Вольфрам, свойства вольфрама и его соединений, области применения

Вольфрам в ряду расплавленных металлов отличается высокой стойкостью к коррозии. Например, при 600 °С скорость коррозии менее 0,25 мм/год в ртути, натрии, галлии, а в сплаве Bi-Pb-Sn (сплав Вуда) вольфрам не корродирует. С расплавленным висмутом, кальцием, медью вольфрам практически не взаимодействует, также устойчив в олове при 1680 °С. В жидком уране при 1100 °С вольфрам медленно растворяется в жидком уране [66,67-68]. Сплав вольфрама с железом (ферровольфрам) широко используют при легировании инструментальных, конструкционных и многих других сталей.

W и ферровольфрам (FeW) получают из руд и концентратов. Наиболее известные четыре из них: ферберит, гюбнерит, вольфрамит и шеелит (таблица 2), а также антуанит (Al₂W₂О₉·H₂O), тунгстенит (WS₂), тунгстит [ WO₂(OH)₂ ].

Содержание WО₃ в рудах вольфрама в среднем 0,2–0,5 %, редко превышая 1%. Кроме вольфрама в состав руд входят минералы молибдена, меди, мышьяка, олова и других элементов [69].

Таблица 3 – Основные свойства минералов вольфрама

Различными методами химической обработки можно довести шеелитовые концентраты до установленных кондицией. Например, для снижения содержания фосфора концентрат обрабатывают на холоду соляной кислотой. Одновременно с этим частично удаляют кальцит и доломит. Применяя обжиг с последующей обработкой кислотами и другие методы можно очистить концентрат от меди, мышьяка и висмута [11].

При обогащении руд различного типа вольфрам в кондиционные концентраты извлекают в пределах от 65 - 70 до 85 – 95 %.

В таблице 4 [69] приведен химический состав вольфрамовых концентратов.

Вольфрам в виде чистого металла и в виде сплавов широко применяется в современной технике, важные из которых – износостойкие и жаропрочные сплавы, легированные стали, твердые сплавы на основе карбида вольфрама [67-68].

Таблица 4 – Химический состав вольфрамовых концентратов

На рисунке 6 приведена диаграмма состояния системы W-Fe. Получение вольфрама с выпуском жидкого сплава из печи практически невозможно, т.к. при массовом содержании вольфрама >60% температура плавления сплава составляет 2850 ⁰С. 13,8-15,5 г/ см³ - плотность промышленного ферровольфрама.

Рисунок 6 – Диаграмма состояния W-Fe [67]

В основном вольфрамовые концентраты используют в производстве специальных сталей. Состав быстрорежущих сталей: 9 - 24% W; 3,8 - 4,6% Cr; 1 - 5% V; 4 -10% Co; 0,7 - 1,5% C. Особенность быстрорежущей стали заключается в ее способности самозакаливаться на воздухе, а также, благодаря высокой температуре упрочняющего отпуска, она сохраняет высокую твердость и износостойкость до 600 - 650 ⁰C.

Также широкое применение нашли и другие легированные инструментальные стали: вольфрамовые (0,8-1,2% W), хромовольфрамовые (2-9% W), хромвольфрам - кремнистые (2-2,7% W). Применяются Вольфрамсодержащие стали применяются для изготовления следующих инструментов: сверл, фрез, фильер, матриц и пуансонов, штампов, деталей пневматических инструментов и др.

Вольфрам уменьшает возможность образования горячих трещин, придает свойство самозакаливания, повышает прочность, твердость при высоких температурах, временное сопротивление, предел текучести стали, сопротивление износу и удару.

Благодаря содержанию вольфрама в магнитных сталях увеличивается интенсивность намагничивания и улучшаются коэрцитивные свойства. Более 80% всего вольфрама используют для легирования стали.

Если повысить содержание вольфрама, то будет возрастать ударная вязкость, устойчивость против перегрева и снижаться прокаливаемость, т.к. при этом образуется устойчивый WC (сталь объединяется углеродом и вольфрамом), а также отпускная хрупкость, теплопроводность, свариваемость.

Магнитные стали. Существуют вольфрамовые (5,2 - 6,2% W; 0,68-0,78% С; 0,3-0,5% Cr - сортовые стали для постоянных магнитов) и вольфрам кобальтовые магнитные стали (11,5-14,5% W; 5,5-6,5% Мо; 11,5-12,5% Со - магнитотвердые материалы). Их особенности высокая интенсивность намагничивания и коэрцитивная сила.

Также вольфрам входит в состав жаропрочных сплавов, а именно сплавы с кобальтом и хромом, так называемые стеллиты. Они имеют следующий состав в %: W 3-15; Co 45-65; Cr 25-35; C 0,5-2,75. Их применяют для покрытий поверхности сильно изнашивающихся деталей машин, например, клапанов авиадвигателей, лопастей турбин, экскаваторного оборудования, рабочих частей ножниц для горячей резки штампов и др.

В авиационной, ракетной технике, а также в других областях, где требуется высокая жаропрочность деталей машин, приборов и двигателейв качестве жаропрочных материалов используют сплавы вольфрама с другими тугоплавкими металлами (тантал, ниобий, молибден, рений).

Для легирования инструментальных, конструкционных и других сталей широко применяется вольфрам в виде сплава ферровольфрама (таблица 5) [2, 67].

Таблица 5 - Характеристика химического состава ферровольфрама (ГОСТ- 17293)

Восстановлением концентратов углеродом и кремнием с вычерпыванием сплава из рудовосстановителей печи мощностью 2,5-5,0 МВ·А можно получить ферровольфрам марок ФВ70, ФВ70Б и ФВ65. Остальные марки получают алюминотермическим методом [67].

Требованиям, предъявляемые к материалам деталей электровакуумных приборов и источников света, удовлетворяют вольфрам и его сплавы, что который раз объясняет их широкое применение.

Проволока изготовленная из вольфрама или его сплавов имеет следующие свойства: высокая формоустойчивость (отсутствие ползучести и провисания) при температуре 2900 ⁰С, высокая температура первичной рекристаллизации; крупнокристаллическая структура с продольными границами у проволоки диаметром менее 1 мм после вторичной рекристаллизации; высокие эмиссионные характеристики; минимальное распыление в разряде и при высоких температурах. Заготовки вольфрама всех перечисленных марок легко подвергаются обработке в проволоку, прутки, ленту, вплоть до тончайших размеров [68].

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Рысс М.А. Производство ферросплавов. – М.: Металлургия, 1985.- 244 с.

2 Дуррер Р и Фолькерт Г. Металлургия ферросплавов/ пер. с нем. – М.: Металлургия, 1976.- 506 с.

3 Плинер Ю.Л., Дудко О.М., Конев А.В. Экономика ферросплавного производства. – М.: Металлургия, 1964.- 151 с.

4 Рысс М.А., Ходоровский Я.Н. Производство ферросплавов. – М.: Металлургиздат, 1960.- 344с.

5 Плинер Ю.Л., Игнатенко Г.Ф., Рубинштейн Е.А. Металлотермия. Труды Ключевского завода ферросплавов. М.: Металлургия, 1965.- Вып. 2.- С. 27-35.

6 Самсонов Г.В., Частяков Ю.Д. Металлотермические методы в химии и металлургии// Успехи химии. – М., 1956.- Т. ХХУ, вып.10 - С.1223-1248.

7 Ванюков А.В., Зайцев В.Я. Теория пирометаллургических процессов. – М.: Металлургия, 1973.- 504 с.

8 Боголюбов В.А. Физико-химические основы металлургических процессов. – М.: Металлургия, 1964.- С. 72-76.

9 Мурач Н.Н., Верятин У.Д. Внепечная металлотермия. – М.: Металлургия, 1956.- 96 с.

10 Плинер Ю.Л., Сучильников С.И., Рубинштейн Е.А. Алюминотермическое производство ферросплавов и лигатур. -М.: Металлургиздат, 1963.- 176 с.

11 Плинер Ю.Л., Игнатенко Г.Ф. Восстановление окислов металлов алюминием. – М.: Металлургия, 1967.- 248 с.

12 Мизин В.Г., Серов Г.В. Углеродистые восстановители для ферросплавов. – М.: Металлургия, 1976. - 272 с.

13 Корчагин М.А., Подергин В.А. Исследование химических превращений при горении конденсированных систем//ФГВ,1979.- №3.- С.48-53.

14 Подергин В.А. Металлотермические системы. – М.: Металлургия, 1992.- 271 с.

15 Самсонов Г.В., Подергин В.А. Металлотермия процессов в химии и металлургии.- Новосибирск: Наука,1971.- С.5-25.

16 Richardson F.D., Ielles I.H. Iron Steel. Inst.- 1948.- P. 217-220.

17 Ileiser Molly // Trans. Metallurg, SOC.- ATME, 1961.- P. 124-130.

18 Алюминотермия/ под ред. Лякишева Н.П. – М.: Металлургия, 1978.- 424 с.

19 Елютин В.П., Левин Ю.А., Павлов Б.Е. Производство ферросплавов. – М.: Металлургиздат, 1957.- 438 с.

20 Дубровин А.С., Плинер Ю.Л. Металлургия специальных сплавов.-Челябинск,2002.- С.230.

21 Плинер Ю.Л., Сучильников С.И. К вопросу о факторах, определяющих температуру внепечной алюминотермической плавки// Изв. вузов. – М.: Черная металлургия, 1965.- № 1.- С.71-75.

22 Шиндловский А.А. Основы пиротехники. – М.: Машиностроение, 1964. - 400 с.

23 Дубровин А.С. и др. Миграция алюминия и смачивание в процессе алюминотермического восстановления// Изв. АН СССР. – М./ Металлургия и горное дело, 1964.- С.51-58.

24 Плинер Ю.Л., Дубровин А.С. О скорости процесса алюминотермического восстановления. – М.: ЖПХ, 1964.

25 Фрумкин А.Н., Левич В.Г. Движение твердых и жидких частиц в растворах электролита// Журнал физической химии/- 1947. -Т. 19.- С.579-600.

26 Есин О.А., Гельд П.В. Физическая химия пирометаллургических процессов.- М.:Металлургия,1966.-Ч.2.- 703 с.

27 Bagotskaya I.A., Frumkin A.N. Скорость падения капель ртути в вязкой среде// Doklady AN SSSR 55.- 1947.- № 2.- С. 135-140).

28 Гасик М.И., Лякишев Н.П. Теория и технология производства ферросплавов. – М.: Металлургия, 1988.- 787 с.

29 Коновалов Р.П., Шнееров Я.А., Поляков В.Ф. и др. Применение гранулированного алюминия в смесях для утепления прибыльной части слитка// Сталь.-1984.-№4.-С.29-30.

30 Elliot R.P. Constitution of binary alloys First supplement.- New York: McGraw-Hill, 1965. - 878 p.

31 Подергин В.А. Металлургические системы.- М.: Металлургия, 1992.- 189 с.

32 Дэшманс. Научные основы вакуумной техники/ пер. с англ. – М.: Мир, 1964. – 310 с.

33 Гевелесиани Г.Г. Закономерности металлотермического восстановления окислов в вакууме. -Тбилиси: Сабчота сакартвела, 1971. – 158 с.

34 Мурач Н.Н., Верятин У.Д. Внепечная металлотермия. – М.: Металлургия, 1956.- 96 с.

35 Беляев А.Ф., Комкова Л.Д. Переход горения конденсированных систем во взрыв // ЖФХ. 1950. – Т.34, вып.11. – С. 1302-1311.

36 Кобяков В.П. Композиционные термитные системы с оксидом титана// Химическая физика.- 2000. – Т.23, № 12. – С. 34-39.

37 Кулифеев В.К., Лагевер В.Л. Использование металлотермических процессов для получения оксидных керметных материалов // Труды МИС и С, 1981. - № 131. – С. 92 – 99.

38 Колобов Ю.Р., Божко С.А., Санин В.Н., Икорников Д.М., Юхвид В.И. МЕХАНИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СИНТЕЗИРОВАННОГО МЕТОДОМ СВС-МЕТАЛЛУРГИИ СПЛАВА КАК СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПАКТНЫХ ТУГОПЛАВКИХ МАТЕРИАЛОВ С ОДНОРОДНОЙ УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТОЙ СТРУКТУРОЙ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 12–1. – С. 24-28;

39 Дубровин А.С., Кузнецов В.Л. Роль давления и теплопередачи в металлических процессах// Изв. АН СССР/ Металлы – 1965.- №4.- С.82-88.

40 А.С. 255 221. СССР. Способ синтеза тугоплавких неорганических соединений / Мержанов А.Г., Шкиров В.М., Боровинская И.П; опубл. 11.03.71.

41 Мержанов А.Г., Боровинская И.П., Юхвид В.И. и др. Новые методы получения высокотемпературных материалов, на основе горения //В кн.: Научные основы материаловедения. – М.: Наука, 1981.- 112 с.

42 Мержанов А.Г., Каширенинов О.Е. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез: состояние и перспективы.- М.: Всесоюзный научно-технический информационный центр, 1987. – 116 с.

43 Исмаилов М.Б., Леонов А.Н., Сатбаев Б.Н., Нерсесян М.Д. Исследование связок для формовки огнеупорных СВС-материалов // Исследование процессов технологического горения: сб. науч. тр. – Алма-Ата, 1988. – С. 76 - 93.

44 Шарипова Н.С., Исмаилов М.Б., Черноглазова Т.В и др. Физико-механические свойства огнеупорных СВС-материалов, полученных на основе шихты алюминий-хромитовая руда // Горение газов и конденсированных систем: сб. науч. тр. – Алма-Ата, 1991. – С. 48 - 58.

45 Исмаилов М.Б., Сатпаев Б.Н. Изучение характеристик горения хромитовой руды с алюминием // Горение газов и конденсированных систем: сб. науч. тр. – Алма-Ата, 1991. – С. 126 - 133.

46 Орынбеков Ж.Г., Ударцева Г.Г., Исмаилов М.Б. Регулирование порообразования в системе концентрат – алюминий // Исследование процессов технологического горения: сб. науч. тр. – Алма-Ата, 1988. – С. 94 - 108.

47 Ксандопуло Г.И., Байдельдинова А.Н., Исайкина О.Я., Попелов П.Г. Получение ферротитана из актюбинского ильменита слоевым горением // Вестник КазГУ. Серия химическая. – 2000.- №3(20).- С. 84 – 86.

48 Вонгай И.М., Дильмухамбетов Е.Е., Коксегенов С.Е., и др. Процессы СВС в оксидных системах в присутствии серы // Вестник КазГУ. Серия химическая. – 2000.- №3(20).- С. 23 - 28.

49 Merzhanov A.G. Self-propagation high-temperature synthesis: twenty years of search and findings // Combustion and plasma synthesis of high-temperature materials. – 1990. - P. 1-54.

50 Yi H.C., Moore J.J. Self-propagating high-temperature synthesis of NiTi intermetallics // Combustion and plasma synthesis of high-temperature materials. – 1990. - P. 122 – 133.

51 Zavitsanos H.D., Gebhard J.J. The use of self-propagating high-temperature synthesis of hith-density titanium diboride // Combustion and plasma synthesis of high-temperature materials. – 1990. - P. 170 – 179.

52 Urabe K., Miyamoto Y., Koizumi M., Ikawa H. Microstructure of TiB2 sintered by the self-combustion method // Combustion and plasma synthesis of high-temperature materials. – 1990. - P. 281 – 287.

53 Мержанов А.Г., Юхвид В.И. СВС-процессы получения высокотемпературных расплавов и литых материалов.- М.: Всесоюзный научно-технический информационный центр, 1989. - 100 с.

54 Orru’ R., Simoncini B., Carta D., Cao G. On the mechanism of structure and product formation in self-propagating thermite reactions // Inter. J. SHS. - 1997 - Vol. 6. - P. 15-27.

55 Cao G., Concas G., Corrias A., Orru’ R., Paschina G., Simoncini B., Spano G. Investigation of the reaction between ferric oxide and aluminum accomplished by ball milling and self-propagating high temperature techniques // Zeitschrift fur Naturforshung-Part A. – 1997. - Р. 539-549.

56 Orru’ R., Simoncini B., Virdis P.F., Cao G.. Mechanism of structure formation in self-propagating thermite reactions: the case of alumina as diluent // Chemical Engineering Communication. – 1998, Vol. 163. - Р. 23-36.

57 Munir Z.A., Anselmi-Tamburini U.. Self-propagating exothermic reactions: the synthesis of high temperature materials by combustion // Mater. Sci. Rep. – 1989, Vol. 3. - Р. 277-365.

58 Orru’ R., Simoncini B., Virdis P.F., Cao G. Self-propagating thermite reactions: effect of alumina and silica in the starting mixture on the structure of the final products // Metallurgical Science & Technology. - 1997. - Vol. 15, №1. - Р. 31-38.

59 Orru’ R., Sannia M., Cincotti A., Cao G. Treatment and recycling of zinc hydrometallugical wastes by self-propagating reactions // Chemical Engineering Science. – 1999. - Vol. 54. - Р. 3053-3061.

60 Chernorukov N.G. Crystal structure and thermodynamic properties of the cesium tantalum tungsten oxide. / N.G. Chernorukov, A.V. Knyazev, N.N. Smirnova, N.Yu.Kuznetsova, A.V. Markin // Thermochimica Acta. 2008. -Vol.470. - P.47-51.

61 Knyazev N., Chernorukov G.// Modern problems of Condensed Matter. Kyev; Ukraine, 2007,October 2-4. -P.224-225.

62 Мakino A., Law C.K. SHS combustion characteristics of several ceramics and intermetallic compounds // J. Am. Ceram. Soc. - 1994.- Vol. 77, №3. - Р.778-786.

63 Odawara O. Metal-ceramic composite pipes produced by a centrifugal-thermit process // Combustion and plasma synthesis of high-temperature materials. – 1990. - Р. 179-185.

64 Sata N., Hirano T., Niino M. Fabrication of functionally gradient material by using a self-propagating reaction process // Combustion and plasma synthesis of high-temperature materials. – 1990. - Р.195-203.

65 Левашов Е.А., Рогачев А.С., Юхвид В.И., Боровинская И.П. Физико-химические основы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. М.: ЗАО «Бином», 1999. - 175 с.

66 Справочник металлурга по цветным металлам/ Мурач Н.Н. – М.: Металлургия, 1953.- C.355-356.

67 Зеликман А.Н., Никитина Л.С. Вольфрам. – М.: Металлургия, 1978. - 272 с.

68 Перельман Ф.М., Зворыкин А.Я. Молибден и вольфрам. – М.: Наука, 1968. - 214 с.

69 Смителлс К. Дж. Вольфрам/ пер. с англ. – М: - Металлургия, 1958, 414 с.

70 Мержанов А. Г., Мукасьян А. С. «Твердопламенное горение» - М.: Торус Пресс, 2007. - 308 с.

71 В.В.Евстигнеев "Самораспространяющийся высокотемпературный синтез. Современные проблемы" // Ползуновский вестник. - 2005. - № 4-1. - С. 21-35

72 ГОСТ 213-83- Концентрат вольфрамовый. Технические условия. 1985.01.01, Российская Федерация.

Поиск по сайту: