Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!
Wolfram také patří do skupiny kovů charakterizovaných vysokými indexy lomivosti. Ve Švédsku ho objevil chemik jménem Scheele. To byl on, kdo uspěl první v roce 1781 extrahovat oxid neznámého kovu z minerálního wolframitu. Čistý wolfram získal vědec po 3 letech.
Popis
Wolfram patří do skupiny materiálů, které se často používají v různých průmyslových odvětvích. Označuje se písmenem W a v periodické tabulce má pořadové číslo 74, které se vyznačuje světle šedou barvou. Jednou z jeho charakteristických vlastností je vysoká odolnost. Bod tání wolframu je 3380 stupňů Celsia. Zvažujeme-li to z hlediska aplikace, pak nejdůležitějšími vlastnostmi tohoto materiálu jsou:
- hustota;
- bod tání;
- elektrický odpor;
- koeficient lineární roztažnosti.
Při výpočtu jeho charakteristických vlastností je nutné zvolit vysokou teplotu varu, která se nachází na úrovni 5 900 stupňů Celsia . Dalším znakem je nízká rychlost odpařování. Je nízká i za teplotních podmínek 2000 stupňů Celsia. Takovou vlastností jako elektrická vodivost je tento kov 3 krát větší než taková běžná slitina, jako je měď.
Faktory omezující použití wolframu
Použití tohoto materiálu omezuje řadu faktorů:
- vysoká hustota;
- významná tendence k rozbití při nízkých teplotách;
- nízká odolnost vůči oxidaci.
Wolfram má podobný vzhled jako běžná ocel . Jeho hlavní využití je spojeno především s výrobou slitin s vysokou pevností. Tento kov může být zpracován, ale pouze pokud je předehřátý. V závislosti na zvoleném typu zpracování se zahřívání provádí při určité teplotě. Pokud je například úkolem kování wolframových tyčí, pak musí být obrobek předehřát na teplotu 1450 - 1500 ° C.
Více než 100 let, wolfram nebyl použit pro průmyslové účely. Jeho použití při výrobě různých technik bylo omezeno vysokou teplotou tání.
Začátek jeho průmyslové aplikace je spojen s rokem 1856, kdy byl poprvé použit k legování tříd nástrojové oceli. Během výroby začali přidávat wolfram s celkovým podílem až 5%. Přítomnost tohoto kovu v oceli nám umožnila zvýšit řeznou rychlost na soustružnických strojích z 5 na 8 m za minutu .
Vývoj průmyslu ve druhé polovině XIX století se vyznačuje aktivním rozvojem průmyslu obráběcích strojů. Poptávka po vybavení se každým rokem neustále zvyšuje, což od výrobců strojů vyžadovalo získání kvalitních vlastností strojů a kromě zvýšení jejich pracovní rychlosti. Prvním impulsem ke zlepšení řezné rychlosti bylo použití wolframu.
Již na počátku 20. století se rychlost řezání zvýšila na 35 metrů za minutu . Toho bylo dosaženo dotováním oceli nejen wolframem, ale také dalšími prvky:
- molybden;
- chrom;
- vanadium.
Následně se rychlost řezání na strojích zvýšila na 60 metrů za minutu. I přes tyto vysoké míry však odborníci pochopili, že existuje možnost tuto charakteristiku zlepšit. Který způsob, jak se rozhodnout pro zvýšení řezné rychlosti, odborníci dlouho nepomysleli. Oni se uchýlili k použití wolframu, ale už ve formě carbides v spojení s jinými kovy a jejich druhy. V současné době je obvyklé řezat kovy na strojích na 2000 metrů za minutu.
Vlastnosti wolframu
Jako každý materiál, wolfram má své vlastní speciální vlastnosti, díky kterým se dostal do skupiny strategických kovů. Již jsme říkali, že jednou z výhod tohoto kovu je vysoká odolnost vůči žáru. Díky této vlastnosti může být materiál použit pro výrobu filamentů.
Teplota tání je 2500 ° C. Ale pouze s touto kvalitou nejsou kladné vlastnosti tohoto materiálu omezeny. Má další výhody, které je třeba zmínit. Jedním z nich je vysoká pevnost, prokázaná v podmínkách běžných a zvýšených teplot. Když se například železo a slitiny, které jsou na něm založeny, zahřívají na teplotu 800 ° C, pevnost klesá o faktor 20. Za stejných podmínek se síla wolframu sníží pouze třikrát. Za podmínek 1500 stupňů Celsia je síla železa prakticky snížena na nulu, zatímco ve wolframu je na úrovni železa při běžných teplotách.
Dnes se 80% wolframu vyráběného na světě používá hlavně při výrobě vysoce kvalitní oceli. Více než polovina druhů oceli používaných ve strojírenských podnicích obsahuje wolfram. Používají je jako hlavní materiál pro turbínové díly, převodovky a také používají tyto materiály pro výrobu kompresorových strojů. Od strojírenských ocelí obsahujících wolfram, vyráběných hřídelí, ozubených kol a také kovaného rotoru.
Kromě toho se používají pro výrobu klikových hřídelí, ojnic. Přidání složení technické oceli, kromě wolframu a dalších legujících prvků, zvyšuje jejich kalitelnost. Navíc poskytuje možnost získat jemnozrnnou strukturu. Spolu s tím, jako jsou vlastnosti jako zvýšení tvrdosti a pevnosti ve strojírenských ocelích.
Při výrobě žáruvzdorných slitin je jedním z předpokladů použití wolframu. Potřeba použití tohoto konkrétního kovu je způsobena tím, že je jediný, který je schopen vydržet značné zatížení při vysokých teplotách, které přesahují množství tavení železa. Wolfram a sloučeniny na bázi tohoto kovu jsou vysoce odolné a mají dobré ukazatele elasticity. V tomto ohledu jsou lepší než jiné kovy, které jsou zahrnuty ve skupině žáruvzdorných materiálů.
Nevýhody
Nicméně, vyjmenování výhod wolframu, je třeba poznamenat a nevýhody, které jsou v tomto materiálu obsaženy .
Jako hlavní je možné nazvat jeho nízkou odolnost vůči oxidaci za teplotních podmínek nad 700 stupňů Celsia. Proto je pro materiály z wolframu nutné dodatečně zajistit odpovídající ochranu.- Další nevýhodou slitin na bázi wolframu je jejich nízká tažnost při teplotách 500 ° C.
- Wolfram je nedostatečný materiál, který může být také považován za nevýhodu tohoto kovu.
V současnosti vyráběný wolfram obsahuje thium ve složení 2%. Taková slitina se nazývá thoriated wolfram. Vyznačuje se pevností v tahu 70 MPa při teplotě 2420 ° C. I když je hodnota tohoto ukazatele nízká, konstatujeme, že pouze 5 kovů spolu s wolframem nemění svůj pevný stav při takové teplotě.
Tato skupina zahrnuje molybden, jehož bod tání je 2625 stupňů. Dalším kovem je technecium. Je však nepravděpodobné, že by se v blízké budoucnosti vyráběly slitiny založené na něm. Rhenium a tantal nemají za těchto teplotních podmínek vysokou pevnost. Proto je wolfram jediným materiálem, který je schopen zajistit dostatečnou pevnost při vysokých teplotách. Z toho důvodu, že patří mezi vzácné, existuje-li možnost jej nahradit, výrobci k tomu používají alternativu.
Při výrobě jednotlivých složek však nejsou žádné materiály, které by mohly plně nahradit wolfram. Například při výrobě filamentů elektrických žárovek a anod s obloukovými výbojkami se používá pouze wolframu, protože prostě neexistují vhodné náhražky. Používá se také při výrobě elektrod pro svařování argonem a atomovým vodíkem. Také tento materiál je vyroben z topného tělesa používaného v podmínkách od 2000 stupňů Celsia.
Aplikace
Wolfram a slitiny vyráběné na jeho bázi jsou široce používány v různých průmyslových odvětvích. Používají se při výrobě leteckých motorů používaných v oblasti raketové výroby, ale i při výrobě kosmických technologií. Pomocí těchto slitin jsou v těchto oblastech vytvořeny tryskové trysky, které vkládají kritické úseky do raketových motorů. Kromě toho jsou tyto materiály používány jako hlavní pro výrobu slitin raket.
Výroba slitin z tohoto kovu má jednu vlastnost, která je spojena s odolností tohoto materiálu. Při vysokých teplotách mění mnoho kovů svůj stav a mění se na plyny nebo vysoce těkavé kapaliny. Pro získání slitin, ve kterých je přítomen wolfram, se proto používají metody práškové metalurgie.
Tyto způsoby zahrnují lisování směsi kovových prášků, následné slinování a další vystavení jejich působení na tavení elektrickým obloukem prováděným v elektrodových pecích. V některých případech je slinutý wolframový prášek dodatečně impregnován kapalným roztokem jiného kovu. Používají se tedy pseudo-slitiny z wolframu, mědi a stříbra, které se používají pro kontakty v elektrických instalacích. Ve srovnání s mědí je životnost těchto výrobků 6-8krát vyšší.
Tento kov a jeho slitiny mají velké vyhlídky na další rozšíření rozsahu použití. Především je třeba poznamenat, že na rozdíl od niklu mohou tyto materiály pracovat na ohnivých hranicích. Použití wolframových výrobků místo niklu vede k tomu, že elektrárny zvyšují provozní parametry. To vede ke zvýšení účinnosti zařízení . Kromě toho výrobky na bázi wolframu snadno snášejí provoz v náročných podmínkách. Můžeme tedy s jistotou prohlásit, že skupina wolframu bude i nadále v čele skupiny takových materiálů v blízké budoucnosti.
Wolfram v elektrotechnice
Wolfram přispěl k procesu zlepšování elektrické žárovky. Až do roku 1898 bylo v těchto elektrických osvětlovacích zařízeních používáno uhlí.
- byla snadno vyrobitelná;
- jeho výroba byla levná.
Jedinou nevýhodou uhlíkových vláken bylo, že měla krátkou životnost . Po 1898, uhlíkové vlákno žárovek mělo konkurenta ve formě osmium. Začátek v 1903, tantal byl používán produkovat elektrické lampy. Nicméně, v 1906, wolfram nahradil tyto materiály a začal být používán pro výrobu vláken pro žárovky. Používá se dnes při výrobě moderních žárovek.
Pro vytvoření tohoto materiálu s vysokou tepelnou odolností se na kovový povrch nanese vrstva rhenia a thoria. V některých případech se vlákno wolframu vyrábí přidáním rhenia. To je způsobeno tím, že při vysokých teplotách se tento kov začíná odpařovat, což vede ke skutečnosti, že se závit tohoto materiálu stává tenčí. Přidání rhenia do kompozice snižuje účinek odpařování 5krát.
V současné době se wolfram aktivně využívá nejen ve výrobě elektrotechniky, ale také v různých vojenských průmyslových výrobcích . Přídavek k pistole poskytuje vysoce účinné materiály tohoto typu. Kromě toho vám umožní zlepšit vlastnosti pancéřové ochrany, stejně jako dělat účinnější brnění-pronikavé mušle.
Závěr
Wolfram je jedním z nejoblíbenějších materiálů používaných v metalurgii. Přidání do složení vyrobené oceli zvyšuje jejich vlastnosti. Stávají se odolnější vůči tepelnému namáhání a kromě toho stoupá teplota tání, což je důležité zejména u výrobků používaných v extrémních podmínkách při vysokých teplotách . Použití při výrobě různých zařízení, výrobků a komponentů, komponentů tohoto kovu nebo slitin na základě toho umožňuje zlepšit vlastnosti zařízení a zvýšit efektivitu jejich práce.