Самый тугоплавкий металл

Хром

Хром — уникальный металл. Широко применяется в промышленности благодаря своим замечательным свойствам: прочности, устойчивости к внешним воздействиям (нагреву и коррозии), пластичности. Достаточно твердый, но хрупкий металл. Имеет серо-стальной цвет. Весь необходимый хром извлекают из руды двух видов хромита железа или окиси хрома.

Основными его свойствами являются:

  • Даже при нормальной температуре обладает почти идеальным антиферромагнитным упорядочением. Это придаёт ему отличные магнитные свойства.
  • По-разному реагирует на воздействие водорода и азота. В первом случае сохраняет свою прочность. Во втором, становится хрупким и полностью теряет все свои пластические свойства.
  • Обладает высокой устойчивостью против коррозии. Это происходит благодаря тому, что при взаимодействии с кислородом на поверхности образуется тонкая защитная плёнка. Она служит для защиты от дальнейшей коррозии.

Кристаллы хрома

Он используется в металлургической, химической, строительной индустриях. Хром, как легирующая добавка, обязательно используется для производства различных марок нержавеющей стали. Особое место занимает при изготовлении такого материала как нихром. Этот материал способен выдерживать очень высокие температуры. Поэтому его используют в различных нагревательных элементах. Хромом активно покрывают поверхности различных деталей (металла, дерева, кожи). Это процесс осуществляется с помощью гальваники.

Токсичность некоторых солей хрома используют для сохранения древесины от повреждения, вредного воздействия грибков и плесени. Они также хорошо отпугивают муравьёв, термитов, насекомых разрушителей деревянных конструкций. Солями хрома обрабатывают кожу. Хром применяется при изготовлении различных красителей.

Благодаря высокой теплостойкости его используют как огнеупорный материал для доменных печей. Каталитические свойства соединений хрома успешно используют при переработке углеводородов. Его добавляют при производстве магнитных лент наивысшего качества. Именно он обеспечивает низкий коэффициент шума и широкую полосу пропускания.

Тугоплавкие металлы

Тугоплавкие металлы

Развитие техники уже в начале XX столетия потребовало твердых, жаростойких, жаропрочных, противокоррозионных и кислотоупорных металлов и сплавов со свойствами, превосходящими известные для обычных углеродистых сталей, тяжелых цветных металлов и их сплавов.

Жаростойкими считаются вещества, не претерпевающие поверхностных разрушений в атмосфере при температурах до 550° С.

Жаропрочные стали и сплавы, помимо того, должны выдерживать некоторые механические нагрузки, будучи нагретыми выше 600° С.

Тугоплавкие металлы, размещенные в средней части Периодической системы Д. И. Менделеева, все относятся к переходным элементам, у атомов которых d-орбитали заполнены менее чем наполовину, или имеют 5 электронов. Добавки этих элементов, иногда в малых количествах, улучшают свойства сплавов железа преимущественно вследствие изменения крупности зерна, интервала отпуска и закалки, а также образования карбидов. Помимо того, тугоплавкие металлы сами по себе жаростойки и жаропрочны, все они очень тверды, а при малых примесях углерода, кислорода и азота — пластичны. Карбиды тугоплавких металлов отличаются еще более высокими температурами плавления и кипения, а по твердости иногда близки к алмазу. О роли этих соединений в составе сплавов уже говорилось — они препятствуют деформации сдвига и увеличивают твердость обычно в ущерб пластичности. Весьма тверды и жаропрочны также некоторые бориды, нитриды и силициды тех же элементов.

Спеченные сплавы из карбидов или других тугоплавких соединений металлов — керметы получают методами порошковой металлургии. Мелкий твердый материал смешивают с порошком пластичного металла — кобальта или никеля, прессуют в форме нужного изделия, а затем спекают в среде водорода или нейтрального газа. Так делают резцы, фрезы, буровые коронки и другие режущие инструменты.

Свойства тугоплавких металлов, их карбидов и других твердых соединений еще недостаточно изучены. В частности, температуры плавления и кипения, весьма высокие и трудные для точного измерения, в литературе сообщаются с большими приближениями и различными цифрами, в табл.; они усреднены и округлены.

Таблица . Некоторые свойства тугоплавких металлов и их карбидов*

Металл и его порядковый номер Структура атома Карбид Температура плавления, °С Температура кипения, °С
металла карбида металла карбида
22. Ті Аr, 3d 2 4s 2 TiC 1725 3200 3170 4300
23. V Аr, 3d 5 4s 2 VC 1735 2800 3400 3900
24. Сr Аr, 3d 6 4si Сr3С2 1800 1890 2200 3800
40. Zr Кr, 4d 2 5s 2 ZrC 1860 3500 5050 5100
41. Nb Кr, 4d 4 5s 1 NbC 2415 3700 3700
42. Mo Кr, 4d 5 5s 1 Mo2C 2620 2680 4800
43. Тс Кr, 4d 6 5s 2150 4700
72. Hf Xe, Sd 2 6s 2 HfC 2230 3880 5300
73. Та Xe, 5d 3 6s 2 TaC 3000 3880 5300 5500
74. W Xe, 5d 4 6s 2 WC 3410 2870 5930 6000
75. Re Xe, 5d 5 6s 2 3170 5870

* Средние округленные данные для наиболее изученных карбидов.

Механические свойства значительно зависят от чистоты металлов, даже от присутствия кислорода и азота, поглощаемых из воздуха, от деформации после литья и режима затвердевания — скорости охлаждения.

В элементарном состоянии и сплавах на собственной основе наиболее употребительны титан, вольфрам и молибден. Сплавы других элементов своеобразны по составу и свойствам. За рубежом, например, применяют для камер сгорания и обшивки ракет сплав тантала с 8% вольфрама и 2% гафния, который сохраняет прочность в пределах температур от —260 до +2000° С; подобные, на первый взгляд неожиданные комбинации нередки. По другим данным, для аналогичных целей служат сплавы тантала, ниобия, молибдена и рения, также весьма жаропрочные.

Статья на тему Тугоплавкие металлы

Тугоплавкость металлов

Внимание этой характеристике уделяют все инженеры и конструкторы, работающие в машиностроении. В зависимости от величины этой характеристики, человек может рассчитать и определить в какую конструкцию можно применить те или иные тугоплавкие материалы

Материалы, температура плавления который выше температуры плавления железа, равной 1539 °С, называются тугоплавкими. Самые тугоплавкие материалы:

  • тантал;
  • ниобий;
  • молибден;
  • рений;
  • вольфрам.

Полный список содержит больше химических элементов, но не все из них получили распространенное применение в производстве и некоторые обладают меньшими температурами плавления или радиоактивны.

Вольфрам – самый тугоплавкий металл. На вид он светло-серого цвета, твердость и вес достаточно велики. Однако, он становится хрупким при низких температурах и его легко сломать (хладноломкость). Если нагреть вольфрам больше 400 °С, он станет пластичным. С другими веществами вольфрам плохо соединяется. Добывают его из сложных и редких минералов руд, таких как:

  • шеелит;
  • ферберит;
  • вольфрамит;
  • гюбнерит.

Переработка руды очень сложный и дорогостоящий процесс. Извлеченный материал формируют в бруски или готовые детали.

Гюбнерит

Вольфрам был открыт в XVIII веке, но долгое время не существовало печей, способных нагреваться до температуры плавления этого тугоплавкого металла. Ученые провели множество исследований и подтвердили, что вольфрам самый тугоплавкий металл. Стоит отметить, что по одной из теорий, сиборгий имеет большую температуру плавления, но не удается провести достаточное количество исследований, т.к. он радиоактивен и нестабилен.

Добавление вольфрама в сталь увеличивает ее твердость, поэтому его стали применять в изготовлении режущего инструмента, что увеличило скорость резания и тем самым привело к росту производства.

Высокая стоимость и трудность обработки этого тугоплавкого металла сказываются на сферах его применения. Он используется в тех случаях, когда нет возможности применить другой. Его достоинства:

  • устойчив к высоким температурам;
  • повышенная твердость;
  • прочный или упругий при определенных температурах;

Переработка металлической руды

Все эти характеристики помогают вольфраму найти широкое применение в различных сферах, таких как:

  • металлургия, для легированных сталей;
  • электротехника, для нитей накаливания, электродов и др.;
  • машиностроение, в изготовлении узлов зубчатых передач и валов, редукторов и многом другом;
  • авиационное производство, в изготовлении двигателей;
  • космическая отрасль, применяется в соплах ракет и реактивных двигателях;
  • военно-промышленный комплекс, для бронебойных снарядов и патронов, брони военной техники, в устройстве торпед и гранат;
  • химическая промышленность, вольфрам обладает хорошей коррозийной стойкостью к действию кислот, поэтому из него делают сетки для фильтров. Кроме того соединения с вольфрамом используют в качестве красителей тканей, в производстве одежды для пожарных и многом другом.

Такой перечень отраслей, где используется этот тугоплавкий металл говорит о том, что его значение для человечества очень велико. Ежегодно по всему миру изготавливают десятки тысяч тон чистого вольфрама и с каждым годом потребность в нем растет.

Получение тугоплавких материалов

Как отмечалось ранее, основной препятствующий фактор производству жаропрочных металлов их высокая химическая активность, препятствующая выделению элементов в чистом виде.

Основной технологией получения остается порошковая металлургия. Данная методика позволяет получать порошки тугоплавких металлов различными способами:

  1. Восстановление триоксидом водорода. Процесс производится в несколько этапов, внутри многотрубных печей при 750 – 950 °С. Технология применима под порошки тугоплавких металлов: вольфрам и молибден.
  2. Восстановлением водородом перрената. Схема реализуется в производстве металлического рения. Рабочие температуры составляют около 500 °С. Заключительная стадия предусматривает отмывание порошка от щелочи. Для этого последовательно используется горячая вода и раствор соляной кислоты.
  3. Использование солей металлов. Технология развита для выделения молибдена. Основным сырьем выступает аммонийная соль металла и его металлический порошок, вводимый в смесь на уровне 5 – 15% от массы. Состав проходит термическую обработку 500 – 850 °С в проточном инертном газе. Восстановление металла проходит в атмосфере водорода при температурах 800 – 1000 °С.

Производство тугоплавких металлов – порошковая металлургия

Экскурсия на производство

Способы получения жаропрочных металлов продолжают совершенствоваться, как и химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов, что связано с развитием ядерной энергетики, авиастроения, появлением новых моделей ракетных двигателей.

Одно из крупнейших предприятий по производству вольфрама на территории РФ – унечский завод тугоплавких металлов. Этот предприятие относительно молодое, строительство его началось в 2007 году на территории населенного пункта Унеча. Производственный акцент завода направлен на порошки тугоплавких металлов, точнее вольфрама и его карбидов.

В дальнейшем, для получения слитков рассыпчатую массу спекают или сдавливают прессом. Подобным образом порошки тугоплавких металлов обрабатываются для производства жаропрочных изделий.

Что следует учитывать при работе с латунью

Очень много инструментов изготавливаются именно с использованием латуни, её очень часто можно встретить в различных сплавах, основой которых может быть медь или бронза.

Если быть осведомлённым насчёт того, какая температура плавления приемлема для латуни и её сплавов, впоследствии возможно использовать эти знания при починке или изготовлении различных изделий, которые могут быть использованы в хозяйстве.

Процедура плавления такого универсального компонента не лишена различных тонкостей и нюансов, о которых следует знать и помнить, чтобы избежать различных трудностей при обработке, а также отрицательных последствий в результате ошибочных действий.

Следует помнить, что при всех существующих тонкостях при плавлении латуни, отдельные нюансы следует учитывать при плавлении сплавов из бронзы и меди.

Дело в том, что эти сплавы имеет несколько другие параметры плавления, которые отличаются от характеристик латуни, поэтому прежде, чем начать работу с такими латунными сплавами, нужно для начала подробно узнать все их свойства. Это позволит не допустить досадных ошибок при их обработке, а также провести работу максимально эффективно и плодотворно.

Для того чтобы произвести плавку металла в домашних условиях, следует обладать определёнными знаниями и навыками, а также и специальными инструментами, которые смогут помочь в работе и произвести необходимые действия, предполагающие плавку латуни.

К тому же опытные мастера рекомендуют перед процедурой плавки латуни в домашних условиях запастись терпением, так как процедуру эту быстрой никак назвать не получится.

Для работы необходимо запастись следующими элементами:

  • техническое серебро;
  • газовая горелка ручного типа;
  • специальная графитовая горелка;
  • медный сплав.

Нужно перед работой приобрести буру, причём в достаточном количестве. К тому же для того чтобы обеспечить максимальные безопасные условия для окружающего пространства во время плавления металла, следует использовать асбестовый лист.

Процесс плавки латуни является довольно трудоёмким и потребует определённых затрат как времени, так и приложенных сил.

Опять же следует учесть особенности плавления сплавов, содержащих бронзу и медь, так как они имеют немного другие характеристики и свойства, что означает при плавке придётся применять другую температуру термического воздействия.

К процессу плавки латуни следует переходить уже только в том случае, когда рабочее место подготовлено должным образом, а все рабочие инструменты находятся на своём месте и готовы к работе.

Свойства сплавов

В практической деятельности вольфрам часто соединяют с группой иных металлов. Соединения вольфрама с хромом, кобальтом и никелем, обладающие повышенной стойкостью к кислотам, используют для изготовления хирургических инструментов. А особые жаропрочные сплавы, кроме вольфрама – самого тугоплавкого металла, содержат в своем составе хром, никель, алюминий, никель. Вольфрам, кобальт и железо входит в состав лучших марок магнитной стали.

Вольфрамсодержащие стали устойчивы к истиранию, не трескаются, неизменно сохраняют твердость. Режущие инструменты не только увеличивают скорость обработки металла, но и имеют длительный срок службы.

Основные свойства серебра

При рассмотрении этого металла следует уделить внимание его главным недостаткам — материал может окисляться и вступать в химические реакции с различными компонентами. Именно эти недостатки определяют то, что столовые приборы из серебра со временем теряют свой вид и требуют чистки

Основными свойствами назовем нижеприведенные моменты:

  1. Температура плавления серебра 925 пробы находится в пределах 880−890 градусов Цельсия. Кипит этот металл при его нагреве до температуры 2210 градусов Цельсия.
  2. Высокие качества теплопроводности и электропроводности определили то, что металл довольно часто используется при изготовлении различных схем и контактов. Зачастую серебро добавляется в качестве примеси к другим сплавам по причине высокой стоимости, в чистом виде применяется крайне редко.
  3. Повышенные светоотражательные способности определили использование металла при изготовлении различных ювелирных изделий. Кроме этого, отметим ковкость, так как структура мягкая и хорошо поддается обработке. За счет этих качеств серебро можно использовать при изготовлении различных ювелирных изделий.
  4. Невысокое значение плотности, приближенное к тому значению, которое имеет алюминий, определяет легкость металла.

Переплавка серебра может проходить и в домашних условиях с учетом всех рекомендаций, касающихся проведения подобной процедуры.

Температура плавления

При какой температуре плавится серебро? Этот показатель зависит от пробы, которая указывает на количество примесей. Рассматривая зависимости концентрации примесей в металле и температуры плавления, отметим нижеприведенные моменты:

  1. Проба 925 указывает на то, что в составе 92,5% чистого драгметалла. Остальной состав приходится на различные примеси.
  2. Если в составе не более 90% драгметалла, то температура плавления не будет выше 770 градусов Цельсия.

Процесс плавления основан на изменении агрегатного состояния металла по причине воздействия высокой температуры и перестроения кристаллической решетки. Сырье, используемое при плавлении, называют шихтой. Нагрев шихты для плавления следует проводить с учетом ряда рекомендаций, а также соблюдая технику безопасности.

Как получают вольфрам?

В природе чистый вольфрам не встречается. Он входит в состав горных пород в виде триоксида, а также вольфрамитов железа, марганца и кальция, реже меди или свинца. По оценкам ученых содержание вольфрама в земной коре в среднем составляет 1,3 грамма на одну тонну. Это достаточно редкий элемент по сравнению с другими видами металлов. Содержание вольфрама в руде после добычи обычно не превышает 2%. Поэтому добытое сырье отправляется на обогатительные фабрики, где методом магнитной или электростатической сепарации массовая доля металла доводится до отметки 55-60%.

Процесс его получения разделяется на технологические этапы. На первом этапе выделяют чистый триоксид из добытой руды. Для этого используют метод термического разложения. При температурах от 500 до 800 градусов по Цельсию все лишние элементы расплавляются, а тугоплавкий вольфрам в виде оксида легко можно собрать из расплава. На выходе получается сырье с содержанием оксида шестивалентного вольфрама на уровне 99%.

Полученное соединение тщательно измельчают и проводят восстановительную реакцию в присутствии водорода при температуре 700 градусов по Цельсию. Это позволяет выделить чистый металл в виде порошка. Далее его спрессовывают под высоким давлением и спекают в водородной среде при температурах 1200-1300 градусов по Цельсию. После этого полученная масса отправляется в электрическую плавильную печь, где под воздействием тока нагревается до температуры свыше 3000 градусов. Так вольфрам переходит в расплавленное состояние.

Для окончательной очистки от примесей и получения монокристаллической структурной решетки используется метод зонной плавки. Он подразумевает, что в определенный момент времени расплавленной находится только некоторая зона из общей площади металла. Постепенно двигаясь, эта зона перераспределяет примеси, в результате чего в конечном итоге они скапливаются в одном месте и их легко можно удалить из структуры сплава.

Готовый вольфрам поступает на склад в виде штабиков или слитков, предназначенных для последующего производства нужной продукции. Для получения сплавов вольфрама все составные элементы измельчают и смешивают в виде порошка в необходимых пропорциях. Далее производится спекание и плавка в электрической печи.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector