В статията „Волфрам. Свойства, приложение, производство, продукти” подробно разглежда огнеупорния метал волфрам. Описани са свойствата на волфрама, посочени са областите на неговото приложение. Различни степени на волфрам също са изброени с техните характеристики.

Статията обхваща процеса на производство на волфрам от етапа на обогатяване на рудата до етапа на получаване на заготовки под формата на пръти и слитъци. Отбелязани са характерните особености на всеки етап.

Особено внимание в статията се отделя на продуктите (тел, пръти, листове и др.). Описани са процесите на производство на един или друг продукт от волфрам, неговите характеристики и приложения.

Глава 1. Волфрам. Свойства и приложения на волфрама

Волфрамът (обозначен с W) е химичен елемент от VI група от 6-ти период на таблицата D.I. Менделеев, има номер 74; светлосив преходен метал. Най-огнеупорният метал има точка на топене t pl \u003d 3380 ° C. От гледна точка на приложението на волфрамовия метал най-важните му свойства са плътност, точка на топене, електрическо съпротивление, коефициент на линейно разширение.

§едно. Свойства на волфрама

Имот	Значение
Физични свойства
атомно число	74
Атомна маса, a.m.u. (g/mol)	183,84
Атомен диаметър, nm	0,274
Плътност, g / cm3	19,3
Точка на топене, °С	3380
Точка на кипене, °C	5900
Специфичен топлинен капацитет, J/(g K)	0,147
Топлопроводимост, W/(m K)	129
Електрическо съпротивление, µOhm cm	5,5
Коефициент на линейно термично разширение, 10 -6 m/mK	4,32
Механични свойства
Модул на Юнг, GPa	415,0
Модул на срязване, GPa	151,0
Коефициент на Поасон	0,29
Гранична якост σ B , MPa	800-1100
Относително удължение δ, %	0

Металът има много висока точка на кипене (5900 °C) и много ниска скорост на изпарение дори при температура от 2000 °C. Електрическата проводимост на волфрама е почти три пъти по-ниска от тази на медта. Свойствата, които ограничават обхвата на приложение на волфрама, включват висока плътност, висока склонност към крехкост при ниски температури и ниска устойчивост на окисление при ниски температури.

На външен вид волфрамът е подобен на стоманата. Използва се за създаване на сплави с висока якост. Обработка (коване, валцуване и изтегляне) волфрамът се поддава само при нагряване. Температурата на нагряване зависи от вида на обработката. Например коването на пръти се извършва чрез нагряване на детайла до 1450-1500 °C.

§2. Класове волфрам

Волфрамова марка	Характеристика на марката	Целта на въвеждането на добавката
HF	Чист волфрам (без добавки)	-
Вирджиния	Волфрам със силициево-алкални и алуминиеви добавки	Повишаване на температурата на първична рекристализация, якост след отгряване, стабилност на размерите при високи температури
VM	Волфрам със силициево-алкални и ториеви добавки	Повишаване на температурата на рекристализация и увеличаване на якостта на волфрама при високи температури
WT	Волфрам, легиран с ториев оксид
В И	Волфрам с добавка итриев оксид	Повишаване на емисионните свойства на волфрама
ВЛ	Волфрам с добавка лантанов оксид	Повишаване на емисионните свойства на волфрама
VR	Сплав от волфрам и рений	Увеличаване на пластичността на волфрама след високотемпературна обработка, повишаване на температурата на първична рекристализация, якост при високи температури, електрическо съпротивление и др.
VRN	Волфрам без добавка, в която се допуска високо съдържание на примеси	-
MV	Сплави на молибден и волфрам	Увеличаване на якостта на молибдена при запазване на пластичността след отгряване

§3. Приложения на волфрам

Волфрамът е широко използван поради уникалните си свойства. В промишлеността волфрамът се използва като чист метал и в редица сплави.

Основните области на приложение на волфрам
1. Специални стомани
Волфрамът се използва като един от основните компоненти или легиращ елемент при производството на бързорежещи стомани (съдържат 9-24% волфрам W), както и инструментални стомани (0,8-1,2% волфрам W - волфрамови инструментални стомани; 2- 2,7 % волфрам W - хром волфрам силициеви инструментални стомани (съдържат Cr хром и силиций Si); 2-9 % волфрам W - хром волфрам инструментални стомани (съдържат също хром Cr); 0,5-1,6 % волфрам W - хром волфрам манган инструментални стомани (съдържат също хром Cr и манган Mn). Свредла, фрези, щанци, матрици и др. са направени от изброените стомани. Примери за бързорежещи стомани включват R6M5, R6M5K5, R6M5F3. Буквата "P" означава, че стоманата е високоскоростен, буквите "M" и "K" - че стоманата е легирана съответно с молибден и кобалт. Волфрамът също е част от магнитните стомани, които се разделят на волфрамови и волфрам-кобалтови.

2. Твърди сплави на основата на волфрамов карбид
Волфрамов карбид (WC, W 2 C) - съединение на волфрам с въглерод (виж). Има висока твърдост, устойчивост на износване и огнеупорност. На негова основа се създават най-производителните инструментални твърди сплави, които съдържат 85-95% WC и 5-14% Co. Работните части на режещите и пробивните инструменти са изработени от твърди сплави.

3. Топлоустойчиви и износоустойчиви сплави
Тези сплави използват огнеупорността на волфрама. Най-често срещаните сплави на волфрам с кобалт и хром - стелити (3-5% W, 25-35% Cr, 45-65% Co). Обикновено се прилагат с помощта на наваряване върху повърхности на силно износени машинни части.

4. Контактни сплави и „тежки сплави“
Тези сплави включват сплави волфрам-мед и волфрам-сребро. Това са достатъчно ефективни контактни материали за производство на работни части на ножове, превключватели, електроди за точково заваряване и др.

5. Електровакуумна и електроосветителна техника
Волфрамът под формата на тел, лента и различни ковани части се използва в производството на електрически лампи, радиоелектроника и рентгенова техника. Волфрамът е най-добрият материал за нишки и нишки. Волфрамова тел и пръти служат като електрически нагреватели за високотемпературни пещи (до ~3000 °C). Волфрамовите нагреватели работят в атмосфера на водород, инертен газ или вакуум.

6. Електроди за заваряване
Много важна област на приложение на волфрам е заваряването. Волфрамът се използва за производство на електроди за електродъгово заваряване (виж). Волфрамовите електроди не са консумативи.

Глава 2 Производство на волфрам

§едно. Процесът на получаване на огнеупорен метал волфрам

Волфрамът обикновено се отнася към широка група редки метали. В допълнение към този метал, тази група включва молибден, рубидий и др. Редките метали се характеризират с относително малък мащаб на производство и потребление, както и с ниско разпространение в земната кора. Нито един рядък метал не се получава чрез директно редуциране от суровини. Първо, суровините се преработват в химически съединения. Освен това всички руди на редки метали се подлагат на допълнително обогатяване преди обработка.

В процеса на получаване на рядък метал могат да се разграничат три основни етапа:

• Разлагането на рудния материал е отделянето на извлечения метал от обема на преработената суровина и концентрацията му в разтвор или утайка.
• Получаване на чисти химични съединения - изолиране и пречистване на химично съединение.
• Изолиране на метала от полученото съединение - получаване на чисти редки метали.

Процесът на получаване на волфрам също има няколко етапа. Изходна суровина са два минерала - волфрамит (Fe, Mn)WO 4 и шеелит CaWO 4 . Богатите волфрамови руди обикновено съдържат 0,2 - 2% волфрам.

• Обогатяване на волфрамова руда. Произвежда се чрез гравитация, флотация, магнитна или електростатична сепарация. В резултат на обогатяването се получава волфрамов концентрат, съдържащ 55 - 65% волфрамов анхидрид (триоксид) WO 3 . Във волфрамовите концентрати се контролира съдържанието на примеси - фосфор, сяра, арсен, калай, мед, антимон и бисмут.
• Получаване на волфрамов триоксид (анхидрид) WO 3 , който служи като суровина за производството на метален волфрам или негов карбид. За да направите това, е необходимо да се извършат редица действия, като разлагане на концентрати, излугване на сплав или агломерация, получаване на техническа волфрамова киселина и др. В резултат на това трябва да се получи продукт, съдържащ 99,90 - 99,95% WO 3 .
• Получаване на волфрамов прах. Чист метал под формата на прах може да се получи от волфрамов анхидрид WO 3 . За да направите това, извършете процеса на редукция на анхидрид с водород или въглерод. Редукцията на въглерод се използва по-рядко, тъй като при този процес WO 3 е наситен с карбиди, което прави метала по-крехък и влошава обработваемостта. При получаването на волфрамов прах се използват специални методи за контрол на неговия химичен състав, размер и форма на зърното и разпределение на размера на частиците. Например, бързото повишаване на температурата и ниската скорост на подаване на водород допринасят за увеличаване на размера на частиците на праха.
• Получаване на компактен волфрам. Компактният волфрам, обикновено под формата на пръти или слитъци, е заготовка за производство на полуготови продукти, като тел, прът, лента и др.

§2. Получаване на компактен волфрам

Има два начина за получаване на компактен волфрам. Първият е прилагането на методите на праховата металургия. Вторият е чрез топене в електродъгови пещи с разходен електрод.

Методи на праховата металургия
Този метод за производство на ковък волфрам е най-често срещаният, тъй като позволява по-равномерно разпределение на добавките, които придават на волфрама специални свойства (топлоустойчивост, емисионни свойства и други).

Процесът на получаване на компактен волфрам по този метод се състои от няколко етапа:

• пръти за пресоване от метален прах;
• нискотемпературно (предварително) синтероване на заготовки;
• синтероване (заваряване) на заготовки;
• обработка на заготовки с цел получаване на полуфабрикати - волфрамова тел, лента, волфрамови пръти; Обикновено заготовките се обработват под налягане (коване) или се подлагат на механична обработка чрез рязане (например шлайфане, полиране).

Има специални изисквания за волфрамов прах. Използвайте прахове, намалени само с водород и съдържащи не повече от 0,05% примеси.

Използвайки описания метод на праховата металургия, се получават волфрамови пръти с квадратно сечение от 8x8 до 40x40 mm и дължина 280-650 mm. При стайна температура те имат добра здравина, но са много крехки. Заслужава да се отбележи, че якостта и крехкостта (противоположно свойство - пластичност) принадлежат към различни групи свойства. Якостта е механично свойство на материала, пластичността е технологично свойство. Пластичността определя пригодността на материала за коване. Ако материалът е труден за изковаване, значи е крехък. За подобряване на пластичността волфрамовите пръти се изковават в нагрято състояние.

Въпреки това, методът, описан по-горе, не може да произвежда детайли с големи размери и голяма маса, което е значително ограничение. За получаване на заготовки с големи размери, чиято маса достига няколкостотин килограма, се използва хидростатично пресоване. Този метод позволява да се получат заготовки с цилиндрично и правоъгълно напречно сечение, тръби и други продукти със сложна форма. В същото време те имат еднаква плътност, не съдържат пукнатини и други дефекти.

Предпазител
Топенето се използва за получаване на компактен волфрам под формата на големи заготовки (от 200 до 3000 kg), предназначени за валцуване, изтегляне на тръби и производство на продукти чрез леене. Топенето се извършва в електродъгови пещи с консумативен електрод и/или електронно-лъчево топене.

При дъгово топене пакети от синтеровани пръти или хидростатично пресовани синтеровани заготовки служат като електроди. Топенето се извършва във вакуум или в разредена водородна атмосфера. Резултатът е волфрамови слитъци. Волфрамовите слитъци имат едрозърнеста структура и повишена крехкост, което се дължи на високото съдържание на примеси.

За да се намали съдържанието на примеси, волфрамът първоначално се топи в електронно-лъчева пещ. Но след този вид топене волфрамът има и едрозърнеста структура. Следователно, след това, за да се намали размерът на зърното, получените блокове се стопяват в електродъгова пещ, като се добавят малки количества циркониеви или ниобиеви карбиди, както и легиращи елементи за придаване на специални свойства.

За получаване на финозърнести волфрамови блокове, както и за производство на части чрез леене, се използва дъгово топене на черепа с изливане на метал в матрица.

Глава 3. Изделия от волфрам. Пръчки, тел, ленти, прах

§едно. Волфрамови пръти

производство
Волфрамовите пръти са един от най-често срещаните видове волфрамови огнеупорни метални изделия. Изходният материал за производството на барове е прът.

За да се получат волфрамови пръти, прътът се изковава на ротационна ковашка машина. Коването се извършва в нагрято състояние, тъй като волфрамът е много крехък при стайна температура. Има няколко етапа на коване. На всеки следващ етап се получават пръти с по-малък диаметър от предишния.

При първото коване могат да се получат волфрамови пръти с диаметър до 7 mm (при условие, че прътът има дължина на страната 10-15 cm). Коването се извършва при температура на заготовката 1450-1500 °C. Молибденът обикновено се използва като материал за нагревател. След второто коване се получават пръти с диаметър до 4,5 mm. Произвежда се при температура на пръта 1300-1250 °C. При по-нататъшно коване се получават волфрамови пръти с диаметър до 2,75 mm. Трябва да се отбележи, че волфрамовите пръти от степени VT, VL и VI се произвеждат при по-висока температура от прътите от степени VA и VCh.

Ако волфрамовите слитъци, които се получават чрез топене, се използват като първоначална заготовка, тогава не се извършва горещо коване. Това се дължи на факта, че тези блокове имат груба макрокристална структура и тяхното горещо коване може да доведе до напукване и повреда.

В този случай волфрамовите блокове се подлагат на двойно горещо пресоване (степента на деформация е около 90%). Първото пресоване се извършва при температура 1800-1900 °C, второто - 1350-1500 °C. След това заготовките се изковават горещо, за да се получат волфрамови пръти.

Приложение
Волфрамовите пръти се използват широко в различни индустрии. Едно от най-честите приложения са неконсумируеми заваръчни електроди. За такива цели са подходящи волфрамови пръти от степени VT, VI, VL. Също така, волфрамови пръти от класове VA, BP, MV се използват като нагреватели. Волфрамовите нагреватели работят в пещи до 3000 °C в атмосфера на водород, инертен газ или във вакуум. Волфрамовите пръти могат да служат като катоди за радиолампи, електронни и газоразрядни устройства.

§2. Волфрамови електроди

електродъгово заваряване
Заваръчните електроди са един от най-важните компоненти, необходими за заваряване. Те се използват най-широко при електродъгово заваряване. Принадлежи към термичния клас на заваряване, при който топенето се извършва поради топлинна енергия. Дъговото заваряване (ръчно, полуавтоматично и автоматично) е най-разпространеният заваръчен процес. Топлинната енергия се създава от волтова дъга, която гори между електрода и продукта (част, детайл). Дъга - мощен стабилен електрически разряд в йонизирана атмосфера на газове, метални пари. Електродът доставя електрически ток към мястото на заваряване, за да създаде дъга.

Електроди за заваряване
Заваръчен електрод - тел с покритие (или без покритие). Има голямо разнообразие от електроди за заваряване. Те се различават по химичен състав, дължина, диаметър, определен тип електрод е подходящ за заваряване на определени метали и сплави и др. и т.н. Разделянето на заваръчните електроди на консумативи и неконсумативи е един от най-важните видове на тяхната класификация.

Консумативните заваръчни електроди се стопяват по време на процеса на заваряване, техният метал, заедно с разтопения метал на заварената част, отива за попълване на заваръчната вана. Такива електроди са изработени от стомана и мед.

Неконсумируемите електроди не се топят по време на заваряване. Този тип включва въглеродни и волфрамови електроди. При заваряване с неконсумируеми волфрамови електроди е необходима доставка на добавъчен материал (обикновено заваръчна тел или прът), който се разтопява и образува заваръчна вана заедно с разтопения материал на заварената част.

Също така електродите за заваряване са с покритие и без покритие. Покритието играе важна роля. Неговите компоненти могат да осигурят производството на заваръчен метал с определен състав и свойства, стабилно изгаряне на дъгата, защита на разтопения метал от излагане на въздух. Съответно компонентите на покритието могат да бъдат легиращи, стабилизиращи, газообразуващи, шлакообразуващи, дезоксидиращи, а самото покритие може да бъде киселинно, рутилово, основно или целулозно.

Заваряване с волфрамови електроди
Както беше отбелязано по-рано, волфрамовите електроди не са консумативи и се използват при заваряване заедно с тел за пълнене. Тези електроди се използват главно за заваряване на цветни метали и техните сплави (волфрамов електрод с добавка на цирконий), високолегирани стомани (волфрамов електрод с добавка на торий EWT), а волфрамовият електрод е много подходящ за получаване на заваръчен шев с повишена якост, и частите за заваряване могат да бъдат с различен химичен състав.

Доста често срещано е заваряването с волфрамови електроди в аргон. Тази среда има положителен ефект върху процеса на заваряване и качеството на заваръчния шев. Волфрамовите електроди могат да бъдат направени от чист волфрам или да съдържат различни добавки, които подобряват качеството на заваръчния процес и заваръчния шев. Характеристика на неконсумируеми заваръчни електроди, изработени от чист волфрам (например волфрамов електрод от марката EHF), не е много добро запалване на дъгата.

Запалването на дъгата става на три етапа:

• късо съединение на електрода към детайла;
• отстраняване на електрода на малко разстояние;
• появата на стабилен дъгов разряд.

Цирконият се добавя към волфрамовите електроди за подобряване на запалването на дъгата и постигане на висока стабилност на дъгата по време на заваряване. Торирането (волфрамов електрод EVT-15) също подобрява запалването на дъгата и увеличава експлоатационния живот на заваръчните електроди. Добавянето на итрий към волфрамови електроди (волфрамов електрод EVI-1, EVI-2, EVI-3) прави възможно използването им в различни токови среди. Например, може да има AC или DC дъга. В първия случай заваръчната дъга се захранва от източник на променлив ток. Разграничете еднофазно и трифазно дъгово захранване. Във втория - от източник на постоянен ток.

Аргон-дъгово заваряване (Дъгово заваряване с неконсумативен волфрамов електрод в аргонова среда) Този вид заваряване се е доказал при заваряване на цветни метали като молибден, титан, никел, както и високолегирани стомани. Това е вид електродъгово заваряване, при което източникът на топлината, необходима за създаване на заваръчната вана, е електрически ток. При този тип заваряване с аргонова дъга основните елементи са волфрамов електрод и инертен газ аргон. Аргонът се подава към волфрамовия електрод по време на заваряване и го предпазва, зоната на дъгата и заваръчната вана от атмосферната газова смес (азот, водород, въглероден диоксид). Тази защита значително подобрява качествените характеристики на заваръчния шев, а също така предпазва заваръчните волфрамови електроди от бързо изгаряне във въздуха. Газът аргон може да се използва при заваряване на голям брой метали и сплави, тъй като е инертен.

Стандарти за волфрамови електроди
В Русия неконсумируемите волфрамови електроди се произвеждат в съответствие с изискванията на стандартите и спецификациите. Между тях: ГОСТ 23949-80„Волфрамови електроди за заваряване, неконсумативи. Спецификации"; ТУ 48-19-27-88„Волфрам, лантаниран под формата на пръчки. Спецификации"; ТУ 48-19-221-83„Пръчки от итриран волфрам клас SVI-1. Спецификации"; ТУ 48-19-527-83„Волфрамови заваръчни неконсумируеми електроди EVCh и EVL-2. Спецификации".

§3. Волфрамова тел

производство
Волфрамова тел е един от най-често срещаните видове продукти, изработени от този огнеупорен метал. Изходният материал за производството му са ковани волфрамови пръти с диаметър 2,75 mm.

Изтеглянето на тел се извършва при температура 1000 °C в началото на процеса и 400-600 °C в края. В този случай не само жицата се нагрява, но и матрицата. Отоплението се извършва с пламък на газова горелка или електрически нагревател.

Изтеглянето на тел с диаметър до 1,26 mm се извършва на маса за теглене на права верига, в диаметър 1,25-0,5 mm - на блокова мелница с диаметър на намотката ~ 1000 mm, диаметър 0,5-0,25 - на единични чертожни машини.

В резултат на коване и изтегляне структурата на детайла става влакнеста, която се състои от кристални фрагменти, удължени по оста на обработка. Тази структура води до рязко увеличаване на якостта на волфрамовия проводник.

След изтегляне волфрамовият проводник се покрива с графитна грес. Повърхността на жицата трябва да се почисти. Почистването се извършва чрез отгряване, химическо или електролитно ецване, електролитно полиране. Полирането може да увеличи механичната якост на волфрамовия проводник с 20-25%.

Приложение
Волфрамова тел се използва за направата на съпротивителни елементи в нагревателни пещи, работещи във водород, неутрален газ или вакуум при температури до 3000 °C. Също така, волфрамова тел се използва за производството на термодвойки. За това се използват сплав волфрам-рений с 5% рений и сплав волфрам-рений с 20% рений ( VR 5/20).

AT ГОСТ 18903-73„Волфрамова тел. Асортимент” показва областите на приложение на тел класове VA, VM, VRN, VT-7, VT-10, VT-15. VA волфрамова тел, в зависимост от групата, състоянието на повърхността и метала, диаметър, се използва за производство на спирали от лампи с нажежаема жичка и други източници на светлина, спирални катоди и нагреватели за електронни устройства, пружини за полупроводникови устройства, контурни нагреватели, неспирални катоди, решетки, пружини за електронни устройства. Тел с клас VRN се използва при производството на втулки, траверси и други части на устройства, които не изискват използването на волфрам със специални добавки.

§ четири. Волфрамов прах

Чистият волфрамов прах служи като суровина за производството на компактен волфрам (виж). Волфрамов карбид WC, който също прилича на прах, се използва за производство на твърди сплави.

В зависимост от целта, волфрамовите прахове се отличават със среден размер на частиците, набор от зърна и други параметри.

Основният примес във волфрамовите прахове е кислородът (0,05 - 0,3%). Металните примеси се съдържат в волфрамовите прахове в много малки количества. Често в волфрамовите прахове се въвеждат добавки от други метали, които подобряват определени свойства на крайния продукт. Алуминий, торий, лантан и други често се използват като добавки.

VA волфрамов прах, който се използва за производството на тел, съдържа равномерно разпределени силициево-алкални и алуминиеви добавки (0,32% K 2 O; 0,45% SiO 2; 0,03% Al 2 O 3), волфрамов клас BT огнеупорен метален прах - торий добавка на оксид (0,7 - 5%), VL - добавка на лантанов оксид (~ 1% La 2 O 3), VI - добавка на итриев оксид (~ 3% Y 2 O 3), VM - добавки на силициев диоксид и торий (0,32% K 2 О, 0,45% SiO2, 0,25% ThO2).

§5. Волфрамови ленти (листове, ленти, фолиа, плочи)

производство
По правило плоските продукти от волфрам - листове, ленти, плочи, фолио - се получават чрез две операции - плоско коване и валцуване. Като заготовки се използват волфрамови пръчки с различни размери.

Първо, волфрамовите пръти са плоско изковани с пневматичен чук. Коването се извършва при температура 1500-1700 °C, която намалява до 1200-1300 °C с напредване на деформацията. Операцията по коване продължава, докато се получи изковка с дебелина 8-10 mm (при сечение на пръта 25x25 mm) или 4-5 mm (при сечение на пръта 12x12 mm).

След това получените изковки се подлагат на валцуване на валцови мелници. В началото на процеса на валцуване детайлите се нагряват до 1300-1400 °C, след което температурата се понижава до 1000-1200 °C. С горещо валцуване се получават волфрамови листове, ленти и плочи с дебелина до 0,6 mm. За получаване на листове, ленти и плочи с по-малък размер се извършва студено валцуване. За получаване на тънки листове волфрам с дебелина до 0,125 mm и лента (фолио) с дебелина 0,02-0,03 mm се използва валцуване в пакети. Пакетът се състои от няколко волфрамови ленти с еднаква дебелина и по-дебели молибденови плочи, които лежат върху волфрамовите ленти. Молибденовите плочи са по-пластични и се деформират по-бързо от волфрамовите плочи. В резултат на това по време на валцоване те стават по-тънки от волфрамовите ленти. След един или повече преходи, молибденовите плочи трябва да се сменят с нови, така че дебелината на опаковката да остане приблизително постоянна. Трябва да се отбележи, че целта на този процес е производството на тънка волфрамова лента (фолио). Молибденовите плочи тук са консуматив, който е необходим за изпълнението на валцуването в пакети.

Волфрамовите слитъци, които се получават чрез топене, могат да служат и като заготовки за волфрамова лента, плочи и листове (виж). Блоковете са предварително пресовани. Правоъгълни заготовки с дебелина 20-25 mm и ширина 50-60 mm се получават чрез пресоване от слитъци с диаметър 70-80 mm. След това заготовките се деформират на двуролкови преси.

Волфрамови листове V-MP
V-MP волфрамовите листове се използват широко в индустрията. Изработени са от волфрамов прах класове PV1 и PV2, съдържащи 99,98% W. V-MP листовете и плочите трябва да имат дебелина от 0,5-45 mm, изрязани ръбове. Листовете могат да се обработват според изискванията на клиента. ГОСТ 23922-79„V-MP волфрамови листове. Спецификации".

Приложение
Поради високата устойчивост на топлина волфрамовите листове, както и други продукти, изработени от този огнеупорен метал, се използват в условия на изключително високи температури. От волфрамови листове се изработват различни аксесоари за високотемпературни пещи - термощитове, стойки и други крепежни елементи. Разпръснатите мишени от волфрам, които са направени под формата на плочи, се използват за тънки бариерни филми при метализирането на полупроводникови компоненти на интегрални схеми. В ядрената енергетика волфрамовите листове се използват като екрани за намаляване на потока от радиоактивно излъчване.

§6. Сплави на волфрам с рений

Отделен параграф трябва да включва волфрам-рениеви сплави и продукти, направени от тези сплави. Тук ще бъдат разгледани по-подробно сплави от марки BP5 и BP20.

Сплавите на тези два метала са топлоустойчиви. Допирането на волфрам с други метали понижава точката му на топене. Но при легиране с огнеупорен метал точката на топене на сплавта не намалява толкова значително. Волфрамът (W) и реният (Re) са огнеупорни метали.

Когато рений се използва като добавка, се наблюдава "рениев ефект". 5% рений повишава устойчивостта на топлина и пластичността на волфрама. При 20-30% съдържание на рений се наблюдава оптимална комбинация от якост и пластичност с висока технологичност. Също така, предимствата на волфрам-рениеви сплави включват ниска скорост на изпарение при работни температури и високо електрическо съпротивление.

Сплави на волфрам с рений, като компактен волфрам, се получават чрез прахова металургия и топене.

Интересна област на приложение на тези сплави е измерването на температурата. Волфрам-рениева тел VR5 (5% Re, останалото - W) и VR20 (20% Re, останалото - W) се използват за производството на високотемпературни термодвойки.

Основното предимство на такива термодвойки е обхватът на измерените температури. Тъй като сплави VR 5/20са топлоустойчиви, то с помощта на термодвойки, изработени от съответния проводник, е възможно да се измерват температури над 2000 °C. Термодвойките от този тип обаче трябва да бъдат в инертна среда.

Най-често за производството на термодвойки се използва волфрам-рениев термоелектроден проводник VR5, VR20 Ø 0,2; 0,35; 0,5 мм.

§7. Волфрамови карбиди

Много важни от практическа гледна точка са съединенията на волфрам с въглерод - волфрамови карбиди. Волфрамът образува два карбида - W 2 C и WC. Тези карбиди се различават по разтворимост в карбиди на други огнеупорни метали и химическо поведение в различни киселини. Волфрамовите карбиди, подобно на карбидите на други огнеупорни метали, имат метална проводимост и положителен коефициент на електрическо съпротивление. Огнеупорността и високата твърдост на карбидите се дължат на силните междуатомни връзки в техните кристали. Освен това високата твърдост на WC карбида се запазва при повишени температури.

Най-разпространеният метод за получаване на волфрамови карбиди WC и W 2 C е калцинирането на смес от волфрамов прах със сажди в температурния диапазон 1000-1500 °C.

Волфрамовите карбиди WC и W 2 C се използват главно за производството на твърди сплави.

Карбид
Има 2 групи твърди сплави на базата на волфрамов карбид:

• лети твърди сплави (често наричани лети волфрамови карбиди);
• синтеровани твърди сплави.

Излят карбидполучени чрез отливане. За да се получи сплав, обикновено се получава прахообразен волфрам, карбид с липса на въглерод (до 3% C) или смес от WC + W, в която съдържанието на въглерод не надвишава 3%. Дребнозърнестата структура на този тип карбиди осигурява по-висока твърдост и износоустойчивост на сплавта. Лятите сплави обаче са доста крехки. Това обстоятелство ограничава тяхното приложение. Главно лети твърди сплави се използват в производството на пробивни инструменти и изтеглящи матрици за фино изтегляне на тел.

Спечен карбидкомбинирайте волфрамов монокарбид WC и циментиращ свързващ метал, който обикновено е кобалт, по-рядко никел. Такива сплави могат да бъдат получени само чрез прахова металургия. Волфрамов карбид на прах и кобалтов или никелов прах се смесват, пресоват се в продукти с необходимата форма и след това се синтероват при температури, близки до точката на топене на циментиращия метал. В допълнение към високата твърдост и устойчивост на износване, тези сплави имат добра якост. Спечените твърди сплави са най-производителните съвременни инструменти за рязане на метали. Те се използват и за производство на матрици, матрици, инструменти за пробиване. Сред твърдите сплави, за производството на които се използва волфрамов карбид, заслужава да се подчертаят сплавите от групата VK - волфрам-кобалтови твърди сплави. Широко разпространен в индустрията VK8 сплавии VK6. От тях се изработват фрези, свредла, фрези, както и други режещи и пробивни инструменти.

Заключение

В тази статия се разглеждат различни аспекти, свързани с огнеупорния метал ВОЛФРАМ - свойства, приложения, производство, продукти.

Както е описано в статията, процесът на получаване на този метал се състои от много етапи и е доста трудоемък. Авторите се опитаха да подчертаят най-важните етапи от производството на волфрам и да обърнат внимание на важни характеристики.

Прегледът на свойствата и приложенията на волфрама показва, че това е много важен материал, без който е просто невъзможно да се направи в някои отрасли. Той има уникални свойства, които в някои ситуации не могат да бъдат получени чрез използване на други материали.

Преглед на волфрамовите продукти, произвеждани от индустрията - тел, пръти, листове, прах - позволява по-добро разбиране на техните характеристики, важни свойства и специфични приложения.

Свойства на волфрама

Волфрам- това е метал. Няма го във водата на моретата, няма го във въздуха, а в земната кора е само 0,0055%. Такива волфрам, елемент, заемайки 74-та позиция в . За индустрията той беше "открит" от Световното изложение във френската столица. Състоя се през 1900 г. В изложбата бяха представени волфрамова стомана.

Композицията беше толкова твърда, че можеше да пробие всеки материал. остава "непобедим" дори при температури от хиляди градуси, поради което се нарича червено-устойчив. Производители от различни страни, които посетиха изложбата, взеха развитието в експлоатация. Производството на легирана стомана придоби световен мащаб.

Интересното е, че самият елемент е открит още през 18 век. През 1781 г. шведът Шелер експериментира с минерала волфрам. Химикът решил да го постави в азотна киселина. В продуктите на разлагането ученият открил непознат сив метал със сребрист блясък. Минералът, върху който са проведени експериментите, по-късно е преименуван на шеелит, а новият елемент наречен волфрам.

Изучаването на неговите свойства обаче отне много време и следователно достойно приложение за метала беше намерено много по-късно. Името беше избрано веднага. Думата волфрамсъществуваше преди. Испанците нарекоха това един от минералите, открити в находищата на страната.

Съставът на камъка наистина включваше елемент № 74. Външно металът е порест, сякаш е разпенен. Така че друга аналогия беше полезна. На немски волфрам буквално означава "вълча пяна".

Точката на топене на метала се конкурира с водорода и той е най-устойчивият на температура елемент. Ето защо и инсталирайте индекс на омекване на волфрамне можеше сто години. Нямаше пещи, способни да нагряват до няколко хиляди градуса.

Когато „ползата“ на сребристосивия елемент беше „видяна“, той започна да се добива в промишлен мащаб. За изложбата от 1900 г. металът е извлечен по старомодния начин с азотна киселина. Волфрамът обаче все още се добива по този начин.

Добив на волфрам

Най-често триоксидът първо се получава от рудни отпадъци. Обработва се при 700 градуса, като се получава чист метал под формата на прах. За да се смекчат частиците, трябва да се прибегне само до водород. В него волфрамът се стопявапри три хиляди градуса по Целзий.

Сплавта отива за резачки, резачки за тръби, резачки. за металообработка с приложение на волфрамподобряване на точността на производството на части. При излагане на метални повърхности триенето е високо, което означава, че работните повърхности са много горещи. Машините за рязане и полиране без елемент № 74 могат да се стопят сами. Това прави кройката неточна, несъвършена.

Волфрамът е труден не само за топене, но и за обработка. В скалата на твърдостта металът заема девета позиция. Корундът има същия брой точки, от чиито трохи се прави например нож. Само диамантът е по-твърд. Следователно с негова помощ се обработва волфрам.

Приложение на волфрам

"Устойчивостта" на 74-ия елемент привлича. Продуктите, изработени от сплави със сиво-сребрист метал, не могат да бъдат надраскани, огънати, счупени, освен ако, разбира се, не са изстъргани по повърхността или със същите диаманти.

Бижутата от волфрам имат още един безспорен плюс. Те не предизвикват алергични реакции, за разлика от златото, среброто, платината и още повече техните сплави с или. За бижута се използва волфрамов карбид, тоест комбинацията му с въглерод.

Той е признат за най-твърдата сплав в историята на човечеството. Неговата полирана повърхност перфектно отразява светлината. Бижутерите го наричат ​​"сиво огледало".

Между другото, бижута занаятчиите насочиха вниманието си към волфрамаслед като в средата на 20-ти век от това вещество започнаха да се правят сърцевините на куршумите, черупките и пластините за бронежилетки.

Оплакванията на клиентите относно крехкостта на най-високите стандарти и сребърните бижута накараха бижутерите да помислят за нов елемент и да се опитат да го приложат в своята индустрия. Освен това цените започнаха да се колебаят. Волфрамът се превърна в алтернатива на жълтия метал, който вече не се възприема като инвестиция.

Като благороден метал волфрамова стойностмного пари. За килограм на пазара на едро искат поне 50 долара. Световната индустрия консумира 30 хил. тона елемент No74 годишно. Повече от 90% се усвояват от металургичната промишленост.

само направени от волфрамконтейнери за съхранение на ядрени отпадъци. Металът не пропуска разрушителни лъчи. Рядък елемент се добавя към сплавите за производството на хирургически инструменти.

Това, което не се използва за металургични цели, се взема от химическата промишленост. Волфрамовите съединения с фосфора например са в основата на лакове и бои. Те не се срутват, не избледняват от слънчевите лъчи.

НО разтвор на натриев волфраматустойчиви на влага и огън. Става ясно какви са импрегнираните водоустойчиви и огнеупорни платове за костюми на водолази и пожарникари.

Волфрамови находища

В Русия има няколко находища на волфрам. Те се намират в Алтай, Далечния изток, Северен Кавказ, Чукотка и Бурятия. Извън страната металът се добива в Австралия, САЩ, Боливия, Португалия, Южна Корея и Китай.

В Поднебесната дори има легенда за млад изследовател, дошъл в Китай, за да търси калаен камък. Студентът се настанил в една от къщите в Пекин.

След безплодно търсене, човекът обичаше да слуша историите на дъщерята на собственика. Една вечер тя разказа историята за тъмните камъни, от които е изградена домашната печка. Оказало се, че блоковете падат от скалата в задния двор на сградата. И така, ученикът не намери, а намери волфрам.

Химия

Елемент No 74 волфрам обикновено се класифицира като рядък метал: съдържанието му в земната кора се оценява на 0,0055%; не се намира в морската вода, не може да бъде открит в слънчевия спектър. Въпреки това, по отношение на популярността, той може да се конкурира с много по никакъв начин не редки метали, а неговите минерали са били известни много преди откриването на самия елемент. И така, още през 17 век. в много европейски страни познаваха "волфрам" и "волфрам" - това беше името на най-разпространените волфрамови минерали по това време - волфрамит и шеелит. И елементарно волфрамът е открит през последната четвърт на 18 век.

Волфрамова руда

Много скоро този метал придоби практическо значение - като легираща добавка. И след Световното изложение от 1900 г. в Париж, където бяха демонстрирани проби от високоскоростна волфрамова стомана, елемент № 74 започна да се използва от металурзите във всички повече или по-малко индустриализирани страни. Основната характеристика на волфрама като легираща добавка е, че той придава червена твърдост на стоманата - позволява ви да поддържате твърдост и здравина при високи температури. Освен това повечето стомани губят своята твърдост, когато се охлаждат на въздух (след задържане при температура, близка до температурата на червена топлина). Но волфрам - не.
Инструментът, изработен от волфрамова стомана, издържа на огромните скорости на най-интензивните металообработващи процеси. Скоростта на рязане на такъв инструмент се измерва в десетки метри в секунда.
Съвременните бързорежещи стомани съдържат до 18% волфрам (или волфрам с молибден), 2-7% хром и малко количество кобалт. Те запазват твърдостта си при 700-800 ° C, докато обикновената стомана започва да се размеква при нагряване само до 200 ° C. "Стелитите" - сплавите имат още по-голяма твърдост
волфрами с хром и кобалт (без желязо) и особено волфрамови карбиди - неговите съединения с въглерод. „Видимата“ сплав (волфрамов карбид, 5-15% кобалт и малка добавка на титанов карбид) е 1,3 пъти по-твърда от обикновената волфрамова стомана и запазва твърдостта си до 1000-1100 ° C. Фрезите от тази сплав могат да бъдат отстранени в минута до 1500-2000 м железни стружки. Те могат бързо и точно да обработват "капризни" материали: бронз и порцелан, стъкло и ебонит; в същото време самият инструмент се износва много малко.
В началото на ХХв. волфрамова жичка започна да се използва в електрически крушки: тя ви позволява да донесете топлина до 2200 ° C и има висока светлинна мощност. И в това си качество волфрамът е абсолютно незаменим и до днес. Очевидно затова електрическата крушка се нарича в една популярна песен „волфрамовото око“.

Волфрамови минерали и руди

Волфрамът се среща в природата главно под формата на окислени комплексни съединения, образувани от волфрамов триоксид WO 3 и оксиди на желязо и манган или калций, а понякога и олово, мед, торий и редкоземни елементи. Най-често срещаният минерал, волфрамит, е твърд разтвор на волфрамати (соли на волфрамова киселина) на желязо и манган (mFeW0 4 *nMnW0 4). Този разтвор представлява тежки и твърди кафяви или черни кристали, в зависимост от това кое съединение преобладава в състава им. Ако има повече побнерит (манганови съединения), кристалите са черни, но ако преобладава железосъдържащият ферберит, те са кафяви. Волфрамитът е парамагнитен и добър проводник на електричество.
От другите волфрамови минерали шеелитът, калциевият волфрамат CaW04, е от промишлено значение. Образува кристали, блестящи като стъкло, със светложълт, понякога почти бял цвят. Шеелитът е немагнитен, но има друга характерна черта - способността да луминесцира. При осветяване с ултравиолетови лъчи флуоресцира в ярко синьо на тъмно. Добавката на молибден променя цвета на блясъка на шеелит: става бледосин, а понякога дори кремав. Това свойство на шеелит, използвано в геоложките проучвания, служи като функция за търсене, която ви позволява да откривате минерални находища.
Депозитите на волфрамови руди са теологично свързани с районите на разпространение на гранити. Най-големите чуждестранни находища на волфрамит и шеелит се намират в Китай, Бирма, САЩ, Боливия и Португалия. Страната ни също има значителни запаси от волфрамови минерали, основните им находища са в Урал, Кавказ и Забайкалия.
Големи кристали от волфрамит или шеелит са много редки. Обикновено волфрамовите минерали са разпръснати само в древни гранитни скали - средната концентрация на волфрам в крайна сметка се оказва в най-добрия случай 1-2%. Поради това е много трудно да се извлече волфрам от руди.

Как се получава волфрам

Първият етап е обогатяването на рудата, отделянето на ценни компоненти от основната маса - отпадъчни скали. Методите за концентриране са общи за тежки руди и метали: смилане и флотация, последвани от магнитна сепарация (за волфрамитни руди) и окислително печене.
Полученият концентрат най-често се синтерова с излишък от сода, за да се превърне волфрамът в разтворимо съединение, натриев волфрамат. Друг начин за получаване на това вещество е чрез излугване; волфрамът се екстрахира с разтвор на сода под налягане и при повишена температура (процесът протича в автоклав), последвано от неутрализация и утаяване под формата на изкуствен шеелит, т.е. калциев волфрамат. Желанието да се получи точно волфрамат се обяснява с факта, че е сравнително лесно от него, само на два етапа:
CaW0 4 → H 2 W0 4 или (NH 4) 2 W0 4 → WO 3, може да се изолира волфрамов оксид, пречистен от повечето от примесите.
Има и друг начин за получаване на волфрамов оксид - чрез хлориди. Волфрамовият концентрат се обработва с газообразен хлор при повишена температура. Получените волфрамови хлориди са доста лесни за отделяне от хлоридите на други метали чрез сублимация, като се използва температурната разлика, при която тези вещества преминават в състояние на пара. Получените волфрамови хлориди могат да бъдат превърнати в оксид или могат да бъдат използвани директно за преработка в елементарен метал.

Превръщането на оксиди или хлориди в метал е следващата стъпка в производството на волфрам. Най-добрият редуциращ агент за волфрамов оксид е водородът. При редукция с водород се получава най-чистият метален волфрам. Процесът на редукция се извършва в тръбни пещи, нагрявани по такъв начин, че докато се движи по тръбата, "лодката" с W0 3 преминава през няколко температурни зони. Поток от сух водород тече към него. Възстановяването става както в "студени" (450-600 ° C), така и в "горещи" (750-1100 ° C) зони; в "студено" - до най-ниския оксид W0 2, след това - до елементарния метал. В зависимост от температурата и продължителността на реакцията в "горещата" зона се променят чистотата и размерът на зърната волфрам на прах, освободени по стените на "лодката".
Възстановяването може да стане не само под действието на водород. В практиката често се използват въглища. Използването на твърд редуциращ агент донякъде опростява производството, но в този случай е необходима по-висока температура - до 1300-1400 ° C. Освен това въглищата и примесите, които винаги съдържат, реагират с волфрам, образувайки карбиди и други съединения. Това води до замърсяване на метала. Междувременно електротехниката се нуждае от много чист волфрам. Само 0,1% желязо прави волфрама чуплив и неподходящ за направата на най-тънката тел.
Производството на волфрам от хлориди се основава на процеса на пиролиза. Волфрамът образува няколко съединения с хлора. С помощта на излишък от хлор всички те могат да бъдат превърнати в най-високия хлорид - WCl 6, който се разлага на волфрам и хлор при 1600 ° C. В присъствието на водород този процес протича вече при 1000 ° C.
Така се получава метален волфрам, но не компактен, а под формата на прах, който след това се пресова в поток от водород при висока температура. На първия етап на пресоване (при нагряване до 1100–1300 ° C) се образува порест крехък слитък. Пресоването продължава при още по-висока температура, почти достигайки точката на топене на волфрама в края. При тези условия металът постепенно става твърд, придобива влакнеста структура, а с това и пластичност и ковкост.

Основни свойства

Волфрамът се отличава от всички други метали със своята специална строгост, твърдост и огнеупорност. Отдавна е известен изразът „тежък като олово“. Би било по-правилно да се каже: „Тежък, като волфрам“. Плътността на волфрама е почти два пъти по-голяма от тази на оловото, по-точно 1,7 пъти. В същото време атомната му маса е малко по-ниска: 184 срещу 207.

По огнеупорност и твърдост волфрамът и неговите сплави заемат най-високите места сред металите. Технически чистият волфрам се топи при 3410° C, а кипи едва при 6690° C. Такава температура има на повърхността на Слънцето!
И „кралят на огнеупорността“ изглежда доста обикновен. Цветът на волфрама до голяма степен зависи от метода на получаване. Топеният волфрам е лъскав сив метал, който най-много прилича на платина. Волфрамов прах - сив, тъмно сив и дори черен (колкото по-фино е зърното, толкова по-тъмен).

Химическа активност

Естественият волфрам се състои от пет стабилни изотопа с масови числа от 180 до 186. Освен това в ядрените реактори в резултат на различни ядрени реакции се образуват още 8 радиоактивни изотопа на волфрама с масови числа от 176 до 188; всички те са относително краткотрайни, с полуживот вариращ от няколко часа до няколко месеца.
Седемдесет и четирите електрона на волфрамовия атом са подредени около ядрото по такъв начин, че шест от тях са във външни орбити и могат да бъдат разделени относително лесно. Следователно максималната валентност на волфрама е шест. Структурата на тези външни орбити обаче е специална - те се състоят, така да се каже, от две „нива“: четири електрона принадлежат към предпоследното ниво -d, което следователно се оказва по-малко от половината запълнено. (Известно е, че броят на електроните в запълнено ниво d е десет.) Тези четири електрона (очевидно несдвоени) могат лесно да образуват химическа връзка. Що се отнася до двата „най-външни“ електрона, е доста лесно да ги откъснете.
Именно структурните характеристики на електронната обвивка обясняват високата химическа активност на волфрама. В съединенията той е не само шествалентен, но и пет-, четири-, три-, дву- и нулевалентен. (Неизвестни са само съединения на едновалентен волфрам).
Активността на волфрама се проявява във факта, че той реагира с по-голямата част от елементите, образувайки много прости и сложни съединения. Дори в сплавите волфрамът често е химически свързан. А с кислорода и други окислители той взаимодейства по-лесно от повечето тежки метали.
Реакцията на волфрам с кислород протича при нагряване, особено лесно в присъствието на водни пари. Ако волфрамът се нагрява във въздуха, тогава при 400-500 ° C върху металната повърхност се образува стабилен по-нисък оксид W0 2; цялата повърхност е покрита с кафяв филм. При по-висока температура първо се получава синият междинен оксид W 4 O 11 и след това лимоненожълт волфрамов триоксид W0 3, който сублимира при 923 ° C.

Сухият флуор се свързва с фино смлян волфрам дори при леко нагряване. В този случай се образува хексафлуорид WF6 - вещество, което се топи при 2,5 ° C и кипи при 19,5 ° C. Подобно съединение - WCl 6 - се получава чрез реакция с хлор, но само при 600 ° C. Стоманено-сини кристали на WCl 6 се топи при 275 ° C и кипи при 347 ° C. С бром и йод волфрамът образува нестабилни съединения: пента- и дибромид, тетра- и дийод.
При високи температури волфрамът се свързва със сяра, селен и телур, с азот и бор, с въглерод и силиций. Някои от тези съединения са много твърди и имат други забележителни свойства.
Карбонилът W(CO)6 е много интересен. Тук волфрамът се комбинира с въглероден окис и следователно има нулева валентност. Волфрамовият карбонил е нестабилен; получава се при специални условия. При 0°C се отделя от съответния разтвор под формата на безцветни кристали, сублимира при 50°C и напълно се разлага при 100°C. Но това съединение прави възможно получаването на тънки и плътни покрития от чист волфрам.
Не само самият волфрам, но и много от неговите съединения са много активни. По-специално, волфрамовият оксид WO 3 може да се полимеризира. В резултат на това се образуват така наречените изополисъединения и хетерополисъединения: молекулите на последните могат да съдържат повече от 50 атома.

Сплави

С почти всички метали волфрамът образува сплави, но не е толкова лесно да се получат. Факт е, че общоприетите методи за синтез в този случай като правило не са приложими. При точката на топене на волфрама повечето други метали вече са превърнати в газове или силно летливи течности. Следователно сплавите, съдържащи волфрам, обикновено се произвеждат чрез методи на праховата металургия.
За да се избегне окисляването, всички операции се извършват във вакуум или аргонова атмосфера. Прави се така. Първо, смес от метални прахове се пресова, след това се синтерова и се подлага на дъгово топене в електрически пещи. Понякога един волфрамов прах се пресова и синтерова, а получената по този начин пореста заготовка се импрегнира с течна стопилка от друг метал: получават се така наречените псевдосплави. Този метод се използва, когато е необходимо да се получи сплав от волфрам с мед и сребро.

С хром и молибден, ниобий и тантал волфрамът дава обикновени (хомогенни) сплави във всяко съотношение. Вече малките добавки на волфрам увеличават твърдостта на тези метали и тяхната устойчивост на окисление.
По-сложни са сплавите с желязо, никел и кобалт. Тук, в зависимост от съотношението на компонентите, се образуват или твърди разтвори, или интерметални съединения (химически съединения на метали), а в присъствието на въглерод (който винаги присъства в стоманата), смесените волфрамови и железни карбиди придават на метала още по-голяма твърдост .
При сливане на волфрам с алуминий, берилий и титан се образуват много сложни съединения: в тях има от 2 до 12 атома лек метал на атом волфрам. Тези сплави са топлоустойчиви и устойчиви на окисляване при високи температури.
На практика волфрамовите сплави най-често се използват не с един метал, а с няколко. Такива по-специално са киселинноустойчивите сплави на волфрам с хром и кобалт или никел (амала); правят хирургически инструменти. Най-добрите класове магнитна стомана съдържат волфрам, желязо и кобалт. И в специални топлоустойчиви сплави, в допълнение към волфрам, има хром, никел и алуминий.
От всички волфрамови сплави стоманите, съдържащи волфрам, са придобили най-голямо значение. Устойчиви са на абразия, не се напукват, запазват твърдост до температура на нагряване. Инструментът, изработен от тях, не само дава възможност за рязко интензифициране на металообработващите процеси (скоростта на обработка на металните изделия се увеличава с 10-15 пъти), но също така служи много по-дълго от същия инструмент, изработен от друга стомана.
Волфрамовите сплави са не само топлоустойчиви, но и топлоустойчиви. Не корозират при високи температури под въздействието на въздух, влага и различни химикали. По-специално, 10% волфрам, въведен в никела, е достатъчен, за да увеличи устойчивостта на корозия на последния с 12 пъти! А волфрамовите карбиди с добавка на танталови и титанови карбиди, циментирани с кобалт, са устойчиви на действието на много киселини - азотна, сярна и солна - дори при варене. Само смес от флуороводородна и азотна киселина е опасна за тях.

Волфрамът играе изключително важна роля в съвременните технологии. Използва се в стоманодобивната промишленост, при производството на твърди сплави, при производството на киселинноустойчиви и други специални сплави, в електротехниката, при производството на багрила, като химически реактиви и др.

Около 70% от целия добит волфрам отива за производството на фероволфрам, под формата на който се въвежда в стомана. В най-богатите на волфрам и най-често срещаните волфрамови стомани (при високоскоростни) волфрамът образува сложни карбиди, съдържащи волфрам, които повишават твърдостта на стоманата, особено при повишени температури (червена твърдост), многократно увеличават скоростта на рязане. Понастоящем фрезите от бързорежеща стомана отстъпват място на фрези от металокерамични твърди сплави, направени на базата на волфрамов карбид с добавяне на циментираща добавка.В някои твърди сплави се въвеждат и карбиди на титан, тантал и ниобий. Съвременните скорости на рязане, постигнати от новаторите в производството, се получават точно с фрези от твърда сплав Волфрамовите сплави с други метали имат голямо разнообразие от приложения: сплавта никел-волфрам-хром се отличава с киселинноустойчиви свойства. Обръща се внимание на волфрамови сплави с повишена устойчивост на топлина: например добавянето на 1% ниобий, тантал, молибден, които образуват твърд разтвор с волфрам, повишава точката на топене на метала над 3300 ° C, докато добавянето на 1% желязо, което е много слабо разтворимо във волфрам, понижава точката на топене до 1640°C. Изследванията в тази област са широко развити в САЩ.

Металният волфрам намира различни приложения в електротехниката и рентгеновото инженерство. Нишките на електрическите лампи са направени от волфрам. Волфрамът е особено подходящ за тази цел поради високата си огнеупорност и много ниската си летливост: при температури от порядъка на 2500 ° C, при които работят нишките, налягането на парите на волфрама не достига 1 mm Hg. Металният волфрам се използва и за направата на нагреватели за електрически пещи, които могат да издържат на температури до 3000 ° C. Металният волфрам се използва за антикатоди на рентгенови тръби, за различни части на електровакуумно оборудване, за радиоустройства, токоизправители и др. В галванометрите се използват тънки волфрамови нишки. Подобни нишки се използват за хирургически цели. И накрая, волфрамовият метал се използва за направата на различни спирални пружини, както и части, които изискват материал, който е устойчив на различни химични влияния.

Волфрамовите съединения се използват много широко като багрила. В Китай са запазени древни порцеланови изделия, боядисани в необичаен прасковен цвят, проучванията показват, че боята съдържа волфрам.

Солите на волфрама се използват за придаване на огнеустойчивост на някои тъкани. Тежките скъпи коприни дължат красотата си на волфрамовите соли, с които са импрегнирани.

Чистите волфрамови препарати се използват в химичния анализ като реагенти за алкалоиди и други вещества. Съединенията на волфрама се използват и като катализатори.

1. Предлагаме следните продукти от волфрам: волфрамова лента, волфрамова тел, волфрамова пръчка, волфрамова пръчка.

Използването на чист метал и волфрам-съдържащи сплави се основава главно на тяхната огнеупорност, твърдост и химическа устойчивост. Чистият волфрам се използва в производството на нишки за електрически лампи с нажежаема жичка и електронно-лъчеви тръби, в производството на тигели за изпаряване на метали, в контактите на автомобилните разпределители на запалването, в мишените на рентгеновите тръби; като намотки и нагревателни елементи в електрически пещи и като структурен материал за космически и други превозни средства, работещи при високи температури. Бързорежещите стомани (17,5-18,5% волфрам), стелитът (на базата на кобалт с добавяне на Cr, W, C), хасталът (неръждаема стомана на основата на Ni) и много други сплави съдържат волфрам. Основата за производството на инструментални и топлоустойчиви сплави е фероволфрам (68-86% W, до 7% Mo и желязо), който лесно се получава чрез директно редуциране на волфрамитни или шеелитни концентрати. "Победит" - много твърда сплав, съдържаща 80-87% волфрам, 6-15% кобалт, 5-7% въглерод, е незаменима при обработката на метали, в минната и петролната промишленост.

Калциевите и магнезиевите волфрамати се използват широко във флуоресцентни устройства, други волфрамови соли се използват в химическата и дъбилната промишленост. Волфрамовият дисулфид е суха високотемпературна смазка, стабилна до 500 ° C. Волфрамовите бронзи и други елементни съединения се използват при производството на бои. Много волфрамови съединения са отлични катализатори.

Дълги години от откриването си волфрамът остава лабораторна рядкост, едва през 1847 г. Оксланд получава патент за производството на натриев волфрамат, волфрамова киселина и волфрам от каситерит (калаен камък). Вторият патент, получен от Оксланд през 1857 г., описва производството на желязо-волфрамови сплави, които са в основата на съвременните бързорежещи стомани.

В средата на 19в бяха направени първите опити за използване на волфрам в производството на стомана, но дълго време не беше възможно тези разработки да се въведат в индустрията поради високата цена на метала. Увеличеното търсене на легирани и високоякостни стомани доведе до пускането на високоскоростни стомани в Bethlehem Steel. Проби от тези сплави са представени за първи път през 1900 г. на Световното изложение в Париж.

Технология на производство на волфрамови нишки и нейната история.

Обемът на производство на волфрамова тел има малък дял сред всички отрасли на приложение на волфрам, но развитието на технологията за неговото производство изигра ключова роля в развитието на праховата металургия на огнеупорни съединения.

От 1878 г., когато Суон демонстрира в Нюкасъл изобретените от него лампи с въглен с осем и шестнадесет свещи, се търси по-подходящ материал за направата на нишки. Първата лампа с дървени въглища имаше ефективност от само 1 лумен/ват, която беше увеличена през следващите 20 години чрез модификации на методите за обработка на дървени въглища с фактор два и половина. До 1898 г. светлинният поток на такива крушки е бил 3 лумена/ват. В онези дни въглеродните нишки се нагряваха чрез пропускане на електрически ток в атмосфера от тежки въглеводородни пари. По време на пиролизата на последния, полученият въглерод запълва порите и неравностите на нишката, придавайки й ярък метален блясък.

В края на 19в von Welsbach прави първата метална жичка за лампи с нажежаема жичка. Той го направи от осмий (T pl = 2700 ° C). Осмиевите нишки имат ефективност от 6 лумена / ват, но осмият е рядък и изключително скъп елемент от групата на платината, така че не е намерил широко приложение в производството на домакински устройства. Танталът с точка на топене 2996°C е бил широко използван под формата на изтеглен проводник от 1903 до 1911 г. благодарение на работата на von Bolton от Siemens and Halske. Ефективността на танталовите лампи е 7 лумена/ват.

Волфрамът започва да се използва в лампи с нажежаема жичка през 1904 г. и заменя всички други метали в това си качество до 1911 г. Конвенционалната лампа с нажежаема жичка с волфрамова жичка има светлина от 12 лумена / ват, а лампите, работещи под високо напрежение - 22 лумена / ват. Съвременните луминесцентни лампи с волфрамов катод имат ефективност около 50 лумена/ват.

През 1904 г. Siemens-Halske се опита да приложи процеса на изтегляне на тел, разработен за тантал, към по-огнеупорни метали като волфрам и торий. Твърдостта и липсата на ковкост на волфрама пречат на процеса да протича гладко. Въпреки това, по-късно, през 1913-1914 г., беше показано, че разтопеният волфрам може да се валцува и изтегля, като се използва процедура за частично редуциране. Електрическа дъга беше прекарана между волфрамов прът и частично разтопена волфрамова капка, поставена в графитен тигел, покрит отвътре с волфрамов прах и разположен във водородна атмосфера. Така се получават малки капки разтопен волфрам с диаметър около 10 mm и дължина 20-30 mm. Макар и трудно, с тях вече можеше да се работи.

През същите години Джъст и Ханаман патентоват процес за производство на волфрамови нишки. Фин метален прах се смесва с органично свързващо вещество, получената паста се прекарва през центрофуги и се нагрява в специална атмосфера за отстраняване на свързващото вещество и се получава фина нишка от чист волфрам.

Добре познатият процес на екструзия е разработен през 1906-1907 г. и е използван до началото на 1910 г. Много фино смлян черен волфрамов прах се смесва с декстрин или нишесте, докато се образува пластична маса. Хидравличното налягане прокара тази маса през тънки диамантени сита. Така получената нишка беше достатъчно здрава, за да бъде навита на макари и изсушена. След това нишките се нарязват на "фиби", които се нагряват в атмосфера на инертен газ до температура на червено, за да се отстрани остатъчната влага и леките въглеводороди. Всяка "фиби" беше фиксирана в скоба и нагрята във водородна атмосфера до ярко сияние чрез преминаване на електрически ток. Това доведе до окончателното отстраняване на нежеланите примеси. При високи температури отделни малки частици волфрам се сливат и образуват еднородна твърда метална нишка. Тези нишки са еластични, макар и крехки.

В началото на 20в Юст и Ханаман разработиха различен процес, който се отличава със своята оригиналност. Въглеродна нишка с диаметър 0,02 mm беше покрита с волфрам чрез нагряване в атмосфера от водород и пари на волфрамов хексахлорид. Нишката, покрита по този начин, се нагрява до ярко сияние във водород при понижено налягане. В този случай волфрамовата обвивка и въглеродното ядро ​​бяха напълно слети една с друга, образувайки волфрамов карбид. Получената нишка беше бяла и чуплива. След това нишката се нагрява в поток от водород, който взаимодейства с въглерода, оставяйки компактна нишка от чист волфрам. Нишките имат същите характеристики, както получените в процеса на екструзия.

През 1909 г. американец Кулиджбеше възможно да се получи ковък волфрам без използването на пълнители, а само с помощта на разумна температура и механична обработка. Основният проблем при получаването на волфрамова тел беше бързото окисляване на волфрама при високи температури и наличието на зърнеста структура в получения волфрам, което доведе до неговата крехкост.

Съвременното производство на волфрамова тел е сложен и прецизен технологичен процес. Суровината е прахообразен волфрам, получен чрез редукция на амониев параволфрамат.

Волфрамовият прах, използван за производството на тел, трябва да бъде с висока чистота. Обикновено се смесват волфрамови прахове от различен произход, за да се осредни качеството на метала. Те се смесват в мелници и за да се избегне окисляването на нагрятия от триене метал, в камерата се пропуска поток от азот. След това прахът се пресова в стоманени форми на хидравлични или пневматични преси (5-25 kg/mm2). Ако се използват замърсени прахове, пресовката е крехка и се добавя напълно окисляващо се органично свързващо вещество, за да се елиминира този ефект. На следващия етап се извършва предварително синтероване на прътите. Когато компактите се нагряват и охлаждат в поток от водород, техните механични свойства се подобряват. Компактите все още са доста крехки и тяхната плътност е 60-70% от плътността на волфрама, така че пръчките се подлагат на високотемпературно синтероване. Прътът е захванат между водно охлажданите контакти и в атмосфера на сух водород през него преминава ток, за да се нагрее почти до точката му на топене. Благодарение на нагряването волфрамът се синтерува и плътността му се увеличава до 85-95% от кристалната, като в същото време размерът на зърната се увеличава, кристалите на волфрам растат. Това е последвано от коване при висока (1200-1500 ° C) температура. В специален апарат прътите преминават през камера, която се компресира с чук. За едно преминаване диаметърът на пръта се намалява с 12%. Когато се изковат, волфрамовите кристали се удължават, създавайки фибриларна структура. След коването следва изтегляне на тел. Пръчките се смазват и прекарват през сито от диамант или волфрамов карбид. Степента на извличане зависи от предназначението на получените продукти. Полученият диаметър на проводника е около 13 µm.