiddetto metallo pesante (da tungsteno, nichel e rame) viene utilizzato per realizzare contenitori in cui vengono immagazzinate sostanze radioattive. Il suo azione protettiva 40% in più rispetto al piombo. Questa lega viene utilizzata anche in radioterapia, poiché crea una protezione sufficiente con uno spessore dello schermo relativamente piccolo.
Una lega di carburo di tungsteno con il 16% di cobalto è così dura che può sostituire parzialmente il diamante durante la perforazione di pozzi.
Pseudo-leghe di tungsteno con rame e argento: un materiale eccellente per interruttori e interruttori a coltello corrente elettrica alta tensione: durano sei volte più a lungo dei tradizionali contatti in rame.
L'uso del tungsteno nei capelli delle lampade elettriche è stato discusso all'inizio dell'articolo. L'indispensabilità del tungsteno in quest'area è spiegata non solo dalla sua refrattarietà, ma anche dalla sua duttilità. Da un chilogrammo di tungsteno viene disegnato un filo lungo 3,5 km, ad es. questo chilogrammo è sufficiente per produrre filamenti per 23.000 lampadine da 60 watt. È a causa di questa proprietà che l'industria elettrica globale consuma solo circa 100 tonnellate di tungsteno all'anno.
A l'anno scorso importante valore pratico acquisiti composti chimici tungsteno. In particolare, l'eteropoliacido fosfotungstico viene utilizzato per la produzione di vernici e pitture brillanti e resistenti alla luce. Una soluzione di tungstato di sodio Na2WO4 conferisce ai tessuti resistenza al fuoco e all'acqua, e nella produzione di laser e vernici luminose vengono utilizzati tungstati di metalli alcalino terrosi, cadmio e terre rare.
Il passato e il presente del tungsteno danno tutte le ragioni per considerarlo un metallo laborioso.
Il tungsteno è uno dei metalli refrattari, che sono relativamente rari in la crosta terrestre. Pertanto, il contenuto nella crosta terrestre (in%) di tungsteno è di circa 10 -5, renio 10 -7, molibdeno 3,10 -4, niobio 10 -3, tantalio 2,10 -4 e vanadio 1.5.10 -2.
I metalli refrattari sono elementi di transizione e si trovano nei gruppi IV, V, VI e VII (sottogruppo A) del sistema periodico di elementi. Con un aumento del numero atomico, aumenta il punto di fusione dei metalli refrattari in ciascuno dei sottogruppi.
Gli elementi dei gruppi VA e VIA (vanadio, niobio, tantalio, cromo, molibdeno e tungsteno) sono metalli refrattari con un reticolo cubico centrato sul corpo, a differenza di altri metalli refrattari che hanno una struttura compatta centrata sulla faccia ed esagonale.
È noto che il fattore principale che determina la struttura cristallina e Proprietà fisiche metalli e leghe, è la natura dei loro legami interatomici. I metalli refrattari sono caratterizzati da un'elevata forza di legame interatomico e, di conseguenza, da un elevato punto di fusione, una maggiore resistenza meccanica e una significativa resistenza elettrica.
La possibilità di studiare i metalli mediante microscopia elettronica consente di studiare le caratteristiche strutturali della scala atomica, rivela la relazione tra proprietà meccaniche e dislocazioni, difetti di impilamento, ecc. I dati ottenuti mostrano che le proprietà fisiche caratteristiche che distinguono i metalli refrattari da quelli ordinari quelli sono determinati dalla struttura elettronica dei loro atomi. Gli elettroni possono passare in varia misura da un atomo all'altro, mentre il tipo di transizione corrisponde a un certo tipo di legame interatomico. La particolarità della struttura elettronica determina l'alto livello di forze interatomiche (legame), l'alto punto di fusione, la forza dei metalli e la loro interazione con altri elementi e impurità interstiziali. In tungsteno, il guscio chimicamente attivo in termini di livello di energia include elettroni 5 d e 6 s.
Dai metalli refrattari densità più alta ha tungsteno - 19,3 g / cm 3. Sebbene, quando utilizzato nelle strutture, l'elevata densità del tungsteno possa essere considerata un indicatore negativo, tuttavia, la maggiore resistenza alle alte temperature consente di ridurre il peso dei prodotti di tungsteno riducendo le loro dimensioni.
La densità dei metalli refrattari dipende in larga misura dalle loro condizioni. Ad esempio, la densità di una barra di tungsteno sinterizzato varia da 17,0 a 18,0 g/cm 3 e la densità di una barra forgiata con un grado di deformazione del 75% è di 18,6-19,2 g/cm 3 . Lo stesso si osserva per il molibdeno: la bacchetta sinterizzata ha una densità di 9,2-9,8 g/cm 3 , forgiata con un grado di deformazione del 75% -9,7-10,2 g/cm 3 e fusa 10,2 g/cm 3 .
Alcune proprietà fisiche di tungsteno, tantalio, molibdeno e niobio per il confronto sono riportate nella tabella. 1. La conducibilità termica del tungsteno è inferiore alla metà di quella del rame, ma è molto superiore a quella del ferro o del nichel.
I metalli refrattari dei gruppi VA, VIA, VIIA della Tavola periodica degli elementi hanno un coefficiente di espansione lineare inferiore rispetto ad altri elementi. Il tungsteno ha il coefficiente di espansione lineare più basso, che indica l'elevata stabilità del suo reticolo atomico ed è una proprietà unica di questo metallo.
Il tungsteno ha una conducibilità termica circa 3 volte inferiore alla conduttività elettrica del rame ricotto, ma è superiore a quella del ferro, del platino e del bronzo fosfato.
Per la metallurgia Grande importanza ha la densità del metallo stato liquido, poiché questa caratteristica determina la velocità di movimento attraverso i canali, il processo di rimozione delle inclusioni gassose e non metalliche e influisce sulla formazione di una cavità da ritiro e porosità nei lingotti. Per il tungsteno, questo valore è superiore a quello di altri metalli refrattari. Tuttavia, un'altra caratteristica fisica, la tensione superficiale dei metalli refrattari liquidi alla temperatura di fusione, differisce meno (vedi tabella 1). La conoscenza di questa caratteristica fisica è essenziale in processi come il rivestimento protettivo, l'impregnazione, la fusione e la colata.
Un'importante proprietà di colata di un metallo è la fluidità. Se per tutti i metalli questo valore è determinato versando metallo liquido in uno stampo a spirale ad una temperatura di colata superiore al punto di fusione di 100-200°C, allora la fluidità del tungsteno si ottiene estrapolando la dipendenza empirica di questo valore dal calore di fusione.
Il tungsteno è stabile in vari mezzi gassosi, acidi e alcuni metalli fusi. In temperatura ambiente il tungsteno non interagisce con gli acidi cloridrico, solforico e fosforico, non è esposto a disciolto l'acido nitrico se in misura minore rispetto al molibdeno reagisce a una miscela di acido nitrico e acido fluoridrico. Il tungsteno ha un'elevata resistenza alla corrosione nell'ambiente di alcuni alcali, ad esempio nell'ambiente dell'idrossido di sodio e di potassio, in cui mostra resistenza fino a una temperatura di 550 ° C. Sotto l'azione del sodio fuso, è stabile fino a 900 ° C, mercurio - fino a 600 ° C, gallio fino a 800 e bismuto fino a 980 ° C. Il tasso di corrosione in questi metalli liquidi non supera 0,025 mm / anno. Ad una temperatura di 400-490 ° C, il tungsteno inizia a ossidarsi nell'aria e nell'ossigeno. Una reazione debole si verifica quando riscaldato a 100°C in acido cloridrico, nitrico e fluoridrico. In una miscela di acido fluoridrico e nitrico, il tungsteno si dissolve rapidamente. L'interazione con i mezzi gassosi inizia a temperature (°C): con cloro 250, con fluoro 20. diossido di carbonio il tungsteno si ossida a 1200°C; nell'ammoniaca non si verifica alcuna reazione.
La regolarità dell'ossidazione dei metalli refrattari è determinata principalmente dalla temperatura. Il tungsteno fino a 800-1000 ° C ha un modello parabolico di ossidazione e oltre 1000 ° C - lineare.
L'elevata resistenza alla corrosione nei mezzi di metallo liquido (sodio, potassio, litio, mercurio) consente l'uso del tungsteno e delle sue leghe nelle centrali elettriche.
Le proprietà di resistenza del tungsteno dipendono dallo stato del materiale e dalla temperatura. Per le barre di tungsteno forgiato, la resistenza alla trazione dopo la ricristallizzazione varia a seconda della temperatura di prova da 141 kgf/mm2 a 20°C a 15,5 kgf/mm2 a 1370°C. Tungsteno ottenuto dalla metallurgia delle polveri con una variazione di temperatura da 1370 a 2205 °C ha? b \u003d 22,5?6,3 kgf / mm 2. La forza del tungsteno aumenta soprattutto durante la deformazione a freddo. Un filo con un diametro di 0,025 mm ha una resistenza alla trazione di 427 kgf / mm 2.
La durezza del tungsteno deformato commercialmente puro HB 488, ricotto HB 286. Allo stesso tempo, una durezza così elevata viene mantenuta fino a temperature vicine al punto di fusione e dipende in gran parte dalla purezza del metallo.
Il modulo di elasticità è approssimativamente correlato al volume atomico del punto di fusione
dove T pl è il punto di fusione assoluto; V aT - volume atomico; K è una costante.
Una caratteristica distintiva del tungsteno tra i metalli è anche un'elevata deformazione volumetrica, determinata dall'espressione
dove E è il modulo elastico del primo tipo, kgf / mm 2; ?-coefficiente di deformazione trasversale.
Tab. 3 illustra la variazione della deformazione volumetrica per acciaio, ghisa e tungsteno calcolata dall'espressione precedente.
La duttilità del tungsteno commercialmente puro a 20°C è inferiore all'1% e aumenta dopo la purificazione del fascio di elettroni di zona dalle impurità, nonché quando viene drogato con l'aggiunta del 2% di ossido di torio. Con l'aumento della temperatura, aumenta la plasticità.
L'elevata energia dei legami interatomici dei metalli dei gruppi IV, V, VIA determina la loro elevata resistenza a temperatura ambiente ea elevate. Le proprietà meccaniche dei metalli refrattari dipendono in modo significativo dalla loro purezza, dai metodi di produzione, dal trattamento meccanico e termico, dal tipo di semilavorati e da altri fattori. La maggior parte delle informazioni sulle proprietà meccaniche dei metalli refrattari pubblicate in letteratura è stata ottenuta su metalli non sufficientemente puri, poiché la fusione sotto vuoto ha iniziato ad essere utilizzata relativamente di recente.
Sulla fig. 1 mostra la dipendenza del punto di fusione dei metalli refrattari dalla posizione in sistema periodico elementi.
Un confronto tra le proprietà meccaniche del tungsteno dopo la fusione ad arco e il tungsteno ottenuto dalla metallurgia delle polveri mostra che sebbene la loro resistenza alla trazione differisca leggermente, il tungsteno fuso ad arco risulta essere più duttile.
La durezza Brinell del tungsteno sotto forma di barra sinterizzata è HB 200-250, e della lamiera laminata a freddo HB 450-500, la durezza del molibdeno è HB 150-160 e HB 240-250, rispettivamente.
L'alligazione del tungsteno viene eseguita per aumentarne la duttilità; per questo vengono utilizzati principalmente elementi di sostituzione. Viene prestata crescente attenzione ai tentativi di aumentare la duttilità dei metalli del gruppo VIA aggiungendo piccole quantità di elementi del gruppo VII e VIII. L'aumento della plasticità è spiegato dal fatto che quando i metalli di transizione sono legati con additivi, si crea una densità elettronica disomogenea nella lega a causa della localizzazione degli elettroni degli elementi di lega. In questo caso, l'atomo dell'elemento di lega cambia la forza del legame interatomico nel volume adiacente del solvente; la lunghezza di tale volume dovrebbe dipendere dalla struttura elettronica della lega e dei metalli legati.
La difficoltà nella realizzazione delle leghe di tungsteno sta nel fatto che non è stato ancora possibile fornire la necessaria plasticità con un aumento della resistenza. Le proprietà meccaniche delle leghe di tungsteno legate con molibdeno, tantalio, niobio e ossido di torio (per prove a breve termine) sono riportate in tabella. quattro.
La lega del tungsteno con il molibdeno consente di ottenere leghe le cui proprietà di resistenza sono superiori al tungsteno non legato fino a temperature di 2200°C (vedi Tabella 4). Con un aumento del contenuto di tantalio dall'1,6 al 3,6% a una temperatura di 1650°C, la resistenza aumenta di un fattore 2,5. Ciò è accompagnato da una diminuzione dell'allungamento di un fattore 2.
Sono state sviluppate e si stanno perfezionando leghe a base di tungsteno rinforzate in dispersione e leghe complesse contenenti molibdeno, niobio, afnio, zirconio e carbonio. Ad esempio, le seguenti composizioni: W - 3% Mo - 1% Nb; W - 3% Mo - 0,1% Hf; W - 3% Mo - 0,05% Zr; W - 0,07% Zr - 0,004% B; W - 25% Mo - 0,11% Zr - 0,05% C.
Lega W - 0,48% Zr-0,048% C ha? b = 55,2 kgf/mm2 a 1650°C e 43,8 kgf/mm2 a 1925°C.
Le leghe di tungsteno contenenti millesimi di percento di boro, decimi di percento di zirconio e afnio e circa l'1,5% di niobio hanno elevate proprietà meccaniche. La resistenza alla trazione di queste leghe alle alte temperature è di 54,6 kgf/mm2 a 1650°C, 23,8 kgf/mm2 a 2200°C e 4,6 kgf/mm2 a 2760°C. Tuttavia, la temperatura di transizione (circa 500°C ) di tali leghe dallo stato plastico allo stato fragile è piuttosto elevato.
Ci sono informazioni in letteratura sulle leghe di tungsteno con 0,01 e 0,1% C, che sono caratterizzate da una resistenza alla trazione che è 2-3 volte superiore alla resistenza alla trazione del tungsteno ricristallizzato.
Il renio aumenta significativamente la resistenza al calore delle leghe di tungsteno (Tabella 5).
Per molto tempo e su larga scala, il tungsteno e le sue leghe sono stati utilizzati nella tecnologia elettrica e del vuoto. Il tungsteno e le sue leghe sono il materiale principale per la produzione di filamenti, elettrodi, catodi e altri elementi strutturali di dispositivi elettrovuoto ad alta potenza. L'elevata emissività e l'emissione luminosa nello stato riscaldato, la bassa pressione del vapore rendono il tungsteno uno dei materiali essenziali per questo settore. Nei dispositivi elettrovuoto per la fabbricazione di parti operanti a basse temperature, non sottoposto a pretrattamento a temperature superiori a 300°C, si utilizza tungsteno puro (senza additivi).
Gli additivi di vari elementi cambiano significativamente le proprietà del tungsteno. Ciò consente di creare leghe di tungsteno con caratteristiche necessarie. Ad esempio, per parti di dispositivi elettrici per il vuoto che richiedono l'uso di tungsteno non cedevole a temperature fino a 2900 ° C e con un'elevata temperatura di ricristallizzazione primaria, vengono utilizzate leghe con additivi alcalino-silicio o alluminio. Gli additivi alcalino-silicio e torio aumentano la temperatura di ricristallizzazione e aumentano la resistenza del tungsteno alle alte temperature, il che rende possibile la produzione di parti che funzionano a temperature fino a 2100 ° C in condizioni di carichi meccanici aumentati.
I catodi dei dispositivi elettronici e a scarica di gas, i ganci e le molle delle lampade del generatore per aumentare le proprietà di emissione sono realizzati in tungsteno con un additivo di ossido di torio (ad esempio, gradi VT-7, VT-10, VT-15, con un contenuto di ossido di torio, rispettivamente, 7, 10 e 15%).
Le termocoppie per alte temperature sono realizzate in leghe di tungsteno-renio. Il tungsteno senza additivi, in cui è consentito un maggiore contenuto di impurità, viene utilizzato nella produzione di parti fredde di dispositivi per elettrovuoto (ingressi di vetro, traverse). Si raccomanda che gli elettrodi delle lampade flash e i catodi freddi delle lampade a scarica siano realizzati in una lega di tungsteno con nichel e bario.
Per il funzionamento a temperature superiori a 1700 ° C, è necessario utilizzare leghe VV-2 (tungsteno-moniobio). È interessante notare che durante le prove a breve termine, le leghe con un contenuto di niobio dallo 0,5 al 2% hanno una resistenza alla trazione a 1650°C 2-2,5 volte superiore al tungsteno non legato. La più durevole è una lega di tungsteno con il 15% di molibdeno. Le leghe W-Re-Th O 2 hanno una buona lavorabilità rispetto alle leghe W-Re; l'aggiunta di biossido di torio rende possibili lavorazioni quali tornitura, fresatura, foratura.
Legare il tungsteno con il renio ne aumenta la plasticità, mentre le proprietà di resistenza diventano approssimativamente le stesse con l'aumento della temperatura. Gli additivi alle leghe di tungsteno di ossidi finemente dispersi ne aumentano la duttilità. Inoltre, questi additivi migliorano notevolmente la lavorabilità.
Le leghe di tungsteno con renio (W - 3% Re; W - 5% Re; W - 25% Re) vengono utilizzate per misurare e controllare temperature fino a 2480 ° C nella produzione di acciaio e altri tipi di apparecchiature. L'uso di leghe di tungsteno-renio nella produzione di anticatodi nei tubi a raggi X è in aumento. Gli anticatodi di molibdeno rivestiti con questa lega lavorano sotto carico pesante e hanno una maggiore durata.
L'elevata sensibilità degli elettrodi di tungsteno alle variazioni della concentrazione di ioni idrogeno ne consente l'utilizzo per la titolazione potenziometrica. Tali elettrodi sono usati per controllare l'acqua e varie soluzioni. Sono semplici nel design e hanno una bassa resistenza elettrica, il che li rende promettenti per l'uso come microelettrodi nello studio della resistenza agli acidi dello strato vicino all'elettrodo nei processi elettrochimici.
Gli svantaggi del tungsteno sono la sua bassa duttilità (?<1%), большая плотность, высокое поперечное сечение захвата тепловых нейтронов, плохая свариваемость, низкая ока-линостойкость и плохая обрабатываемость резанием. Однако легирование его различными элементами позволяет улучшить эти характеристики.
Un certo numero di parti per l'industria elettrica e le camicie degli ugelli dei motori sono realizzate in tungsteno impregnato di rame o argento. L'interazione di una fase solida refrattaria (tungsteno) con un metallo impregnante (rame o argento) è tale che la solubilità reciproca dei metalli è praticamente assente. Gli angoli di contatto del tungsteno bagnante con rame liquido e argento sono piuttosto piccoli a causa dell'elevata energia superficiale del tungsteno e questo fatto migliora la penetrazione dell'argento o del rame. Il tungsteno impregnato di argento o rame era originariamente prodotto con due metodi: l'immersione completa di un grezzo di tungsteno in metallo fuso o l'immersione parziale di un grezzo di tungsteno sospeso. Esistono anche metodi di impregnazione che utilizzano la pressione del fluido idrostatico o l'aspirazione del vuoto.
La produzione di contatti elettrici in tungsteno impregnati di argento o rame viene eseguita come segue. In primo luogo, la polvere di tungsteno viene pressata e sinterizzata in determinate condizioni tecnologiche. Quindi il pezzo risultante viene impregnato. A seconda della porosità ottenuta del pezzo, la proporzione della sostanza impregnante cambia. Pertanto, il contenuto di rame nel tungsteno può variare dal 30 al 13% con una variazione della pressione specifica di pressatura da 2 a 20 tf/cm 2 . La tecnologia per ottenere materiali impregnati è abbastanza semplice, economica e la qualità di tali contatti è superiore, poiché uno dei componenti conferisce al materiale un'elevata durezza, resistenza all'erosione e un alto punto di fusione, mentre l'altro aumenta la conduttività elettrica.
Buoni risultati si ottengono quando si utilizza tungsteno impregnato di rame o argento per la produzione di inserti per ugelli per motori a propellente solido. L'aumento delle proprietà del tungsteno impregnato come la conduttività termica ed elettrica, il coefficiente di espansione termica, aumenta significativamente la durata del motore. Inoltre, l'evaporazione del metallo impregnante dal tungsteno durante il funzionamento del motore ha un valore positivo, riducendo i flussi di calore e riducendo l'effetto erosivo dei prodotti della combustione.
La polvere di tungsteno viene utilizzata nella produzione di materiali porosi per le parti di un motore a ioni elettrostatico. L'uso del tungsteno per questi scopi consente di migliorarne le caratteristiche principali.
Le proprietà di erosione termica degli ugelli in tungsteno temprato con ossidi dispersi ZrO2, MgO2, V2O3, HfO 2 aumentano rispetto agli ugelli in tungsteno sinterizzato. Dopo un'adeguata preparazione, vengono applicati rivestimenti galvanici sulla superficie di tungsteno per ridurre la corrosione ad alta temperatura, ad esempio la nichelatura, che viene eseguita in un elettrolita contenente 300 g/l di solfato di sodio, 37,5 g/l di acido borico a una densità di corrente di 0,5-11 A/dm 2 , temperatura 65°C e pH = 4.
Qual è la densità del tungsteno? Su cosa si basa la sua applicazione? Cerchiamo insieme le risposte a queste domande.
Regolamento in PS
Questo elemento chimico si trova nel sesto gruppo del sistema periodico. Il suo numero di serie è 74, il valore della massa atomica relativa è 183,85. Quelli speciali sono determinati dal suo alto punto di fusione. È considerato uno dei cinque isotopi stabili presenti nel tungsteno naturale, che hanno numeri di massa simili da 180 a 186.
Apertura di un elemento
Questo elemento chimico fu scoperto alla fine del 18° secolo. K. Scheele riuscì ad isolarlo da un minerale in cui il metallo era contenuto sotto forma di ossido. Per molto tempo, il tungsteno non ha avuto praticamente alcuna applicazione industriale e non era richiesto. Solo a metà del 19 ° secolo, il metallo iniziò ad essere utilizzato come additivo nella produzione di acciaio resistente.
Nella crosta terrestre, questo elemento si trova in piccole quantità. Non si presenta in forma libera, si trova solo sotto forma di minerali. Su scala industriale vengono utilizzati i suoi ossidi.
Proprietà fisiche
19300 è la densità del tungsteno kg/m3 in condizioni normali. Il metallo forma un reticolo cubico concentrico al volume. Ha una buona capacità termica. Il coefficiente di alta temperatura del tungsteno spiega la sua refrattarietà. Il punto di fusione è 3380 gradi Celsius. Le sue proprietà meccaniche sono influenzate dal suo pretrattamento. Considerando la densità del tungsteno a 20 s 19,3 g/cm3, può essere portato allo stato di una fibra monocristallina. Questa proprietà viene utilizzata nella produzione di filo da essa. A temperatura ambiente, il tungsteno ha poca plasticità.
Caratteristiche del tungsteno
La densità essenziale del tungsteno conferisce a questo metallo determinate proprietà. Ha un tasso di evaporazione abbastanza basso, alto punto di ebollizione. In termini di tungsteno, è tre volte inferiore a quello del rame. È l'alta densità di tungsteno che limita la portata del suo utilizzo. Inoltre, il suo utilizzo risente della sua maggiore fragilità alle basse temperature, instabilità all'ossidazione da parte dell'ossigeno atmosferico alle basse temperature.
In termini di caratteristiche esterne, il tungsteno è simile all'acciaio. Viene utilizzato per la produzione di leghe caratterizzate da una maggiore resistenza. La lavorazione del tungsteno viene eseguita solo a temperature elevate.
Gradi di tungsteno
Non solo la densità del tungsteno, ma anche gli additivi utilizzati nella metallurgia si riflettono nel grado di questo metallo. Ad esempio, VA comporta una miscela di tungsteno con alluminio e silicio. Il grado risultante è caratterizzato da un aumento della temperatura di ricristallizzazione iniziale, resistenza dopo la ricottura.
VL prevede l'aggiunta di ossido di lantanio al tungsteno come additivo, che aumenta le proprietà di emissione del metallo.
MW è una lega di tungsteno e molibdeno. Tale composizione aumenta la resistenza, mantiene la duttilità del metallo dopo la ricottura.
Ambito di utilizzo del tungsteno
Le proprietà uniche di questo metallo ne predeterminano l'applicazione. Nei volumi industriali viene utilizzato sia nella sua forma pura che come leghe.
Il tungsteno nella vita di tutti i giorni viene utilizzato principalmente per scopi elettrici.
È lui che viene utilizzato come componente principale (elemento di lega) nella produzione di acciai rapidi. In media, il contenuto di tungsteno va dal nove al venti percento. Inoltre, è un componente degli acciai per utensili.
Tali forcelle di acciaio vengono utilizzate per la produzione di frese, trapani, punzoni, matrici. Ad esempio, P6M5 indica che l'acciaio è legato con cobalto e molibdeno. Inoltre, è contenuto il tungsteno in cui si dividono in specie di tungsteno-cobalto e tungsteno.
Il tungsteno nella vita di tutti i giorni nella sua forma pura non è praticamente richiesto. Il carburo di tungsteno è un composto di questo metallo con carbonio. La mescola è caratterizzata da elevata durezza, refrattarietà e resistenza all'usura. Sulla base del carburo di tungsteno, vengono prodotte leghe dure per la produzione di utensili, contenenti circa il 90% di tungsteno e circa il 10% di cobalto. Le parti taglienti degli utensili di perforazione e taglio sono realizzate in leghe dure.
Varietà di acciai a base di tungsteno
Resistente all'usura e basato sulla refrattarietà del tungsteno. I composti di tungsteno con cromo e cobalto, chiamati stelliti, sono comuni nell'industria. Vengono applicati mediante riporto su parti soggette ad usura di parti di macchine industriali.
Le leghe "pesanti" e di contatto sono miscele di tungsteno con argento o rame. Sono considerati materiali di contatto abbastanza efficaci, quindi vengono utilizzati per la produzione di parti di lavoro di interruttori a coltello, elettrodi per saldatura a punti e per la produzione di interruttori.
Sotto forma di filo, prodotti forgiati, nastri di tungsteno sono utilizzati nell'ingegneria radiofonica, nella produzione di lampade elettriche e anche nella tecnologia a raggi X. È questo metallo che è considerato il miglior materiale per creare spirali e filamenti.
Barre e fili di tungsteno sono necessari per la produzione di riscaldatori elettrici per riscaldatori a base di tungsteno sono in grado di funzionare in un'atmosfera di gas inerte, idrogeno e anche nel vuoto.
Uno degli usi più importanti del tungsteno è la saldatura. Da esso creano elettrodi che vengono utilizzati per la saldatura ad arco. Gli elettrodi risultanti sono considerati non consumabili.
Ottenere metallo refrattario
Quanto vale il tungsteno? Il prezzo al kg è compreso tra 900 e 1200 rubli. Appartiene al gruppo degli elementi metallici rari. Oltre al tungsteno, sono inclusi anche il rubidio e il molibdeno. I metalli rari hanno una piccola scala di utilizzo, dato il loro contenuto insignificante nella crosta terrestre. Nessuno dei metalli elencati può essere ottenuto per riduzione diretta dalle materie prime. Per cominciare, le materie prime vengono trasformate in vari prodotti chimici. Va notato che uno speciale arricchimento aggiuntivo dei minerali viene effettuato prima della loro completa lavorazione.
Ci sono tre fasi nella catena tecnologica per ottenere tungsteno raro. In primo luogo, il minerale viene decomposto, separando il metallo estratto dalla massa delle materie prime, nonché la sua concentrazione nel precipitato o in soluzione. Successivamente, si ottengono composti chimicamente puri, viene effettuato l'isolamento e la purificazione della sostanza chimica. Nella terza fase, il metallo viene isolato dall'ossido purificato dalle impurità.
Wolframite è usato come materia prima nella produzione di tungsteno. Questo minerale contiene circa il due percento di metallo puro. L'arricchimento del minerale avviene per flottazione, gravità, separazione elettromagnetica o magnetica. Dopo l'arricchimento si forma un concentrato di tungsteno, che contiene circa il 65% di ossido di tungsteno (6). Oltre al metallo, tali concentrati contengono impurità di zolfo, rame, fosforo, arsenico, bismuto, antimonio. Quanto costa questo tungsteno? Il prezzo al kg è di circa mille rubli. Per fare la polvere di tungsteno, è necessario ridurre la sua anidride con carbonio o idrogeno.
Viene utilizzato principalmente il metodo di idrogenazione, poiché il carbonio aggiunge fragilità al metallo e influisce negativamente sulla sua lavorabilità. Per la produzione di polvere di tungsteno vengono utilizzati metodi speciali che consentono di analizzare la composizione, la dimensione del grano e anche la composizione dei granuli formati.
L'idrogeno compatto, principalmente sotto forma di lingotti o barre, viene utilizzato come grezzo nella produzione di semilavorati come nastri e fili.
Attualmente, vengono utilizzati due metodi per creare tungsteno compatto. Il primo metodo prevede l'uso della metallurgia delle polveri. Secondo il secondo metodo, è consentito l'uso di forni elettrici ad arco, che prevedono l'uso di elettrodi consumabili.
I prodotti più comuni realizzati in metallo di tungsteno e di particolare importanza sono le bacchette di tungsteno. Per forgiatura, si ottengono dalle aste su una speciale macchina forgiatrice. I prodotti finiti sono utilizzati in vari rami dell'industria moderna. Ad esempio, è da loro che si ottengono elettrodi di saldatura non consumabili. Inoltre, le barre di tungsteno vengono utilizzate anche per creare riscaldatori. Sono richiesti in dispositivi a scarica di gas, lampade elettriche.
Proprietà del tungsteno
Tungsteno- è di metallo. Non è nell'acqua dei mari, non è nell'aria e nella crosta terrestre è solo dello 0,0055%. Tale tungsteno, elemento, piazzandosi alla 74a posizione in . Per l'industria è stato "aperto" dall'Esposizione Universale nella capitale francese. Avvenne nel 1900. La mostra in primo piano acciaio al tungsteno.
La composizione era così dura che poteva tagliare qualsiasi materiale. restava “invincibile” anche a temperature di migliaia di gradi, per questo veniva chiamato rosso-resistente. I produttori di diversi paesi che hanno visitato la mostra hanno messo in servizio lo sviluppo. La produzione di acciai legati ha acquisito una scala globale.
È interessante notare che l'elemento stesso è stato scoperto nel 18° secolo. Nel 1781, lo svedese Scheeler sperimentò il minerale tungsteno. Il chimico decise di metterlo in acido nitrico. Nei prodotti di decomposizione, lo scienziato ha scoperto un metallo grigio sconosciuto con una lucentezza argentata. Il minerale su cui sono stati effettuati gli esperimenti è stato successivamente ribattezzato scheelite, e il nuovo elemento chiamato tungsteno.
Tuttavia, ci è voluto molto tempo per studiarne le proprietà, e quindi un'applicazione degna per il metallo è stata trovata molto più tardi. Il nome è stato scelto subito. Parola tungsteno esisteva prima. Gli spagnoli chiamavano questo uno dei minerali trovati nei giacimenti del paese.
La composizione della pietra, infatti, comprendeva l'elemento n. 74. Esternamente, il metallo è poroso, come schiumato. Quindi un'altra analogia è tornata utile. In tedesco, tungsteno significa letteralmente "schiuma di lupo".
Il punto di fusione del metallo compete con l'idrogeno ed è l'elemento più resistente alla temperatura. Pertanto, e installa indice di rammollimento del tungsteno non potrebbe per cento anni. Non c'erano forni in grado di riscaldarsi fino a diverse migliaia di gradi.
Quando il "beneficio" dell'elemento grigio argento è stato "visto attraverso", ha iniziato a essere estratto su scala industriale. Per la mostra del 1900 il metallo fu estratto alla vecchia maniera con acido nitrico. Tuttavia, il tungsteno viene ancora estratto in questo modo.
Estrazione di tungsteno
Molto spesso, il triossido viene prima ottenuto dai rifiuti minerali. Viene lavorato a 700 gradi, ottenendo metallo puro sotto forma di polvere. Per ammorbidire le particelle, bisogna ricorrere solo all'idrogeno. Dentro il tungsteno si scioglie a tremila gradi Celsius.
La lega va a tronchesi, tronchesi, tronchesi. per la lavorazione dei metalli con applicazione di tungsteno migliorare la precisione della produzione di parti. Se esposto a superfici metalliche, l'attrito è elevato, il che significa che le superfici di lavoro sono molto calde. Le macchine per il taglio e la lucidatura senza elemento n. 74 possono fondersi. Questo rende il taglio impreciso, imperfetto.
Il tungsteno non è solo difficile da sciogliere, ma anche da lavorare. Nella scala di durezza, il metallo occupa la nona posizione. Il corindone ha lo stesso numero di punte, dalle cui briciole, ad esempio, viene fatto un coltello. Solo il diamante è più duro. Pertanto, con il suo aiuto, viene elaborato il tungsteno.
Applicazione del tungsteno
La "fermezza" del 74° elemento attrae. I prodotti realizzati con leghe con metallo grigio-argento non possono essere graffiati, piegati, rotti, a meno che, ovviamente, non vengano raschiati sulla superficie o con gli stessi diamanti.
I gioielli in tungsteno hanno un altro indiscutibile vantaggio. Non provocano reazioni allergiche, a differenza dell'oro, dell'argento, del platino e, ancor di più, delle loro leghe con o. Per i gioielli viene utilizzato il carburo di tungsteno, ovvero la sua combinazione con il carbonio.
È riconosciuta come la lega più dura nella storia dell'umanità. La sua superficie lucida riflette perfettamente la luce. I gioiellieri lo chiamano lo "specchio grigio".
A proposito, gioielli gli artigiani hanno rivolto la loro attenzione al tungsteno dopo che i nuclei di proiettili, proiettili e piastre per giubbotti antiproiettile iniziarono a essere realizzati con questa sostanza a metà del XX secolo.
Le lamentele dei clienti sulla fragilità degli standard più elevati e dei gioielli in argento hanno fatto sì che i gioiellieri pensassero a un nuovo elemento e cercassero di applicarlo nel loro settore. Inoltre, i prezzi hanno cominciato a fluttuare. Il tungsteno è diventato un'alternativa al metallo giallo, che non è più percepito come un investimento.
Essendo un metallo prezioso valore di tungsteno molti soldi. Per un chilogrammo chiedono almeno 50 dollari al mercato all'ingrosso. L'industria mondiale consuma 30 mila tonnellate di elemento n. 74 all'anno. Più del 90% viene assorbito dall'industria metallurgica.
Solo in tungsteno contenitori per lo stoccaggio di scorie nucleari. Il metallo non trasmette raggi distruttivi. Un elemento raro viene aggiunto alle leghe per la fabbricazione di strumenti chirurgici.
Ciò che non viene utilizzato per scopi metallurgici viene preso dall'industria chimica. I composti di tungsteno con fosforo, ad esempio, sono la base di vernici e pitture. Non crollano, non svaniscono dai raggi del sole.
MA soluzione di tungstato di sodio resistente all'umidità e al fuoco. Diventa chiaro quali tessuti impermeabili e ignifughi impregnati per tute di subacquei e vigili del fuoco.
Depositi di tungsteno
Ci sono diversi giacimenti di tungsteno in Russia. Si trovano in Altai, Estremo Oriente, Caucaso settentrionale, Chukotka e Buriazia. Al di fuori del paese, il metallo viene estratto in Australia, Stati Uniti, Bolivia, Portogallo, Corea del Sud e Cina.
C'è persino una leggenda nel Celeste Impero su un giovane esploratore che venne in Cina per cercare una pietra di latta. Lo studente si stabilì in una delle case di Pechino.
Dopo una ricerca infruttuosa, al ragazzo piaceva ascoltare le storie della figlia del proprietario. Una sera raccontò la storia delle pietre scure da cui era stata costruita la stufa di casa. Si è scoperto che i blocchi stavano cadendo dalla scogliera nel cortile sul retro dell'edificio. Quindi, lo studente non ha trovato, ma ha trovato il tungsteno.
Il tungsteno è considerato il metallo più refrattario conosciuto. Fu ottenuto per la prima volta nel 18° secolo, ma l'uso industriale iniziò molto più tardi, con lo sviluppo della tecnologia di produzione.
Caratteristiche principali
Essendo il metallo più refrattario, il tungsteno ha proprietà specifiche:
- Il punto di fusione del tungsteno è approssimativamente lo stesso della temperatura della corona solare - 3422 °C.
- Allo stesso tempo, la densità del tungsteno puro lo mette alla pari con i metalli più densi. La sua densità è quasi uguale alla densità dell'oro: 19,25 g/cm 3 .
- La conducibilità termica del tungsteno dipende dalla temperatura e varia da 0,31 cal/cm·sec·°C a 20°С a 0,26 cal/cm·sec·°С a 1300°С.
- Anche la capacità termica è vicina a quella dell'oro e ammonta a 0,15·10 3 J/(kg·K).
Il metallo ha un reticolo cristallino centrato sul corpo cubico. Nonostante la sua elevata durezza, il tungsteno è molto duttile e malleabile quando riscaldato, il che rende possibile la produzione di filo sottile da esso, che ha un'ampia gamma di applicazioni.
Ha un colore grigio-argento, che non cambia all'aria aperta, poiché il tungsteno ha un'elevata resistenza chimica e reagisce con l'ossigeno solo a temperature superiori al calore rosso.
Le proprietà chimiche dell'elemento, di regola, iniziano ad apparire quando vengono riscaldate al di sopra di alcune centinaia di gradi. In condizioni normali non interagisce con la maggior parte degli acidi conosciuti, fatta eccezione per una miscela di acido fluoridrico e acido nitrico.
In presenza di determinati agenti ossidanti, può reagire con fusi alcalini. In questo caso, per avviare la reazione è necessario il riscaldamento ad una temperatura di 400 - 500°C, quindi la reazione procede rapidamente, con rilascio di calore.
Alcuni composti, in particolare il carburo di tungsteno, hanno una durezza molto elevata e vengono utilizzati nell'industria metallurgica per la lavorazione delle leghe dure.
Le suddette caratteristiche del tungsteno determinano le specificità delle aree di applicazione del metallo, sia in forma pura che come parte di varie leghe e composti chimici.
Il tungsteno è incluso in molte leghe resistenti al calore come aggiunta di lega per aumentare la durezza, il punto di fusione e la resistenza alla corrosione.
La vicinanza della densità e della capacità termica del tungsteno e dell'oro può teoricamente servire a falsificare lingotti d'oro, ma questo può essere facilmente rilevato misurando la resistenza elettrica e rifondendo il lingotto d'oro.
Ottenere tungsteno
Nella sua forma pura e nativa, il metallo non si trova in natura. La maggior parte dei depositi sono formati da ossidi. Il contenuto di composti in termini di metallo puro nel giacimento di minerale è 0,2 - 2%.
La resistenza chimica e l'alto punto di fusione consentono la produzione di tungsteno dal minerale solo utilizzando tecniche specifiche.
La maggior parte dei metodi per la produzione industriale del tungsteno si basano sulla riduzione del metallo dal suo ossido. La prima fase della produzione consiste nell'arricchimento del minerale contenente tungsteno. L'ossido WO 3 viene quindi ottenuto mediante operazioni di lisciviazione e riduzione, che viene ridotto a metallo puro in atmosfera di idrogeno. La temperatura di processo è di circa 700 °C.
Come risultato della reazione si ottiene una polvere metallica finemente dispersa. L'alto punto di fusione non consente la formazione del metallo in lingotti, quindi la polvere di tungsteno viene prima pressata ad alta pressione e quindi sinterizzata in un'atmosfera di idrogeno riscaldando fino a una temperatura di 1300 ° C. Una potente corrente elettrica viene fatta passare attraverso le barre risultanti. A causa dell'elevata resistenza di transizione tra i grani di metallo, il pezzo viene riscaldato e fuso.
Il lingotto risultante viene purificato mediante fusione a zone, simile alla tecnologia per la produzione di semiconduttori ultrapuri. La produzione di tungsteno mediante questa tecnologia consente di ottenere metallo di elevata purezza senza ulteriori operazioni di purificazione.
Nella produzione di leghe, tutti i componenti vengono aggiunti prima della fase di pressatura delle polveri, poiché non è più possibile farlo in un secondo momento. Nel processo di pressatura, sinterizzazione e ulteriore lavorazione del pezzo (pressatura, laminazione), viene garantita una distribuzione uniforme delle impurità nella lega.
Il tungsteno viene lavorato a temperature di circa millecinquecento gradi. Con tale riscaldamento, il metallo diventa molto duttile e consente la forgiatura, lo stampaggio. Il filo sottile per spirali di lampade a incandescenza è realizzato per trafilatura. In questo caso, i cristalli di metallo si trovano lungo il filo, aumentandone la forza. Poiché i requisiti di uniformità sono elevati sulle bobine della lampada, il filo di tungsteno viene inoltre sottoposto a operazioni di lucidatura elettrochimica.
Applicazione del tungsteno
La maggior parte delle applicazioni del tungsteno sfruttano il suo alto punto di fusione, densità e duttilità. Il tungsteno è indispensabile nelle seguenti aree:
- Il tungsteno puro è l'unico metallo utilizzato nei filamenti di lampade per illuminazione, lampade radio, cinescopi e altri dispositivi sottovuoto;
- Nella sua forma pura e nella composizione di leghe, trova impiego nella produzione di anime per proiettili e proiettili perforanti di calibro inferiore;
- L'elevata densità del tungsteno consente di realizzare rotori per giroscopi di piccole dimensioni per missili e veicoli spaziali;
- Produzione di elettrodi non consumabili per saldatura ad arco argon;
- I dispositivi di protezione dalle radiazioni al tungsteno sono più efficaci dei tradizionali dispositivi di piombo. L'uso del tungsteno è economicamente vantaggioso nonostante il suo costo più elevato rispetto al piombo. Ciò è dovuto al fatto che il consumo di tungsteno con le stesse caratteristiche tecniche del prodotto è molto inferiore.
- I prodotti in tungsteno non necessitano di protezione dalla corrosione a causa della bassa attività chimica in condizioni di temperatura normali.
I composti di tungsteno con carbonio sono più comunemente conosciuti come "win". La loro elevata durezza viene utilizzata nel taglio di strumenti di saldatura per la lavorazione dei metalli: frese, trapani, frese. Gli strumenti con punta in pobedite vengono utilizzati per lavorare quasi tutti i materiali, dal legno, dove non è quasi mai richiesta una periodica affilatura, a qualsiasi tipo di pietra. Per l'affilatura di utensili vincitori, sono necessari abrasivi con la massima durezza. Ciò corrisponde pienamente agli abrasivi diamantati e elbor, che hanno la durezza più alta tra tutti quelli conosciuti.
Le saldature Pobedit sono fissate ai bordi di lavoro dell'utensile mediante saldatura in rame. Il borace è usato come flusso.
Il carburo di tungsteno è utilizzato in gioielleria, in particolare negli anelli. L'elevata durezza del materiale consente di mantenere la lucentezza del prodotto per l'intera durata.
Pobedit è prodotto con il metodo della polvere, utilizzando il cobalto per il legame con un cristallo di carburo di tungsteno.
Leghe a base di tungsteno
Le leghe di tungsteno possono essere ottenute solo dalla metallurgia delle polveri. Ciò è dovuto alla grande differenza nelle temperature di fusione dei metalli che compongono la lega. Le polveri dei componenti iniziali dopo la miscelazione vengono pressate e quindi sottoposte a sinterizzazione. Come risultato delle forze capillari, metalli più fusibili riempiono lo spazio tra i grani di tungsteno, formando una lega monolitica. Le soluzioni solide dei componenti della lega si formano ai bordi del grano.
Le più diffuse leghe di tungsteno con rame, ferro e nichel. Le leghe VNZh e VNM più comuni includono tungsteno - nichel - ferro e tungsteno - nichel - rame.
Per ottenere caratteristiche speciali possono essere inclusi anche argento, cromo, cobalto e molibdeno.
Le leghe di tungsteno sono utilizzate per la produzione di parti e dispositivi in cui l'alta densità è importante con dimensioni complessive ridotte. Questi sono tutti i tipi di contrappesi, volani, pesi di regolatori centrifughi, nuclei di proiettili e proiettili.
Non si conoscono molti gradi di tungsteno. Prima di tutto, è tecnicamente puro tungsteno - HF.
I gradi di tungsteno utilizzati nell'industria di solito includono alcuni additivi. Il materiale drogato con lantanio è designato come VL, con ittrio - VI. Questi additivi leganti migliorano ulteriormente le proprietà meccaniche e tecnologiche del metallo.
Le leghe con renio - VR5, VR20 - sono utilizzate nella produzione di termocoppie ad alta temperatura.
Il drogaggio con il torio aumenta le proprietà di emissione del tungsteno, che è particolarmente importante nella produzione di catodi per tubi a vuoto ad alta potenza. Questo additivo migliora anche la capacità di innescare un arco elettrico nella saldatura TIG.
Le leghe di tungsteno con rame e argento vengono utilizzate per creare contatti in apparecchiature di commutazione ad alta corrente. Il rame e l'argento con un'elevata conduttività elettrica non hanno un'elevata resistenza meccanica. Con il passaggio di correnti elevate è possibile la fusione dei gruppi di contatto. I contatti in leghe di tungsteno sono esenti da queste carenze, nonostante una resistenza elettrica leggermente superiore.
L'elevata densità delle leghe consentirà di utilizzarle per la fabbricazione di contenitori per lo stoccaggio di sostanze radioattive, schermi per la protezione contro le radiazioni γ.