Artiklis „Wolfram. Omadused, kasutusala, tootmine, tooted” käsitletakse üksikasjalikult tulekindlat metallist volframit. Kirjeldatakse volframi omadusi, näidatakse selle kasutusalad. Loetletud on ka erinevad volframiklassid koos nende omadustega.

Artikkel hõlmab volframi tootmisprotsessi maagi rikastamise etapist kuni varraste ja valuplokkide kujul olevate toorikute saamise etapini. Märgitakse iga etapi iseloomulikud tunnused.

Artiklis pööratakse erilist tähelepanu toodetele (traat, vardad, lehed jne). Kirjeldatakse ühe või teise toote volframist valmistamise protsesse, selle iseloomulikke omadusi ja rakendusi.

Peatükk 1. Volfram. Volframi omadused ja rakendused

Volfram (tähistatakse W-ga) on D.I.-tabeli 6. perioodi VI rühma keemiline element. Mendelejev, number 74; helehall siirdemetall. Kõige tulekindlam metall, sulamistemperatuur t pl \u003d 3380 ° C. Volframmetalli kasutamise seisukohalt on selle olulisemad omadused tihedus, sulamistemperatuur, elektritakistus, joonpaisumise koefitsient.

§üks. Volframi omadused

Kinnisvara	Tähendus
Füüsikalised omadused
aatomnumber	74
Aatommass, a.m.u. (g/mol)	183,84
Aatomi läbimõõt, nm	0,274
Tihedus, g/cm3	19,3
Sulamistemperatuur, °С	3380
Keemistemperatuur, °C	5900
Erisoojusmaht, J/(g K)	0,147
Soojusjuhtivus, W/(m K)	129
Elektritakistus, µOhm cm	5,5
Lineaarse soojuspaisumise koefitsient, 10 -6 m/mK	4,32
Mehaanilised omadused
Youngi moodul, GPa	415,0
Nihkemoodul, GPa	151,0
Poissoni suhe	0,29
Lõplik tugevus σ B , MPa	800-1100
Suhteline pikenemine δ, %	0

Metall on väga kõrge keemistemperatuuriga (5900 °C) ja väga madala aurustumiskiirusega isegi temperatuuril 2000 °C. Volframi elektrijuhtivus on peaaegu kolm korda väiksem kui vasel. Volframi ulatust piiravate omaduste hulka kuuluvad kõrge tihedus, suur kalduvus rabedaks muutuda madalatel temperatuuridel, madal vastupidavus oksüdatsioonile madalatel temperatuuridel.

Välimuselt sarnaneb volfram terasega. Seda kasutatakse suure tugevusega sulamite loomiseks. Volframi töötlemine (sepistamine, valtsimine ja tõmbamine) sobib ainult kuumutamisel. Küttetemperatuur sõltub töötlemise tüübist. Näiteks sepistamisvardad viiakse läbi, kuumutades tooriku temperatuurini 1450-1500 °C.

§2. Volframi klassid

Volframi kaubamärk	Brändi tunnusjoon	Söödalisandi kasutuselevõtu eesmärk
HF	Puhas volfram (ilma lisanditeta)	-
VA	Volfram räni-leelise ja alumiiniumi lisanditega	Primaarse ümberkristallimise temperatuuri tõus, tugevus pärast lõõmutamist, mõõtmete stabiilsus kõrgetel temperatuuridel
VM	Volfram räni-leelise ja tooriumi lisanditega	Rekristalliseerimistemperatuuri tõstmine ja volframi tugevuse suurendamine kõrgetel temperatuuridel
WT	Tooriumoksiidiga legeeritud volfram
IN JA	Volfram ütriumoksiidi lisandiga	Volframi emissiooniomaduste suurendamine
VL	Volfram lantaanoksiidi lisandiga	Volframi emissiooniomaduste suurendamine
VR	Volframi ja reeniumi sulam	Volframi plastilisuse suurenemine pärast töötlemist kõrgel temperatuuril, primaarse ümberkristallimise temperatuuri tõus, tugevus kõrgel temperatuuril, elektritakistus jne.
VRN	Lisanditeta volfram, milles on lubatud suur lisandite sisaldus	-
MV	Molübdeeni ja volframi sulamid	Molübdeeni tugevuse suurendamine, säilitades samal ajal plastilisuse pärast lõõmutamist

§3. Volframi rakendused

Volframit on selle ainulaadsete omaduste tõttu laialdaselt kasutatud. Tööstuses kasutatakse volframi puhta metallina ja paljudes sulamites.

Volframi peamised kasutusvaldkonnad
1. Eriterased
Volframit kasutatakse ühe peamise komponendina või legeeriva elemendina kiirteraste (sisaldab 9-24% volframi W), aga ka tööriistateraste (0,8-1,2% volfram W - volfram tööriistaterased; 2-) tootmisel. 2,7% volfram W - kroom-volfram-räni tööriistateras (sisaldab ka kroomi Cr ja räni Si); 2-9% volfram W - kroom-volfram-tööriistateras (sisaldab ka kroomi Cr-i); 0,5-1,6% volfram W - kroom-volfram-mangaan tööriistateras (sisaldavad ka kroomi Cr ja mangaani Mn). Loetletud terastest valmistatakse puurid, freesid, stantsid, stantsid jne. Kiirteraste näideteks on R6M5, R6M5K5, R6M5F3. Täht “P” tähendab, et teras on kiire, tähed “M” ja “K” – et teras on legeeritud vastavalt molübdeeni ja koobaltiga.Volfram kuulub ka magnetteraste hulka, mis jagunevad volframiks ja volfram-koobaltiks.

2. Volframkarbiidil põhinevad kõvasulamid
Volframkarbiid (WC, W 2 C) - volframi ühend süsinikuga (vt.). Sellel on kõrge kõvadus, kulumiskindlus ja tulekindlus. Selle põhjal luuakse kõige produktiivsemad tööriistakõvad sulamid, mis sisaldavad 85–95% WC-d ja 5–14% Co. Lõike- ja puurimistööriistade tööosad on valmistatud kõvasulamitest.

3. Kuumuskindlad ja kulumiskindlad sulamid
Need sulamid kasutavad volframi tulekindlust. Kõige levinumad volframisulamid koobalti ja kroomiga - stelliidid (3-5% W, 25-35% Cr, 45-65% Co). Neid kantakse tavaliselt tugevalt kulunud masinaosade pindadele pindamise abil.

4. Kontaktsulamid ja „rasked sulamid”
Nende sulamite hulka kuuluvad volframi-vase ja volframi-hõbeda sulamid. Need on piisavalt tõhusad kontaktmaterjalid noalülitite tööosade, lülitite, punktkeevituse elektroodide jms valmistamiseks.

5. Elektrovaakum ja elektrivalgustusseadmed
Volframit traadi, lindi ja erinevate sepistatud osade kujul kasutatakse elektrilampide, raadioelektroonika ja röntgenitehnoloogia tootmisel. Volfram on filamentide ja filamentide jaoks parim materjal. Volframtraat ja -vardad toimivad kõrge temperatuuriga ahjude (kuni ~3000 °C) elektrisoojenditena. Volframküttekehad töötavad vesiniku, inertgaasi või vaakumi atmosfääris.

6. Keevituselektroodid
Volframi väga oluline kasutusvaldkond on keevitamine. Volframist kasutatakse kaarkeevituse elektroodide valmistamiseks (vt.). Volframelektroodid ei ole kuluvad.

2. peatükk Volframi tootmine

§üks. Tulekindla metalli volframi saamise protsess

Volframit nimetatakse tavaliselt suureks haruldaste metallide rühmaks. Lisaks sellele metallile kuuluvad sellesse rühma molübdeen, rubiidium ja teised. Haruldasi metalle iseloomustab suhteliselt väike tootmine ja tarbimine, samuti madal levimus maapõues. Mitte ühtki haruldast metalli ei saada toorainest otsesel redutseerimisel. Esiteks töödeldakse toorained keemilisteks ühenditeks. Lisaks sellele läbivad kõik haruldaste metallide maagid enne töötlemist täiendava rikastamise.

Haruldase metalli saamise protsessis saab eristada kolme peamist etappi:

• Maagi materjali lagunemine on ekstraheeritud metalli eraldamine põhiosast töödeldud toorainest ja selle kontsentreerimine lahuses või settes.
• Puhaste keemiliste ühendite saamine - keemilise ühendi eraldamine ja puhastamine.
• Metalli eraldamine saadud ühendist – puhaste haruldaste metallide saamine.

Volframi saamise protsessil on samuti mitu etappi. Lähteaineks on kaks mineraali – volframiit (Fe, Mn)WO 4 ja scheeliit CaWO 4 . Rikkalikud volframimaagid sisaldavad tavaliselt 0,2–2% volframi.

• Volframimaagi rikastamine. Seda toodetakse gravitatsiooni, flotatsiooni, magnetilise või elektrostaatilise eraldamise teel. Rikastamise tulemusena saadakse volframikontsentraat, mis sisaldab 55 - 65% volframinhüdriidi (trioksiidi) WO 3 . Lisandite – fosfori, väävli, arseeni, tina, vase, antimoni ja vismuti – sisaldust kontrollitakse volframikontsentraatides.
• Volframtrioksiidi (anhüdriidi) WO 3 saamine, mis toimib lähteainena metallilise volframi või selle karbiidi tootmisel. Selleks on vaja läbi viia mitmeid toiminguid, nagu kontsentraatide lagundamine, sulami või paagutamise leostumine, tehnilise volframhappe saamine jne. Selle tulemusena tuleks saada toode, mis sisaldab 99,90 - 99,95% WO 3 .
• Volframipulbri saamine. Puhast metalli pulbri kujul võib saada volframenhüdriidist WO 3. Selleks viige läbi anhüdriidi redutseerimise protsess vesiniku või süsinikuga. Süsinikdioksiidi redutseerimist kasutatakse harvemini, kuna selles protsessis küllastatakse WO 3 karbiididega, mis muudab metalli rabedamaks ja halvendab töödeldavust. Volframipulbri saamisel kasutatakse spetsiaalseid meetodeid selle keemilise koostise, tera suuruse ja kuju ning osakeste suuruse jaotuse kontrollimiseks. Näiteks aitab kiire temperatuuritõus ja madal vesiniku etteandekiirus kaasa pulbri osakeste suuruse suurenemisele.
• Kompaktse volframi saamine. Kompaktne volfram, tavaliselt varraste või valuplokkide kujul, on toorik pooltoodete, näiteks traadi, varda, riba jms tootmiseks.

§2. Kompaktse volframi saamine

Kompaktse volframi saamiseks on kaks võimalust. Esimene on pulbermetallurgia meetodite rakendamine. Teine on kuluelektroodiga elektrikaarahjudes sulatamine.

Pulbermetallurgia meetodid
See tempermalmist volframi saamise meetod on kõige levinum, kuna see võimaldab ühtlasemalt jaotada lisandeid, mis annavad volframile eriomadused (kuumuskindlus, emissiooniomadused ja muud).

Selle meetodi abil kompaktse volframi saamise protsess koosneb mitmest etapist:

• metallipulbrist pressvardad;
• toorikute madalatemperatuuriline (esialgne) paagutamine;
• toorikute paagutamine (keevitamine);
• toorikute töötlemine pooltoodete saamiseks - volframtraat, lint, volframvardad; Tavaliselt töödeldakse toorikuid surve all (sepistamine) või töödeldakse neid lõikamise teel (näiteks lihvimine, poleerimine).

Volframipulbrile kehtivad erinõuded. Kasutage ainult vesinikuga redutseeritud pulbreid, mis ei sisalda rohkem kui 0,05% lisandeid.

Kirjeldatud pulbermetallurgia meetodi abil saadakse volframvardad ruudukujulise ristlõikega 8x8 kuni 40x40 mm ja pikkusega 280-650 mm. Toatemperatuuril on neil hea tugevus, kuid need on väga rabedad. Tasub teada, et tugevus ja rabedus (vastandomadus – elastsus) kuuluvad erinevatesse omaduste rühma. Tugevus on materjali mehaaniline omadus, elastsus on tehnoloogiline omadus. Plastilisus määrab materjali sobivuse sepistamiseks. Kui materjali on raske sepistada, siis on see rabe. Plastilisuse parandamiseks sepistatakse volframvardad kuumutatud olekus.

Ülalkirjeldatud meetodiga ei saa aga toota suuremõõtmelisi suure massiga toorikuid, mis on oluline piirang. Suuremõõtmeliste toorikute saamiseks, mille mass ulatub mitmesaja kilogrammini, kasutatakse hüdrostaatilist pressimist. See meetod võimaldab saada silindrilise ja ristkülikukujulise ristlõikega toorikuid, torusid ja muid keeruka kujuga tooteid. Samal ajal on need ühtlase tihedusega, ei sisalda pragusid ja muid defekte.

Kaitse
Sulatamist kasutatakse valtsimiseks, torude tõmbamiseks ja valamise teel toodete valmistamiseks mõeldud suurte toorikute kujul (200–3000 kg) kompaktse volframi saamiseks. Sulatamine toimub elektrikaarahjudes kuluelektroodiga ja/või elektronkiirega sulatamine.

Kaarsulatamisel toimivad elektroodidena paagutatud varraste pakendid või hüdrostaatiliselt pressitud paagutatud toorikud. Sulatamine toimub vaakumis või vesiniku atmosfääris. Tulemuseks on volframkangid. Volframi valuplokkidel on jämedateraline struktuur ja suurem haprus, mis on põhjustatud suurest lisandite sisaldusest.

Lisandite sisalduse vähendamiseks sulatatakse volfram esialgu elektronkiire ahjus. Kuid pärast seda tüüpi sulatamist on volframil ka jämedateraline struktuur. Seetõttu sulatatakse terade suuruse vähendamiseks tekkinud valuplokid elektrikaareahjus, lisades väikeses koguses tsirkoonium- või nioobiumkarbiide, aga ka legeerivaid elemente, et anda eriomadusi.

Peeneteraliste volframiplokkide saamiseks, samuti osade valmistamiseks valamise teel kasutatakse kaarkolju sulatamist koos metalli valamise vormiga.

3. peatükk. Volframist valmistatud tooted. Vardad, traat, ribad, pulber

§üks. Volframvardad

Tootmine
Volframvardad on üks levinumaid volframist tulekindlate metalltoodete tüüpe. Varraste valmistamise lähtematerjaliks on varras.

Volframvardade saamiseks sepistatakse varras pöörleval sepispingil. Sepistamine toimub kuumutatud olekus, kuna volfram on toatemperatuuril väga rabe. Sepistamisel on mitu etappi. Igal järgmisel etapil saadakse väiksema läbimõõduga vardad kui eelmisel.

Esimesel sepistamisel saab kuni 7 mm läbimõõduga volframvardaid (eeldusel, et varda küljepikkus on 10-15 cm). Sepistamine toimub toorikute temperatuuril 1450-1500 °C. Molübdeeni kasutatakse tavaliselt küttematerjalina. Pärast teist sepistamist saadakse vardad läbimõõduga kuni 4,5 mm. Seda toodetakse varda temperatuuril 1300-1250 °C. Edasise sepistamise käigus saadakse kuni 2,75 mm läbimõõduga volframvardad. Tuleb märkida, et VT, VL ja VI klassi volframvardaid toodetakse kõrgemal temperatuuril kui klassi VA ja VCh vardaid.

Kui esialgse toorikuna kasutatakse sulatamise teel saadud volframi valuplokke, siis kuumsepistamist ei teostata. Selle põhjuseks on asjaolu, et nendel valuplokkidel on krobeline makrokristalliline struktuur ja nende kuumsepistamine võib põhjustada pragunemist ja rikkeid.

Sel juhul allutatakse volframi valuplokkidele topeltkuumpressimine (deformatsiooniaste on umbes 90%). Esimene pressimine toimub temperatuuril 1800-1900 °C, teine ​​- 1350-1500 °C. Seejärel sepistatakse toorikud volframvardade saamiseks kuumalt.

Rakendus
Volframvardaid kasutatakse laialdaselt erinevates tööstusharudes. Üks levinumaid rakendusi on mittekuluvad keevituselektroodid. Sellisteks eesmärkideks sobivad VT, VI, VL klasside volframvardad. Samuti kasutatakse kütteseadmetena VA, BP, MV klassi volframvardaid. Volframküttekehad töötavad ahjudes temperatuuril kuni 3000 °C vesiniku, inertgaasi või vaakumi atmosfääris. Volframvardad võivad olla raadiotorude, elektrooniliste ja gaaslahendusseadmete katoodid.

§2. Volframelektroodid

kaarkeevitus
Keevituselektroodid on üks tähtsamaid keevitamiseks vajalikke komponente. Neid kasutatakse kõige laialdasemalt kaarkeevitamisel. See kuulub keevitamise soojusklassi, milles sulamine toimub soojusenergia tõttu. Kaarkeevitus (käsitsi, poolautomaatne ja automaatne) on kõige levinum keevitusprotsess. Soojusenergia tekib voltkaare abil, mis põleb elektroodi ja toote (detail, toorik) vahel. Arc - võimas stabiilne elektrilahendus gaaside, metalliaurude ioniseeritud atmosfääris. Elektrood suunab keevituskohta elektrivoolu, et tekitada kaar.

Keevituselektroodid
Keevituselektrood – kaetud (või katmata) valtstraat. Keevitamiseks on palju erinevaid elektroode. Need erinevad keemilise koostise, pikkuse, läbimõõdu poolest, teatud tüüpi elektroodid sobivad teatud metallide ja sulamite keevitamiseks jne. jne. Keevituselektroodide jagamine tarbitavateks ja mittetarbitavateks on nende klassifitseerimise üks olulisemaid tüüpe.

Kulutavad keevituselektroodid sulatatakse keevitamise käigus, nende metall läheb koos keevitatud detaili sulametalliga keevisbasseini täiendama. Sellised elektroodid on valmistatud terasest ja vasest.

Mittekuluvad elektroodid ei sula keevitamise ajal. Seda tüüpi kuuluvad süsinik- ja volframelektroodid. Mittekuluvate volframelektroodidega keevitamisel on vaja varustada täitematerjali (tavaliselt keevitustraati või -vardat), mis sulab ja moodustab koos keevitatud detaili sulamaterjaliga keevisvanni.

Samuti on keevituselektroodid kaetud ja katmata. Katvus mängib olulist rolli. Selle komponendid suudavad tagada etteantud koostise ja omadustega keevismetalli valmistamise, stabiilse kaarepõlemise, sulametalli kaitsmise õhuga kokkupuute eest. Sellest lähtuvalt võivad katte komponendid olla legeerivad, stabiliseerivad, gaasimoodustavad, räbu tekitavad, deoksüdeerivad ning kate ise võib olla happeline, rutiilne, aluseline või tselluloos.

Volframelektroodide keevitamine
Nagu varem märgitud, ei ole volframelektroodid kuluvad ja neid kasutatakse keevitamisel koos täitetraadiga. Neid elektroode kasutatakse peamiselt värviliste metallide ja nende sulamite (tsirkooniumilisandiga volframelektrood), kõrglegeeritud teraste (EWT tooriumilisandiga volframelektrood) keevitamiseks ning volframelektrood sobib hästi suurema tugevusega keevisõmbluse saamiseks, ja keevitavad osad võivad olla erineva keemilise koostisega.

Üsna levinud on keevitamine argoonis volframelektroodidega. Sellel keskkonnal on positiivne mõju keevitusprotsessile ja keevisõmbluse kvaliteedile. Volframelektroodid võivad olla valmistatud puhtast volframist või sisaldada erinevaid lisandeid, mis parandavad keevitusprotsessi ja keevisõmbluse kvaliteeti. Puhtast volframist valmistatud mittetarbitavate keevituselektroodide (näiteks EHF-margi volframelektroodi) omadus ei ole väga hea kaarsüüte.

Kaare süttimine toimub kolmes etapis:

• elektroodi lühis toorikuga;
• elektroodi eemaldamine väikesele kaugusele;
• stabiilse kaarelahenduse tekkimine.

Tsirkooniumi lisatakse volframelektroodidele, et parandada kaare süttimist ja saavutada keevitamise ajal kaare kõrge stabiilsus. Thoriation (volframelektrood EVT-15) parandab ka kaare süttimist ja pikendab keevituselektroodide kasutusiga. Ütriumi lisamine volframelektroodidele (volframelektroodid EVI-1, EVI-2, EVI-3) võimaldab neid kasutada erinevates voolukeskkondades. Näiteks võib olla vahelduv- või alaliskaar. Esimesel juhul töötab keevituskaar vahelduvvooluallikast. Eristage ühefaasilist ja kolmefaasilist kaare toiteallikat. Teises - alalisvooluallikast.

Argooni kaarkeevitus (kaarkeevitus mittekuluva volframelektroodiga argoonikeskkonnas) Seda tüüpi keevitus on end tõestanud värviliste metallide, nagu molübdeen, titaan, nikkel, ja ka kõrglegeeritud terase keevitamisel. See on kaarkeevitus, mille puhul keevisvanni loomiseks vajaliku soojuse allikaks on elektrivool. Seda tüüpi argooni kaarkeevituse puhul on peamised elemendid volframelektrood ja inertgaasi argoon. Argoon juhitakse keevitamise ajal volframelektroodile ja kaitseb seda, kaaretsooni ja keevisvanni atmosfääri gaasisegu (lämmastik, vesinik, süsinikdioksiid) eest. See kaitse parandab oluliselt keevisõmbluse kvaliteediomadusi ja kaitseb ka keevitusvolframelektroode õhus kiire põlemise eest. Argooni saab kasutada suure hulga metallide ja sulamite keevitamisel, kuna see on inertne.

Volframelektroodide standardid
Venemaal toodetakse mittetarbitavaid volframelektroode vastavalt standardite ja spetsifikatsioonide nõuetele. Nende hulgas: GOST 23949-80“Volframelektroodid keevitamiseks, mittekuluvad. Tehnilised andmed”; TLÜ 48-19-27-88"Tungstena lantaanitud volfram. Tehnilised andmed”; TLÜ 48-19-221-83"Vardad on valmistatud ütreeritud volframist klassi SVI-1. Tehnilised andmed”; TLÜ 48-19-527-83“Volframkeevitus mittekuluvad elektroodid EVCh ja EVL-2. Tehnilised andmed”.

§3. Volframtraat

Tootmine
Volframtraat on üks levinumaid sellest tulekindlast metallist valmistatud tooteid. Selle valmistamise lähtematerjaliks on sepistatud volframvardad läbimõõduga 2,75 mm.

Traadi tõmbamine toimub temperatuuril 1000 °C protsessi alguses ja 400-600 °C lõpus. Sel juhul kuumutatakse mitte ainult traati, vaid ka stantsi. Küte toimub gaasipõleti leegiga või elektrikerisega.

Kuni 1,26 mm läbimõõduga traadi tõmbamine toimub sirgel ketttõmbepingil, läbimõõduga 1,25-0,5 mm - plokkfreesil pooli läbimõõduga ~ 1000 mm, läbimõõduga 0,5-0,25 - peal ühekordsed joonistusmasinad.

Sepistamise ja tõmbamise tulemusena muutub tooriku struktuur kiuliseks, mis koosneb piki töötlemistelge piklike kristallide fragmentidest. See struktuur toob kaasa volframtraadi tugevuse järsu suurenemise.

Pärast tõmbamist kaetakse volframtraat grafiitmäärdega. Traadi pind tuleb puhastada. Puhastamine toimub lõõmutamise, keemilise või elektrolüütilise söövitamise, elektrolüütilise poleerimisega. Poleerimine võib suurendada volframtraadi mehaanilist tugevust 20-25%.

Rakendus
Volframtraati kasutatakse takistuselementide valmistamiseks küttekolletes, mis töötavad vesiniku, neutraalgaasi või vaakumi atmosfääris temperatuuril kuni 3000 °C. Samuti kasutatakse termopaaride tootmiseks volframtraati. Selleks kasutatakse volfram-reeniumi sulamit 5% reeniumiga ja volfram-reeniumi sulamit 20% reeniumiga ( VR 5/20).

AT GOST 18903-73"Volframtraat. Sortiment” näitab traadi klasside VA, VM, VRN, VT-7, VT-10, VT-15 kasutusalasid. VA volframtraati, olenevalt grupist, pinna seisukorrast ja metallist, läbimõõdust, kasutatakse hõõglampide ja muude valgusallikate spiraalide, elektroonikaseadmete spiraalkatoodide ja küttekehade, pooljuhtseadmete vedrude, silmusküttekeste, mittespiraalide valmistamiseks. elektroonikaseadmete katoodid, võred, vedrud. VRN-klassi traati kasutatakse pukside, traaverside ja muude seadmete osade tootmisel, mis ei nõua spetsiaalsete lisanditega volframi kasutamist.

§4. Volframi pulber

Puhas volframipulber on kompaktse volframi tootmise tooraineks (vt.). Kõvade sulamite valmistamiseks kasutatakse volframkarbiidist WC-d, mis näeb välja ka pulbrina.

Sõltuvalt eesmärgist eristatakse volframipulbreid osakeste keskmise suuruse, terade komplekti ja muude parameetrite järgi.

Volframipulbrite peamine lisand on hapnik (0,05–0,3%). Metalli lisandeid sisaldavad volframipulbrid väga väikestes kogustes. Sageli lisatakse volframipulbritesse muude metallide lisandeid, mis parandavad lõpptoote teatud omadusi. Lisanditena kasutatakse sageli alumiiniumi, tooriumi, lantaani ja teisi.

VA volframipulber, mida kasutatakse traadi valmistamiseks, sisaldab ühtlaselt jaotunud räni-leelis- ja alumiiniumlisandeid (0,32% K 2 O; 0,45% SiO 2; 0,03% Al 2 O 3), pulbrit tulekindlast metallist volframi klassi VT - tooriumoksiidi lisand (0,7 - 5%), VL - lantaanoksiidi lisand (~ 1% La 2 O 3), VI - ütriumoksiidi lisand (~ 3% Y 2 O 3), VM - räni- ja tooriumilisandid ( 0,32% K 20, 0,45% Si02, 0,25% ThO2).

§5. Volframiribad (lehed, teibid, fooliumid, plaadid)

Tootmine
Reeglina saadakse volframist lamedad tooted - lehed, ribad, plaadid, foolium - kahe toiminguga - lame sepistamine ja valtsimine. Toorikutena kasutatakse erineva suurusega volframvardaid.

Esiteks sepistatakse volframvardad suruõhuhaamriga tasaseks. Sepistamine toimub temperatuuril 1500-1700 °C, mis deformatsiooni edenedes langeb 1200-1300 °C-ni. Sepistamist jätkatakse seni, kuni saadakse sepis paksusega 8-10 mm (vardaosaga 25x25 mm) või 4-5 mm (vardaosaga 12x12 mm).

Seejärel valtsitakse saadud sepised valtspinkides. Valtsimisprotsessi alguses kuumutatakse toorikud temperatuurini 1300-1400 °C, seejärel alandatakse temperatuur 1000-1200 °C-ni. Kuumvaltsimisel saadakse kuni 0,6 mm paksused volframilehed, -ribad ja -plaadid. Väiksemate lehtede, ribade ja plaatide saamiseks tehakse külmvaltsimine. Õhukeste volframilehtede paksusega kuni 0,125 mm ja lindi (fooliumi) saamiseks paksusega 0,02–0,03 mm kasutatakse rullimist pakendites. Pakend koosneb mitmest võrdse paksusega volframiribast ja paksemast molübdeenplaadist, mis asetsevad volframiribade peal. Molübdeenplaadid on plastilisemad ja deformeeruvad kiiremini kui volframplaadid. Selle tulemusena muutuvad need rullimise ajal õhemaks kui volframiribad. Pärast ühte või mitut üleminekut tuleb molübdeenplaadid uutega asendada, et pakendi paksus jääks ligikaudu samaks. Tuleb märkida, et selle protsessi eesmärk on õhukese volframlindi (fooliumi) valmistamine. Molübdeenplaadid on siin kulumaterjal, mis on vajalik pakendites valtsimise teostamiseks.

Sulatamise teel saadud volframikangid võivad olla ka volframlindi, plaatide ja lehtede toorikud (vt.). Kangid on eelpressitud. 20-25 mm paksused ja 50-60 mm laiused ristkülikukujulised toorikud saadakse pressimisel 70-80 mm läbimõõduga valuplokkidest. Seejärel deformeeritakse toorikud kahe rulliga pressidel.

Volframlehed V-MP
V-MP volframlehti kasutatakse tööstuses laialdaselt. Need on valmistatud volframipulbri klassidest PV1 ja PV2, mis sisaldavad 99,98% W. V-MP lehtede ja plaatide paksus peab olema 0,5–45 mm, lõigatud servadega. Lehti saab töödelda vastavalt kliendi nõudmistele. GOST 23922-79"V-MP volframlehed. Tehnilised andmed”.

Rakendus
Kõrge kuumakindluse tõttu kasutatakse volframlehti, nagu ka teisi sellest tulekindlast metallist valmistatud tooteid, ülikõrgete temperatuuride tingimustes. Kõrgtemperatuuriliste ahjude jaoks valmistatakse volframlehtedest erinevaid tarvikuid - kuumuskilpe, aluseid ja muid kinnituselemente. Volframist pihustatud sihtmärke, mis on valmistatud plaatide kujul, kasutatakse integraallülituste pooljuhtkomponentide metallistamisel õhukeste tõkkekilede jaoks. Tuumaenergiatööstuses kasutatakse volframilehti kilbina, et summutada radioaktiivse kiirguse voogu.

§6. Volframisulamid reeniumiga

Eraldi lõik peaks hõlmama volframi-reeniumi sulameid ja nendest valmistatud tooteid. Siin käsitletakse üksikasjalikumalt BP5 ja BP20 klassi sulameid.

Nende kahe metalli sulamid on kuumakindlad. Volframi lisamine teiste metallidega alandab selle sulamistemperatuuri. Kuid tulekindla metalliga legeerimisel sulami sulamistemperatuur nii oluliselt ei lange. Volfram (W) ja reenium (Re) on tulekindlad metallid.

Kui reeniumi kasutatakse lisandina, täheldatakse "reeniumi efekti". 5% reenium suurendab volframi kuumakindlust ja elastsust. 20-30% reeniumisisalduse korral täheldatakse tugevuse ja elastsuse optimaalset kombinatsiooni kõrge valmistatavusega. Volfram-reeniumi sulamite eelisteks on ka madal aurustumiskiirus töötemperatuuridel ja kõrge elektritakistus.

Volframisulamid reeniumiga, nagu kompaktne volfram, saadakse pulbermetallurgia ja sulatamise teel.

Nende sulamite huvitav kasutusvaldkond on temperatuuri mõõtmine. Kõrgtemperatuuriliste termopaaride valmistamiseks kasutatakse volfram-reeniumtraati VR5 (5% Re, ülejäänud - W) ja VR20 (20% Re, ülejäänud - W).

Selliste termopaaride peamine eelis on mõõdetud temperatuuride vahemik. Niivõrd kui sulamid VR 5/20 on kuumakindlad, siis on vastavast traadist valmistatud termopaaride abil võimalik mõõta temperatuure üle 2000 °C. Seda tüüpi termopaarid peavad aga olema inertses keskkonnas.

Kõige sagedamini kasutatakse termopaaride valmistamiseks volfram-reenium termoelektroodi traati VR5, VR20 Ø 0,2; 0,35; 0,5 mm.

§7. Volframkarbiidid

Praktilisest seisukohast on väga olulised volframi ühendid süsinikuga - volframkarbiidid. Volfram moodustab kaks karbiidi - W 2 C ja WC. Need karbiidid erinevad lahustuvuse poolest muude tulekindlate metallide karbiidides ja keemilise käitumise poolest erinevates hapetes. Volframkarbiididel, nagu ka teiste tulekindlate metallide karbiididel, on metalliline juhtivus ja positiivne elektritakistuse koefitsient. Karbiidide tulekindlus ja kõrge kõvadus on tingitud tugevatest aatomitevahelistest sidemetest nende kristallides. Lisaks säilib WC-karbiidi kõrge kõvadus ka kõrgetel temperatuuridel.

Levinuim meetod volframkarbiidide WC ja W 2 C saamiseks on pulbrilise volframi segu kaltsineerimine tahmaga temperatuurivahemikus 1000-1500 °C.

Volframkarbiide WC ja W 2 C kasutatakse peamiselt kõvasulamite valmistamiseks.

Karbiid
Volframkarbiidil põhinevaid kõvasulameid on 2 rühma:

• valatud kõvasulamid (mida sageli nimetatakse valatud volframkarbiidideks);
• paagutatud kõvasulamid.

Valatud karbiid saadud valamise teel. Sulami saamiseks pärineb tavaliselt pulbriline volfram, süsinikupuudusega karbiid (kuni 3% C) või WC + W segu, milles süsinikusisaldus ei ületa 3%. Seda tüüpi karbiidide peeneteraline struktuur tagab sulami suurema kõvaduse ja kulumiskindluse. Valatud sulamid on aga üsna rabedad. See asjaolu piirab nende kohaldamist. Valatud kõvasulameid kasutatakse peamiselt puurimistööriistade ja traadi peeneks tõmbamiseks mõeldud tõmbestantside valmistamisel.

Paagutatud karbiid kombineerida volframmonokarbiidist WC ja tsementeeriva sidemega metalli, milleks on tavaliselt koobalt, harvem nikkel. Selliseid sulameid saab saada ainult pulbermetallurgia abil. Volframkarbiidi pulber ja koobalti- või niklipulber segatakse, pressitakse vajaliku kujuga toodeteks ja paagutatakse seejärel tsementeeriva metalli sulamistemperatuurile lähedasel temperatuuril. Lisaks suurele kõvadusele ja kulumiskindlusele on neil sulamitel hea tugevus. Paagutatud kõvasulamid on kõige produktiivsemad kaasaegsed tööriistamaterjalid metalli lõikamiseks. Neid kasutatakse ka stantside, stantside, puurimistööriistade valmistamiseks. Kõvade sulamite hulgast, mille valmistamiseks kasutatakse volframkarbiidi, tasub esile tõsta VK grupi sulamid - volfram-koobalt-kõvad sulamid. Tööstuses laialt levinud VK8 sulamid ja VK6. Neid kasutatakse lõikurite, puurite, lõikurite, aga ka muude lõike- ja puurimistööriistade valmistamiseks.

Järeldus

Selles artiklis käsitletakse erinevaid tulekindla metalliga TUNGSTEN seotud aspekte – omadused, rakendused, tootmine, tooted.

Nagu artiklis kirjeldatud, koosneb selle metalli saamisprotsess paljudest etappidest ja on üsna töömahukas. Autorid püüdsid välja tuua volframi tootmise olulisemad etapid ja pöörata tähelepanu olulistele omadustele.

Volframi omaduste ja kasutusalade ülevaade näitab, et tegemist on väga olulise materjaliga, ilma milleta mõnes tööstuses lihtsalt võimatu hakkama saada. Sellel on ainulaadsed omadused, mida mõnel juhul ei saa teiste materjalide kasutamisega saavutada.

Ülevaade tööstuses toodetavatest volframtoodetest - traat, vardad, lehed, pulber - võimaldab paremini mõista nende omadusi, olulisi omadusi ja spetsiifilisi rakendusi.

Volframi omadused

Volfram- see on metallist. Seda ei ole merevees, õhus ja maakoores on see ainult 0,0055%. Sellised volfram, element aastal 74. positsioonil. Tööstuse jaoks "avati" see maailmanäitusel Prantsusmaa pealinnas. See toimus 1900. aastal. Näitusel esines volframterasest.

Kompositsioon oli nii kõva, et lõikas läbi igasuguse materjali. jäi "võitmatuks" isegi tuhande kraadise temperatuuri juures, seetõttu nimetati seda punaseks vastupidavaks. Näitust külastanud tootjad erinevatest riikidest võtsid arenduse kasutusele. Legeeritud terase tootmine on omandanud ülemaailmse mastaabi.

Huvitaval kombel avastati element ise juba 18. sajandil. 1781. aastal katsetas rootslane Scheeler mineraal volframiga. Keemik otsustas selle lämmastikhappesse panna. Laguproduktidest avastas teadlane tundmatu hõbedase läikega halli metalli. Mineraal, millega katseid läbi viidi, nimetati hiljem ümber scheeliidiks ja uueks elemendiks nimetatakse volframiks.

Selle omaduste uurimine võttis aga palju aega ja seetõttu leiti metallile vääriline rakendus palju hiljem. Nimi valiti kohe välja. Sõna volfram oli varem olemas. Hispaanlased nimetasid seda üheks riigi maardlates leiduvaks mineraaliks.

Kivi koostis sisaldas tõepoolest elementi nr 74. Väliselt on metall poorne, justkui vahustatud. Seega tuli kasuks veel üks analoogia. Saksa keeles tähendab volfram sõna-sõnalt "hundivaht".

Metalli sulamistemperatuur konkureerib vesinikuga ja see on kõige temperatuurikindlam element. Seetõttu ja installige volframi pehmenemisindeks ei saanud sada aastat. Kuni mitme tuhande kraadini kütvaid ahjusid polnud.

Kui hõbehalli elemendi "kasu" oli "läbi näha", hakati seda tööstuslikus mastaabis kaevandama. 1900. aasta näituse jaoks ekstraheeriti metall vanal viisil lämmastikhappega. Volframi kaevandatakse aga siiani.

Volframi kaevandamine

Kõige sagedamini saadakse trioksiid kõigepealt maagijäätmetest. Seda töödeldakse 700 kraadi juures, saades puhta metalli tolmu kujul. Osakeste pehmendamiseks tuleb kasutada ainult vesinikku. Selles volfram on sulanud kolme tuhande Celsiuse kraadi juures.

Sulam läheb lõikuritele, torulõikuritele, lõikuritele. metalli töötlemiseks koos volframi pealekandmine parandada osade valmistamise täpsust. Metallpindadega kokku puutudes on hõõrdumine suur, mis tähendab, et tööpinnad on väga kuumad. Ilma elemendi nr 74ta lõike- ja poleerimismasinad võivad ise sulada. See muudab lõike ebatäpseks, ebatäiuslikuks.

Volframit pole mitte ainult raske sulatada, vaid ka töödelda. Kõvadusskaalal on metall üheksandal kohal. Korundil on sama palju punkte, mille purust tehakse näiteks nuga. Ainult teemant on kõvem. Seetõttu töödeldakse tema abiga volframi.

Volframi pealekandmine

74. elemendi "vankumatus" tõmbab. Halli-hõbedase metalliga sulamitest valmistatud tooteid ei saa kriimustada, painutada, purustada, välja arvatud juhul, kui need on loomulikult üle pinna või samade teemantidega kraabitud.

Volframist ehetel on veel üks vaieldamatu pluss. Need ei põhjusta allergilisi reaktsioone, erinevalt kullast, hõbedast, plaatinast ja veelgi enam, nende sulamitest koos või. Ehete jaoks kasutatakse volframkarbiidi, see tähendab selle kombinatsiooni süsinikuga.

Seda peetakse inimkonna ajaloo kõige kõvemaks sulamiks. Selle poleeritud pind peegeldab suurepäraselt valgust. Juveliirid nimetavad seda "halliks peegliks".

Muide, ehted käsitöölised pöörasid tähelepanu volframile pärast seda, kui 20. sajandi keskel hakati sellest ainest valmistama kuulide südamikke, kestasid ja plaate kuulivestidele.

Klientide kaebused kõrgeimate standardite ja hõbeehete hapruse kohta panid juveliirid mõtlema uuele elemendile ja proovima seda oma tööstuses rakendada. Lisaks hakkasid kõikuma ka hinnad. Volframist on saanud alternatiiv kollasele metallile, mida enam investeeringuna ei tajuta.

Olles väärismetall volframi väärt palju raha. Kilo eest küsitakse hulgiturul vähemalt 50 dollarit. Maailma tööstus tarbib 30 tuhat tonni elementi nr 74 aastas. Rohkem kui 90% neelab metallurgiatööstus.

Ainult valmistatud volframist konteinerid tuumajäätmete ladustamiseks. Metall ei edasta hävitavaid kiiri. Haruldast elementi lisatakse sulamitele kirurgiliste instrumentide valmistamiseks.

Seda, mida metallurgilistel eesmärkidel ei kasutata, võtab keemiatööstus. Fosforiga volframiühendid on näiteks lakkide ja värvide aluseks. Nad ei vaju kokku, ei tuhmu päikesekiirte eest.

AGA naatriumvolframaadi lahus vastupidav niiskusele ja tulele. Selgub, mis immutatud vee- ja tulekindlad kangad sukeldujate ja tuletõrjujate ülikonnad.

Volframi ladestused

Venemaal on mitu volframi leiukohta. Need asuvad Altais, Kaug-Idas, Põhja-Kaukaasias, Tšukotkas ja Burjaatias. Väljaspool riiki kaevandatakse metalli Austraalias, USA-s, Boliivias, Portugalis, Lõuna-Koreas ja Hiinas.

Taevaimpeeriumis levib isegi legend noorest maadeavastajast, kes tuli Hiinasse tinakivi otsima. Üliõpilane asus elama ühte Pekingi majja.

Pärast viljatuid otsinguid meeldis tüübile kuulata omaniku tütre lugusid. Ühel õhtul rääkis ta loo tumedatest kividest, millest koduahi ehitati. Selgus, et klotsid kukkusid kaljult hoone tagahoovi. Niisiis, õpilane ei leidnud, vaid leidis volframi.

Keemia

Element nr 74 volfram liigitatakse tavaliselt haruldaste metallide hulka: selle sisaldust maakoores hinnatakse 0,0055%; seda ei leidu merevees, seda ei olnud võimalik tuvastada päikesespektris. Populaarsuse poolest suudab see aga konkureerida paljude sugugi mitte haruldaste metallidega ning selle mineraalid olid teada juba ammu enne elemendi enda avastamist. Niisiis, 17. sajandil. paljudes Euroopa riikides teadsid nad "volframi" ja "volframi" - nii nimetati tol ajal levinumaid volframmineraale - volframiiti ja šeeliiti. Ja elementaarne volfram avastati 18. sajandi viimasel veerandil.

Volframi maak

Üsna pea omandas see metall praktilise tähtsuse – legeeriva lisandina. Ja pärast 1900. aasta maailmanäitust Pariisis, kus demonstreeriti kiirvolframterase näidiseid, hakkasid elementi nr 74 kasutama metallurgid kõigis enam-vähem tööstusriikides. Volframi kui legeeriva lisandi peamine omadus on see, et see annab terasele punase kõvaduse – see võimaldab säilitada kõvadust ja tugevust kõrgetel temperatuuridel. Pealegi kaotab enamik teraseid õhu käes jahutamisel kõvaduse (pärast punase kuumuse temperatuuri lähedasel temperatuuril hoidmist). Aga volfram – ei.
Volframterasest valmistatud tööriist peab vastu kõige intensiivsemate metallitöötlemisprotsesside tohututele kiirustele. Sellise tööriista lõikekiirust mõõdetakse kümnetes meetrites sekundis.
Kaasaegsed kiirterased sisaldavad kuni 18% volframi (või volframi molübdeeniga), 2-7% kroomi ja vähesel määral koobaltit. Nad säilitavad oma kõvaduse temperatuuril 700-800 ° C, samas kui tavaline teras hakkab pehmenema, kui seda kuumutatakse ainult temperatuurini 200 ° C. "Stelliidid" - sulamitel on veelgi suurem kõvadus
volfram ja kroomi ja koobaltiga (ilma rauata) ja eriti volframkarbiididega - selle ühendid süsinikuga. Nähtav sulam (volframkarbiid, 5–15% koobaltit ja väike titaankarbiidi segu) on 1,3 korda kõvem kui tavaline volframteras ja säilitab kõvaduse kuni 1000–1100 °C. Selle sulami lõikurid saab eemaldada minutis kuni 1500-2000 m raualaastu. Nad suudavad kiiresti ja täpselt töödelda "kapriisseid" materjale: pronksi ja portselani, klaasi ja eboniiti; samas tööriist ise kulub väga vähe.
XX sajandi alguses. elektripirnides hakati kasutama volframniiti: see võimaldab teil viia soojuse kuni 2200 ° C ja sellel on suur valgusvõimsus. Ja selles osas on volfram tänapäevani hädavajalik. Ilmselgelt on see põhjus, miks ühes populaarses laulus nimetatakse lambipirni "volframisilmaks".

Mineraalid ja volframimaagid

Volfram esineb looduses peamiselt oksüdeeritud kompleksühendite kujul, mis moodustuvad volframtrioksiidist WO 3 ja raua- ja mangaani- või kaltsiumoksiididest ning mõnikord ka plii, vase, tooriumi ja haruldaste muldmetallide elementidest. Kõige tavalisem mineraal, volframiit, on raua ja mangaani volframaatide (volframhappe soolade) tahke lahus (mFeW0 4 *nMnW0 4). See lahus on rasked ja kõvad pruunid või mustad kristallid, olenevalt sellest, milline ühend on nende koostises ülekaalus. Kui pobneriiti (mangaaniühendeid) on rohkem, on kristallid mustad, kui aga domineerib rauda sisaldav ferberiit, siis pruunid. Wolframiit on paramagnetiline ja hea elektrijuht.
Teistest volframmineraalidest on tööstusliku tähtsusega šeeliit, kaltsiumvolfram CaW04. See moodustab helekollaseid, mõnikord peaaegu valgeid kristalle, mis säravad nagu klaas. Scheeliit on mittemagnetiline, kuid sellel on veel üks iseloomulik tunnus - luminestsentsvõime. Ultraviolettkiirtega valgustades fluorestseerib see pimedas helesiniselt. Molübdeeni segu muudab scheeliidi sära värvi: see muutub helesiniseks ja mõnikord isegi kreemjaks. See geoloogilises uurimistöös kasutatav scheeliidi omadus toimib otsingufunktsioonina, mis võimaldab tuvastada maavarasid.
Volframimaakide maardlad on teoloogiliselt seotud graniidi levikualadega. Suurimad volframiidi ja šeeliidi välismaardlad asuvad Hiinas, Birmas, USA-s, Boliivias ja Portugalis. Meie riigis on ka märkimisväärsed volframmineraalide varud, nende peamised leiukohad on Uuralites, Kaukaasias ja Transbaikalias.
Volframiidi või šeeliidi suured kristallid on väga haruldased. Tavaliselt on volframmineraalid vaid põimitud iidsetesse graniitkivimitesse – keskmiseks volframi kontsentratsiooniks osutub lõpuks parimal juhul 1-2%. Seetõttu on maakidest volframi väga raske eraldada.

Kuidas volframit saadakse

Esimene etapp on maagi rikastamine, väärtuslike komponentide eraldamine põhimassist - aherainest. Raskete maakide ja metallide puhul on levinud kontsentreerimismeetodid: jahvatamine ja flotatsioon, millele järgneb magnetiline eraldamine (volframiidimaakide puhul) ja oksüdatiivne röstimine.
Saadud kontsentraat paagutatakse kõige sagedamini liigse soodaga, et muuta volfram lahustuvaks ühendiks, naatriumvolframaadiks. Teine viis selle aine saamiseks on leotamine; volfram ekstraheeritakse sooda lahusega rõhu all ja kõrgendatud temperatuuril (protsess toimub autoklaavis), millele järgneb neutraliseerimine ja sadestamine tehisliku šeeliidi ehk kaltsiumvolframaadi kujul. Soov saada täpselt volfraati on seletatav asjaoluga, et see on sellest suhteliselt lihtne, vaid kahes etapis:
CaW0 4 → H 2 W0 4 või (NH 4) 2 W0 4 → WO 3, enamikust lisanditest puhastatud volframoksiidi saab eraldada.
Volframoksiidi saamiseks on veel üks viis - kloriidide kaudu. Volframikontsentraati töödeldakse kõrgendatud temperatuuril gaasilise klooriga. Saadud volframkloriide on üsna lihtne eraldada teiste metallide kloriididest sublimatsiooni teel, kasutades temperatuuride erinevust, mille juures need ained lähevad auruolekusse. Saadud volframkloriide saab muundada oksiidiks või kasutada otse elementmetalliks töötlemiseks.

Oksiidide või kloriidide muutmine metalliks on volframi tootmise järgmine samm. Parim volframoksiidi redutseerija on vesinik. Vesinikuga redutseerimisel saadakse puhtaim metalliline volfram. Redutseerimisprotsess toimub toruahjudes, mis on köetud nii, et mööda toru liikudes läbib W0 3-ga “paat” mitut temperatuuritsooni. Selle poole voolab kuiva vesiniku vool. Taastumine toimub nii "külmas" (450-600 ° C) kui ka "kuuma" (750-1100 ° C) tsoonis; "külmas" - madalaima oksiidini W0 2, seejärel - elementaarsele metallile. Olenevalt "kuuma" tsooni reaktsiooni temperatuurist ja kestusest muutub "paadi" seintele vabanenud pulbrilise volframi terade puhtus ja suurus.
Taastumine võib toimuda mitte ainult vesiniku toimel. Praktikas kasutatakse sageli kivisütt. Tahke redutseerija kasutamine lihtsustab mõnevõrra tootmist, kuid sel juhul on vaja kõrgemat temperatuuri - kuni 1300-1400 ° C. Lisaks reageerivad kivisüsi ja selles alati sisalduvad lisandid volframiga, moodustades karbiide ja muid ühendeid. See viib metalli saastumiseni. Samal ajal vajab elektrotehnika väga puhast volframi. Ainult 0,1% rauda muudab volframi rabedaks ja ei sobi kõige õhema traadi valmistamiseks.
Volframi tootmine kloriididest põhineb pürolüüsiprotsessil. Volfram moodustab klooriga mitmeid ühendeid. Kloori liia abil saab neid kõiki muuta kõrgeimaks kloriidiks - WCl 6-ks, mis laguneb 1600 ° C juures volframiks ja klooriks. Vesiniku juuresolekul toimub see protsess juba 1000 ° C juures.
Nii saadakse metallist volfram, kuid mitte kompaktne, vaid pulbrina, mis seejärel pressitakse kõrgel temperatuuril vesinikuvoolus. Pressimise esimesel etapil (kuumutamisel temperatuurini 1100–1300 °C) moodustub poorne habras valuplokk. Pressimist jätkatakse veelgi kõrgemal temperatuuril, saavutades lõpus peaaegu volframi sulamistemperatuuri. Nendes tingimustes muutub metall järk-järgult tahkeks, omandab kiulise struktuuri ning koos sellega plastilisuse ja vormitavuse.

Peamised omadused

Volfram erineb kõigist teistest metallidest oma erilise raskuse, kõvaduse ja tulekindluse poolest. Väljend "raske nagu plii" on tuntud juba ammu. Õigem oleks öelda: "Raske, nagu volfram." Volframi tihedus on peaaegu kaks korda suurem plii tihedusest, täpsemalt 1,7 korda. Samal ajal on selle aatommass veidi väiksem: 184 versus 207.

Tulekindluse ja kõvaduse poolest on volfram ja selle sulamid metallide seas kõrgeimad. Tehniliselt puhas volfram sulab 3410° C juures, keeb aga ainult 6690° C. Selline temperatuur on Päikese pinnal!
Ja "tulekindluse kuningas" näeb üsna tavaline välja. Volframi värvus sõltub suuresti saamise meetodist. Sulatatud volfram on läikiv hall metall, mis meenutab kõige rohkem plaatinat. Volframipulber - hall, tumehall ja isegi must (mida peenem on tera, seda tumedam).

Keemiline aktiivsus

Looduslik volfram koosneb viiest stabiilsest isotoobist massinumbritega 180 kuni 186. Lisaks tekib tuumareaktorites erinevate tuumareaktsioonide tulemusena veel 8 volframi radioaktiivset isotoopi massinumbritega 176 kuni 188; nad kõik on suhteliselt lühiajalised, poolestusajad ulatuvad mõnest tunnist mitme kuuni.
Volframi aatomi seitsekümmend neli elektroni on paigutatud ümber tuuma nii, et kuus neist on välistel orbiitidel ja neid saab suhteliselt lihtsalt eraldada. Seetõttu on volframi maksimaalne valents kuus. Nende välimiste orbiitide struktuur on aga eriline - need koosnevad justkui kahest "astmest": neli elektroni kuuluvad eelviimasele tasemele -d, mis seetõttu osutub vähem kui pooleks. (On teada, et elektronide arv täidetud tasemel d on kümme.) Need neli elektroni (ilmselt paaritu) võivad kergesti moodustada keemilise sideme. Mis puudutab kahte "äärmist" elektroni, siis on neid üsna lihtne lahti rebida.
Volframi kõrget keemilist aktiivsust selgitavad elektronkihi struktuursed omadused. Ühendites pole see mitte ainult kuuevalentne, vaid ka viie-, nelja-, kolme-, kahe- ja nullvalentne. (Ainult monovalentse volframi ühendid on teadmata).
Volframi aktiivsus avaldub selles, et see reageerib enamiku elementidega, moodustades palju lihtsaid ja keerulisi ühendeid. Isegi sulamites on volfram sageli keemiliselt seotud. Ja hapniku ja muude oksüdeerivate ainetega suhtleb see kergemini kui enamik raskmetalle.
Volframi reaktsioon hapnikuga toimub kuumutamisel, eriti kergesti veeauru juuresolekul. Kui volframi kuumutatakse õhus, siis temperatuuril 400–500 ° C moodustub metalli pinnale stabiilne madalam oksiid W0 2; kogu pind on kaetud pruuni kilega. Kõrgemal temperatuuril saadakse esmalt sinine vaheoksiid W 4 O 11 ja seejärel sidrunikollane volframtrioksiid W0 3, mis sublimeerub 923 ° C juures.

Kuiv fluor ühineb peeneks jahvatatud volframiga isegi vähesel kuumutamisel. Sel juhul moodustub WF6 heksafluoriid - aine, mis sulab temperatuuril 2,5 ° C ja keeb temperatuuril 19,5 ° C. Sarnane ühend - WCl 6 - saadakse reaktsioonil klooriga, kuid ainult temperatuuril 600 ° C. Terassinised kristallid WCl 6 sulab temperatuuril 275 ° C ja keeb temperatuuril 347 ° C. Broomi ja joodiga moodustab volfram ebastabiilseid ühendeid: penta- ja dibromiid, tetra- ja dijood.
Kõrgel temperatuuril ühineb volfram väävli, seleeni ja telluuriga, lämmastiku ja booriga, süsiniku ja räniga. Mõned neist ühenditest on väga kõvad ja neil on muid märkimisväärseid omadusi.
Karbonüül W(CO) 6 on väga huvitav. Siin on volfram kombineeritud süsinikmonooksiidiga ja seetõttu on selle valentsus null. Volframkarbonüül on ebastabiilne; see saadakse eritingimustel. 0°C juures eraldub see vastavast lahusest värvitute kristallidena, sublimeerub 50°C juures ja laguneb täielikult 100°C juures. Kuid just see ühend võimaldab saada puhtast volframist õhukesi ja tihedaid katteid.
Mitte ainult volfram ise, vaid ka paljud selle ühendid on väga aktiivsed. Eelkõige on polümeriseeritav volframoksiid WO3. Selle tulemusena tekivad nn isopolüühendid ja heteropolüühendid: viimaste molekulid võivad sisaldada üle 50 aatomi.

Sulamid

Peaaegu kõigi metallidega moodustab volfram sulameid, kuid nende hankimine pole nii lihtne. Fakt on see, et üldtunnustatud liitmismeetodid sel juhul reeglina ei kehti. Volframi sulamistemperatuuril muudetakse enamik teisi metalle juba gaasideks või väga lenduvateks vedelikeks. Seetõttu toodetakse volframi sisaldavaid sulameid tavaliselt pulbermetallurgia meetoditel.
Oksüdatsiooni vältimiseks viiakse kõik toimingud läbi vaakumis või argooni atmosfääris. Seda tehakse nii. Esiteks pressitakse metallipulbrite segu, seejärel paagutatakse ja sulatatakse elektriahjudes. Mõnikord pressitakse ja paagutatakse üks volframipulber ning sel viisil saadud poorne toorik immutatakse mõne teise metalli vedelsulatiga: saadakse nn pseudosulamid. Seda meetodit kasutatakse siis, kui on vaja saada vase ja hõbedaga volframisulam.

Kroomi ja molübdeeni, nioobiumi ja tantaaliga annab volfram tavalisi (homogeenseid) sulameid mis tahes vahekorras. Juba väikesed volframilisandid suurendavad nende metallide kõvadust ja vastupidavust oksüdatsioonile.
Raua, nikli ja koobaltiga sulamid on keerulisemad. Siin tekivad olenevalt komponentide vahekorrast kas tahked lahused või intermetallilised ühendid (metallide keemilised ühendid) ning süsiniku (mida terases on alati olemas) juuresolekul annavad volfram- ja raudkarbiidide segud metallile veelgi suurema kõvaduse. .
Volframi sulatamisel alumiiniumi, berülliumi ja titaaniga tekivad väga keerulised ühendid: neis on volframi aatomi kohta 2–12 kergmetalli aatomit. Need sulamid on kuumakindlad ja vastupidavad oksüdatsioonile kõrgetel temperatuuridel.
Praktikas kasutatakse volframisulameid kõige sagedamini mitte ühe, vaid mitme metalliga. Sellised on eelkõige happekindlad volframisulamid kroomi ja koobalti või nikliga (amala); nad valmistavad kirurgilisi instrumente. Magnetterase parimad klassid sisaldavad volframi, rauda ja koobaltit. Ja spetsiaalsetes kuumakindlates sulamites on lisaks volframile kroom, niklit ja alumiiniumi.
Kõigist volframisulamitest on kõige olulisema tähtsusega saanud volframi sisaldavad terased. Need on kulumiskindlad, ei pragune, säilitavad kõvaduse kuni punase kuumuse temperatuurini. Nendest valmistatud tööriist mitte ainult ei võimalda järsult intensiivistada metallitöötlemisprotsesse (metalltoodete töötlemiskiirus suureneb 10-15 korda), vaid kestab ka palju kauem kui sama muust terasest valmistatud tööriist.
Volframisulamid pole mitte ainult kuumakindlad, vaid ka kuumakindlad. Need ei korrodeeru kõrgel temperatuuril õhu, niiskuse ja erinevate kemikaalide mõjul. Eelkõige piisab niklisse sisestatud 10% volframist, et tõsta viimase korrosioonikindlust 12 korda! Ja koobaltiga tsementeeritud tantaali- ja titaankarbiididega volframkarbiidid on vastupidavad paljude hapete – lämmastik-, väävel- ja vesinikkloriidhappe – toimele isegi keetes. Ainult vesinikfluoriid- ja lämmastikhappe segu on neile ohtlik.

Volframil on kaasaegses tehnoloogias äärmiselt oluline roll. Seda kasutatakse terasetööstuses, kõvasulamite valmistamisel, happekindlate ja muude erisulamite tootmisel, elektrotehnikas, värvainete tootmisel, keemiliste reagentidena jne.

Umbes 70% kogu kaevandatavast volframist läheb ferrovolframi tootmiseks, mille kujul see viiakse terasesse. Volfram kõige rikkamates ja levinumates volframterastes (kiirlõiketerastes) moodustab volfram keerulisi volframi sisaldavaid karbiide, mis suurendavad terase kõvadust, eriti kõrgetel temperatuuridel (punane kõvadus). Suurendab lõikamiskiirust mitu korda . Praegu annavad kiirteraslõikurid teed metallkeraamika kõvasulamitest, mis on valmistatud volframkarbiidi baasil, millele on lisatud tsementeerivat lisandit, osadesse kõvasulamitesse lisatakse ka titaan-, tantaali- ja nioobiumkarbiidi. Tootmisuuendajate poolt saavutatud kaasaegsed lõikekiirused saavutatakse täpselt kõvasulamite lõikuritega.Volframisulamitel koos teiste metallidega on lai kasutusala: nikli-volframi-kroomi sulamit eristavad happekindlad omadused. Tähelepanu juhitakse kõrgendatud kuumuskindlusega volframisulamitele: näiteks 1% nioobiumi, tantaali, molübdeeni lisamine, mis moodustavad volframiga tahke lahuse, tõstab metalli sulamistemperatuuri üle 3300 °C, samas kui lisatakse 1% nioobiumi, tantaali ja molübdeeni, mis moodustavad volframiga tahke lahuse. 1% raud, mis on väga vähe lahustuv volframis, alandab sulamistemperatuuri 1640 °C-ni. Selle valdkonna teadusuuringud on USA-s laialdaselt arenenud.

Metallvolfram leiab erinevaid rakendusi elektri- ja röntgenitehnikas. Elektrilampide hõõgniidid on valmistatud volframist. Volfram on selleks otstarbeks eriti sobiv tänu oma kõrgele tulekindlusele ja väga madalale lenduvusele: temperatuuril suurusjärgus 2500 °C, mille juures kiud töötavad, ei ulatu volframi aururõhk 1 mm Hg-ni. Metallist volframit kasutatakse ka elektriahjude küttekehade valmistamiseks, mis taluvad temperatuuri kuni 3000° C. Metallist volframit kasutatakse röntgenitorude antikatoodide jaoks, elektrovaakumseadmete erinevate osade jaoks, raadioseadmete, voolualaldi jms jaoks. Galvanomeetrites kasutatakse õhukesi volframniite. Sarnaseid niite kasutatakse kirurgilistel eesmärkidel. Lõpuks valmistatakse volframmetallist erinevaid spiraalvedrusid, aga ka detaile, mis nõuavad erinevatele keemilistele mõjudele vastupidavat materjali.

Volframiühendeid on värvainetena kasutatud väga laialdaselt. Hiinas on säilinud iidsed portselantooted, mis on värvitud ebatavalise virsikuvärviga, uuringud on näidanud, et värv sisaldab volframi.

Volframisooli kasutatakse teatud kangaste tulekindluse tagamiseks. Rasked kallid siidid võlgnevad oma ilu volframisooladele, millega need on immutatud.

Puhtaid volframipreparaate kasutatakse keemilises analüüsis alkaloidide ja muude ainete reaktiividena. Katalüsaatoritena kasutatakse ka volframiühendeid.

1. Pakume järgmisi volframtooteid: volframriba, volframtraat, volframvarras, volframpulk.

Puhta metalli ja volframi sisaldavate sulamite kasutamine põhineb peamiselt nende tulekindlusel, kõvadusel ja keemilisel vastupidavusel. Puhast volframit kasutatakse hõõgniitide valmistamisel elektriliste hõõglampide ja elektronkiiretorude jaoks, metallide aurustamiseks mõeldud tiiglite tootmisel, autode süütejaoturite kontaktides, röntgentoru sihtmärkides; mähiste ja kütteelementidena elektriahjudes ning konstruktsioonimaterjalina kosmose- ja muude kõrgel temperatuuril töötavate sõidukite jaoks. Volframit sisaldavad kiirteras (17,5-18,5% volfram), stelliit (koobalti baasil, millele on lisatud Cr, W, C), hastalloy (roostevaba teras Ni baasil) ja paljud teised sulamid. Tööriista- ja kuumakindlate sulamite valmistamise aluseks on ferrotvolfram (68-86% W, kuni 7% Mo ja raud), mida saab hõlpsasti volframiidi või scheeliidi kontsentraatide otsesel redutseerimisel. "Pobedit" - väga kõva sulam, mis sisaldab 80-87% volframi, 6-15% koobaltit, 5-7% süsinikku, on asendamatu metallitöötlemisel, mäe- ja naftatööstuses.

Kaltsiumi ja magneesiumi volframi kasutatakse laialdaselt fluorestsentsseadmetes, teisi volframi sooli kasutatakse keemia- ja parkimistööstuses. Volframdisulfiid on kuiv kõrgtemperatuuriline määrdeaine, stabiilne kuni 500° C. Värvide valmistamisel kasutatakse volframpronkse ja muid elementide ühendeid. Paljud volframiühendid on suurepärased katalüsaatorid.

Paljude aastate jooksul pärast selle avastamist jäi volfram laboratoorseks harulduseks, alles 1847. aastal sai Oxland patendi naatriumvolframaadi, volframhappe ja volframi tootmiseks kassiteriidist (tinakivist). Teises patendis, mille Oxland sai 1857. aastal, kirjeldati raua-volframi sulamite tootmist, mis on kaasaegsete kiirteraste aluse.

19. sajandi keskel tehti esimesi katseid kasutada volframit terase tootmisel, kuid pikka aega ei olnud metalli kõrge hinna tõttu võimalik neid arendusi tööstusesse juurutada. Suurenenud nõudlus legeeritud ja ülitugevate teraste järele tõi Bethlehem Steeli turule kiirteraste. Nende sulamite näidiseid esitleti esmakordselt 1900. aastal Pariisis toimunud maailmanäitusel.

Volframkiudude tootmistehnoloogia ja selle ajalugu.

Volframtraadi tootmismahud on kõigi volframit kasutavate tööstusharude seas väikese osakaaluga, kuid tulekindlate ühendite pulbermetallurgia arengus on võtmerolli mänginud selle tootmise tehnoloogia areng.

Alates 1878. aastast, mil Swan demonstreeris Newcastle’is enda leiutatud kaheksa- ja kuueteistküünlaga söelampe, on hakatud hõõgniitide valmistamiseks sobivamat materjali otsima. Esimese söelambi kasutegur oli vaid 1 luumen/vatt, mida suurendati järgmise 20 aasta jooksul söe töötlemise meetodite muudatustega kahe ja poole võrra. 1898. aastaks oli selliste lambipirnide valgusvõimsus 3 luumenit/vatt. Nendel päevadel kuumutati süsinikkiude kuumutades elektrivoolu läbi raskete süsivesinike aurude atmosfääris. Viimase pürolüüsi käigus täitis tekkiv süsinik niidi poorid ja ebatasasused, andes sellele ereda metallilise läike.

19. sajandi lõpul von Welsbach valmistas esimese hõõglampide metallist hõõgniidi. Ta valmistas selle osmiumist (T pl = 2700 ° C). Osmiumfilamentide kasutegur oli 6 luumenit / vatt, kuid osmium on plaatinarühma haruldane ja äärmiselt kallis element, mistõttu pole see leidnud laialdast rakendust kodumasinate valmistamisel. Tantaali sulamistemperatuuriga 2996 °C kasutati tõmmatud traadi kujul laialdaselt aastatel 1903–1911 tänu von Boltoni Siemensi ja Halske tööle. Tantaallampide kasutegur oli 7 luumenit/vatt.

Volframi hakati hõõglampides kasutama 1904. aastal ja see asendas kõik muud metallid selles mahus 1911. aastaks. Tavalise volframhõõgniidiga hõõglambi kuma on 12 luumenit / vatt ja kõrgepingel töötavatel lampidel - 22 luumenit / vatt. Kaasaegsete volframkatoodiga luminofoorlampide kasutegur on umbes 50 luumenit/vatt.

1904. aastal proovis Siemens-Halske rakendada tantaali jaoks välja töötatud traadi tõmbamise protsessi tulekindlamate metallide, nagu volfram ja toorium, puhul. Volframi jäikus ja vähene vormitavus takistasid protsessi tõrgeteta kulgemist. Kuid hiljem, aastatel 1913–1914, näidati, et sula volframi saab osalise redutseerimise protseduuri abil valtsida ja tõmmata. Elektrikaar viidi läbi volframpulga ja osaliselt sulanud volframitilga vahel, mis asetati grafiittiiglisse, mis oli seestpoolt kaetud volframipulbriga ja asus vesiniku atmosfääris. Nii saadi väikesed sula volframi tilgad, umbes 10 mm läbimõõduga ja 20-30 mm pikkused. Kuigi raskustega, oli nendega juba võimalik töötada.

Samadel aastatel patenteerisid Just ja Hannaman volframfilamentide valmistamise protsessi. Peen metallipulber segati orgaanilise sideainega, saadud pasta lasti läbi ketruskettide ja kuumutati spetsiaalses atmosfääris sideaine eemaldamiseks ning saadi puhtast volframist peen filament.

Tuntud ekstrusiooniprotsess töötati välja aastatel 1906–1907 ja seda kasutati kuni 1910. aastate alguseni. Väga peeneks jahvatatud musta volframipulbrit segati dekstriini või tärklisega, kuni tekkis plastiline mass. Hüdrauliline surve sundis selle massi läbi õhukeste teemantsõelte. Nii saadud niit oli piisavalt tugev, et seda poolidele kerida ja kuivatada. Järgmisena lõigati niidid “juuksenõeladeks”, mida kuumutati inertgaasi atmosfääris kuni kuuma temperatuurini, et eemaldada jääkniiskus ja kerged süsivesinikud. Iga "juuksenõel" kinnitati klambrisse ja kuumutati vesinikuatmosfääris ereda hõõgumiseni, läbides elektrivoolu. See viis soovimatute lisandite lõpliku eemaldamiseni. Kõrgel temperatuuril sulanduvad üksikud väikesed volframiosakesed ja moodustavad ühtlase tahke metallniidi. Need niidid on elastsed, kuigi haprad.

20. sajandi alguses Yust ja Hannaman töötasid välja teistsuguse protsessi, mis on tähelepanuväärne oma originaalsuse poolest. 0,02 mm läbimõõduga süsinikkiud kaeti volframiga, kuumutades seda vesiniku ja volframheksakloriidi aurude atmosfääris. Sel viisil kaetud niit kuumutati alarõhul vesinikus ereda helendamiseni. Sel juhul sulatati volframkest ja süsiniku südamik üksteisega täielikult kokku, moodustades volframkarbiidi. Saadud niit oli valge ja rabe. Järgmisena kuumutati hõõgniiti vesiniku voolus, mis interakteerub süsinikuga, jättes puhtast volframist kompaktse filamendi. Keermetel olid samad omadused, mis saadi ekstrusiooniprotsessis.

Aastal 1909 ameeriklane Coolidge tempermalmist volframit oli võimalik saada ilma täiteaineid kasutamata, kuid ainult mõistliku temperatuuri ja mehaanilise töötlemise abil. Volframtraadi saamisel oli peamiseks probleemiks volframi kiire oksüdeerumine kõrgel temperatuuril ja teralise struktuuri olemasolu tekkivas volframis, mis tõi kaasa selle rabeduse.

Kaasaegne volframtraadi tootmine on keeruline ja täpne tehnoloogiline protsess. Tooraineks on ammooniumparavolframaadi redutseerimisel saadud pulbriline volfram.

Traadi tootmiseks kasutatav volframipulber peab olema kõrge puhtusastmega. Tavaliselt segatakse metalli keskmise kvaliteedi saavutamiseks erineva päritoluga volframipulbreid. Need segatakse veskites ja hõõrdumisel kuumutatud metalli oksüdeerumise vältimiseks juhitakse kambrisse lämmastiku voog. Seejärel pressitakse pulber terasvormides hüdraulilistel või pneumaatilistel pressidel (5-25 kg/mm2). Kui kasutatakse saastunud pulbreid, on tihend rabe ja selle efekti kõrvaldamiseks lisatakse täielikult oksüdeeruvat orgaanilist sideainet. Järgmises etapis viiakse läbi varraste esialgne paagutamine. Kui tihendeid kuumutatakse ja jahutatakse vesinikuvoolus, paranevad nende mehaanilised omadused. Kompaktid on endiselt üsna rabedad ja nende tihedus on 60–70% volframi tihedusest, mistõttu vardad paagutatakse kõrgel temperatuuril. Varras kinnitatakse vesijahutusega kontaktide vahele ja kuiva vesiniku atmosfääris lastakse sellest läbi vool, mis soojendab seda peaaegu sulamistemperatuurini. Kuumutamise tõttu paagutatakse volfram ja selle tihedus tõuseb 85-95%-ni kristalsest, samal ajal suurenevad terade suurused ja kasvavad volframikristallid. Sellele järgneb sepistamine kõrgel (1200-1500 °C) temperatuuril. Spetsiaalses aparaadis lastakse vardad läbi kambri, mis surutakse haamriga kokku. Ühe läbimise korral vähendatakse varda läbimõõtu 12%. Sepistamisel volframkristallid pikenevad, luues fibrillaarse struktuuri. Pärast sepistamist järgneb traadi tõmbamine. Vardad määritakse ja lastakse läbi teemant- või volframkarbiidi sõela. Ekstraheerimise määr sõltub saadud toodete eesmärgist. Saadud traadi läbimõõt on umbes 13 µm.