Что такое тугоплавкие металлы


Тугоплавкие металлы - список и область применения

Еще с конца 19 века были известны тугоплавкие металлы. Тогда им не нашлось применения. Единственная отрасль, где их использовали, была электротехника и то в очень ограниченных количествах. Но все резко поменялось с развитием сверхзвуковой авиации и ракетной техники в 50-е года прошлого столетия. Производству потребовались новые материалы, способные выдерживать значительные нагрузки в условиях температур свыше 1000 ºC. 

Список и характеристики тугоплавких металлов

Тугоплавкость характеризуется повышенным значением температуры перехода из твердого состояния в жидкую фазу. Металлы, плавление которых осуществляется при 1875 ºC и выше, относят к группе тугоплавких металлов. По порядку возрастания температуры плавки сюда входят следующие их виды:

  • Ванадий
  • Хром
  • Родий
  • Гафний
  • Рутений
  • Вольфрам
  • Иридий
  • Тантал
  • Молибден
  • Осмий
  • Рений
  • Ниобий.

Современное производство по количеству месторождений и уровню добычи удовлетворяют только вольфрам, молибден, ванадий и хром. Рутений, иридий, родий и осмий встречаются в естественных условиях довольно редко. Их годовое производство не превышает 1,6 тонны.

Жаропрочные металлы обладают следующими основными недостатками:

  • Повышенная хладноломкость. Особенно она выражена у вольфрама, молибдена и хрома. Температура перехода у металла от вязкого состояния к хрупкому чуть выше 100 ºC, что создает неудобства при их обработке давлением.
  • Неустойчивость к окислению. Из-за этого при температуре свыше 1000 ºC тугоплавкие металлы применяются только с предварительным нанесением на их поверхность гальванических покрытий. Хром наиболее устойчив к процессам окисления, но как тугоплавкий металл он имеет самую низкую температуру плавления.

К наиболее перспективным тугоплавким металлам относят ниобий и молибден. Это связано с их распространённостью в природе, а, следовательно, и низкой стоимостью в сравнении с другими элементами данной группы.

Помимо этого, ниобий зарекомендовал себя как металл с относительно низкой плотностью, повышенной технологичностью и довольно высокой тугоплавкостью. Молибден ценен, в первую очередь, своей удельной прочностью и жаростойкостью.

Самый тугоплавкий металл встречаемый в природе - вольфрам. Его механические характеристики не падают при температуре окружающей среды свыше 1800 ºC. Но перечисленные выше недостатки плюс повышенная плотность ограничивают его область использования в производстве. Как чистый металл он применяется все реже и реже. Зато увеличивается ценность вольфрама как легирующего компонента.

 

 

Физико-механические свойства

Металлы с высокой температурой плавления (тугоплавкие) являются переходными элементами. Согласно таблице Менделеева выделяют 2 их разновидности:

  • Подгруппа 5A – тантал, ванадий и ниобий.
  • Подгруппа 6A – вольфрам, хром и молибден.

Наименьшей плотностью обладает ванадий – 6100 кг\м3, наибольшей вольфрам – 19300 кг\м3. Удельный вес остальных металлов находится в рамках этих значений. Эти металлы отличаются малым коэффициентом линейного расширения, пониженной упругостью и теплопроводностью.

Данные металлы плохо проводят электрический ток, но обладает таким качеством как сверхпроводимость. Температура сверхпроводящего режима составляет 0,05-9 К исходя из вида металла.

Абсолютно все тугоплавкие металлы отличаются повышенной пластичностью в комнатных условиях. Вольфрам и молибден помимо этого выделяются на фоне остальных металлов более высокой жаропрочностью.

 

 

Коррозионная стойкость

Жаропрочным металлам свойственна высокая стойкость к большинству видов агрессивных сред. Сопротивление коррозии элементов 5A подгрупп увеличивается от ванадия к танталу. Как пример, при 25 ºC ванадий растворяется в царской водке, между тем как ниобий полностью инертен по отношению к данной кислоте.

Тантал, ванадий и ниобий отличаются устойчивостью к воздействию расплавленных щелочных металлов. При условии отсутствия в их составе кислорода, которые значительно усиливает интенсивность протекания химической реакции.

Молибден, хром и вольфрам имеют большую сопротивляемость к коррозии. Так азотная кислота, которая активно растворяет ванадий, значительно менее воздействует на молибден. При температуре 20 ºC данная реакция вообще полностью останавливается.

Все тугоплавкие металлы охотно вступают в химическую связь с газами. Поглощение водорода из окружающей среды ниобием осуществляется при 250 ºC. Тантал при 500 ºC. Единственный способ остановить эти процессы – проведение вакуумного отжига при 1000 ºC. Стоит заметить, что вольфрам, хром и молибден куда менее склонны к взаимодействию с газами.

Как уже было сказано ранее, лишь хром отличается сопротивляемостью к окислению. Данное свойство обусловлено его способностью образовывать твердую пленку оксида хрома на своей поверхности. Растворение кислорода хромом происходит только при 700 С. У остальных тугоплавких металлов процессы окисления начинаются ориентировочно при 550 ºC.

Хладноломкость

Распространению использования жаропрочных металлов в производстве мешает обладание ими повышенной склонности к хладноломкости. Это означает, что при падении температуры ниже определенного уровня происходит резкое возрастание хрупкости металла. Для ванадия такой температурой служит отметка в -195 ºC, для ниобия -120 ºC, а вольфрама +330 ºC.

Наличие хладноломкости жаропрочными металлами обусловлено содержанием примесями в их составе. Молибден особой чистоты (99,995%) сохраняет повышенные пластические свойства вплоть до температуры жидкого азота. Но внедрение всего 0,1% кислорода сдвигает точку хладноломкости к -20 С.

Области применения

До середины 40-х годов тугоплавкие металлы использовались только как легирующие элементы для улучшения механических характеристик стальных цветных сплавов на основе меди и никеля в электропромышленности. Соединения молибдена и вольфрама применялись также в производстве твердых сплавов.

Техническая революция, связанная с активным развитием авиации, ядерной промышленности и ракетостроения, нашла новые способы использования тугоплавких металлов. Вот неполный перечень новых сфер применения:

  • Производство тепловых экранов головного узла и каркасов ракет.
  • Конструкционный материал для сверхзвуковых самолётов.
  • Ниобий служит материалом сотовой панели космических кораблей. А в ракетостроении его используют в качестве теплообменников.
  • Узлы термореактивного и ракетного двигателя: сопла, хвостовые юбки, лопатки турбин, заслонки форсунок.
  • Ванадий является основой для изготовления тонкостенных трубок тепловыделяющих элементов термоядерного реактора в ядерной промышленности.
  • Вольфрам применяется как нить накаливания электроламп.
  • Молибден все шире и шире используется в производстве электродов, применяемых для плавки стекла. Помимо этого, молибден - металл, используемый для производства форм литья под давлением.
  • Производство инструмента для горячей обработки деталей.
Оцените статью:

Рейтинг: 0/5 - 0 голосов

Что такое тугоплавкие металлы? (с иллюстрациями)

Тугоплавкие металлы - это металлические элементы в периодической таблице с несколькими отличительными характеристиками. Они имеют температуру плавления выше 3632 ° по Фаренгейту (2000 ° Цельсия) и остаются твердыми при комнатной температуре. Они также чрезвычайно устойчивы к элементам износа, таким как деформация ползучести, которая представляет собой изменение формы, которое обычные металлы претерпевают под воздействием напряжения. Существует пять признанных тугоплавких металлов, включая ниобий, молибден, тантал, вольфрам и рений.Однако в эту группу иногда включают и другие металлические элементы и соединения, включая хром, вольфрамовые сплавы и сплав молибдена, содержащий титан и цирконий, известный как TZM.

Периодическая таблица элементов.

Термостойкость тугоплавких металлов вольфрама является хорошим примером одного из этих свойств.Он настолько велик, что даже когда его нагревают до температуры 1832 ° по Фаренгейту (1000 ° Цельсия), он по-прежнему демонстрирует в два раза большую прочность, чем элементное железо при комнатной температуре. Это делает его полезным для таких применений, как носовые обтекатели ракет, в качестве долговечных нитей в лампах накаливания, а также в качестве добавки к стали, используемой при сварке и других высокотемпературных применениях. Нержавеющая сталь также содержит вольфрам для повышения ее коррозионной стойкости тугоплавких металлов для использования в промышленных трубопроводах, где обрабатываются сильные едкие химические вещества.

Нержавеющая сталь содержит вольфрам, что повышает ее коррозионную стойкость тугоплавких металлов.

Поскольку тугоплавкие металлы изнашиваются со значительно меньшей скоростью, они также широко используются при производстве компонентов, которые должны демонстрировать длительную стойкость к истиранию, таких как втулки и сопла.Многие из этих компонентов используются в высокопроизводительном оборудовании, например, в аэрокосмической промышленности или производстве полупроводниковой электроники. Для этих целей чаще всего используются вольфрамовые сплавы, такие как TZM, а также ниобий и хром. Хром также входит в категорию стойкости к окислению тугоплавких металлов, поскольку это очень прочное покрытие для подшипников.

Другие свойства тугоплавких металлов предназначены для использования в нескольких конкретных отраслях промышленности.Молибден имеет очень предсказуемый коэффициент расширения, что делает его ключевым металлом в термопарах и радиаторах компьютеров, в то время как уникальная химическая реакционная способность рения позволяет применять его в таких процессах, как гидрокрекинг, разложение нефти на более простые молекулы. Ниобий используется в конструкции атомных электростанций и является идеальным металлом для сверхпроводников, так как он имеет очень низкий уровень поглощения нейтронов. Тантал используется в аэрокосмической отрасли и в хирургическом оборудовании из-за его инертности при контакте с жидкостями и тканями организма.Вольфрам и его соединения широко используются в качестве упрочняющего металла во всем, от горнодобывающей до нефтедобывающей промышленности, при этом спрос на него такой, что большая часть металла утилизируется из металлолома.

.

Свойства огнеупоров - Технические материалы и металлургия: вопросы и ответы

перейти к содержанию Меню
  • Дом
  • разветвленных MCQ
    • Программирование
    • CS - IT - IS
      • CS
      • IT
      • IS
    • ECE - EEE - EE
      • ECE
      • EEE
      • EE
    • Гражданский
    • Механический
    • Химическая промышленность
    • Металлургия
    • Горное дело
    • Приборы
    • Аэрокосмическая промышленность
    • Авиационная
    • Биотехнологии
    • Сельское хозяйство
    • Морской
    • MCA
    • BCA
  • Тест и звание
    • Sanfoundry Tests
    • Сертификационные испытания
    • Тесты для стажировки
    • Занявшие первые позиции
  • Конкурсы
  • Стажировка
  • Обучение
Меню
    .

    О нас | Огнеупорные металлы и сплавы

    [адрес электронной почты защищен] Получить цитату Меню
    • Дом
    • Продукты
      • молибден
      • Рений
      • Тантал
      • Титан
      • Вольфрам
      • Цирконий
      • Индий
      • Иридий
      • Супер Сплав
      • Бериллий
      • Никель
      • Алюминий
    • Приложения
      • Аэрокосмическая промышленность
      • Химическая обработка
    .

    Введение в огнеупорные материалы. Что такое огнеупоры? Огнеупоры - это жаропрочные материалы, из которых состоят футеровки для высоких температур.

    Презентация на тему: «Введение в огнеупорные материалы. Что такое огнеупоры? Огнеупоры - это жаропрочные материалы, которые составляют футеровку для высоких температур». - Транскрипт презентации:

    1 Введение в огнеупорные материалы

    2 Что такое огнеупоры? Огнеупоры - это жаропрочные материалы, из которых состоят футеровки высокотемпературных печей, реакторов и других технологических установок.Они сделаны из природных и синтетических материалов, обычно неметаллических, или из комбинаций соединений и минералов, таких как боксит, хромит, доломит и другие. Как правило, огнеупоры используются для строительства конструкций, подверженных воздействию высоких температур, от простых до сложных, например, облицовки каминного кирпича до теплозащитных экранов для космических кораблей.

    3 Когда и как были разработаны огнеупоры? Использование огнеупоров началось в начале 1950-х годов, начиная с футеровки кислородной печи.Кислородная печь - это то, как производится большая часть стали, по крайней мере около 60% в 2000 году. Ранние материалы, которые состояли из доломита с пековой связкой, не были достаточно термостойкими, чтобы прослужить очень долго, прежде чем в печи потребовалась замена футеровки. Проблема термостойкости была частично решена за счет объединения оксида магния с доломитом на пековой связке. Огнеупоры продолжали развиваться и становиться лучше благодаря нашему расширению знаний о материалах, которые могут выдерживать температуры более 1000 градусов по Цельсию. Сюда входит, конечно, разработка синтетических материалов. Открытие Сиднеем Гилкристом Томасом и его двоюродным братом Перси Гилкристом в 1878 году того, что фосфор может быть удален из стали, плавящейся в конвертере с доломитовой футеровкой, было важным достижением.-Томас на самом деле был клерком магистрата в Лондоне, хотел стать врачом, но случайно взял пару уроков по химии и металлургии. Им потребовалось 3 попытки в течение одного года, чтобы сообщить об успехе Институту железа и стали. В 1931 году было обнаружено, что прочность на разрыв смесей магнезита и хромовой руды выше, чем у любого другого материала в отдельности, что привело к созданию первых хромомагнезитовых кирпичей. КИСЛОРОДНАЯ ПЕЧЬ

    4 Когда и как были разработаны огнеупоры? Наконец, не менее важным событием в области огнеупоров было внедрение угольных часов для замены шамотных огнеупоров в топках доменных печей.Первоначально успех угольных доменных печей заставил людей поверить в то, что это будет единственный способ производства чугуна и стали в будущем, однако вскоре стало известно, что в этих камерах недостаточно кислорода для этого. Таким образом, кислородные печи остаются лидером в производстве металлов.

    5 Кого должно волновать и почему. Вам следует проявлять осторожность, потому что без огнеупорных материалов у вас не было бы: СВЕТА! (Вольфрам - тугоплавкий металл, используемый в большинстве ламп накаливания) ТЕПЛО! (Да печь и камин) ПИЦЦА! (большинство печей для пиццы включают в себя огнеупорный кирпич или материал)

    6 Источники Керамические материалы: наука и техника К.Барри Картер, М. Грант Нортон http://books.google.com/books?id=aE_VQ8I24OoC&pg=PA25&lpg=PA25&dq=history+of+refractories&source=bl&ots= RDx13tbDTt & сиг = QQfrTFzSZzowBF9foypBglCpK3s & гл = еп & са = Х & е = Mf0dT7qrDIaFtgfoztivCw & вед = 0CFkQ6AEwBw # v = OnePage & д = История% 20of% 20refractories & F = ложно http://books.google.com/books?id=aE_VQ8I24OoC&pg=PA25&lpg=PA25&dq=history+of+refractories&source=bl&ots= RDx13tbDTt & сиг = QQfrTFzSZzowBF9foypBglCpK3s & гл = еп & са = Х & е = Mf0dT7qrDIaFtgfoztivCw & вед = 0CFkQ6AEwBw # v = onepage & q = history% 20of% 20refractories & f = false «Огнеупорный материал» из Википедии http: // en.wikipedia.org/wiki/Refractory «История огнеупоров» через eHow http://www.ehow.com/facts_7311362_history-refractories.html «Создаваемые классные материалы: огнеупоры» на Youtube ohttp: //www.youtube.com/ смотрите? v = iGMLLroGKaAhttp: //www.youtube.com/watch? v = iGMLLroGKaA o «Об огнеупорах» через Институт огнеупоров http://www.refractoriesinstitute.org/aboutrefractories.htm


    .

    Смотрите также