История открытия и изучения
Свое название металл получил от минерала вольфрамит. Его начали добывать в XVI веке. Тогда его называли «волчьей пеной». Вольфрам часто встречался в оловянных рудах, мешал выплавлять этот металл. Он переводил его в пену шлаков.
Первое научное упоминание о нахождении нового химического элемента появилось в 1781 году. Тогда знаменитый химик из Швеции Карл Шееле работал с минералом шеелит. Он обрабатывал его азотной кислотой, в ходе чего получил новый химический элемент с желтым оттенком. Он назвал его «тяжелым камнем». Через два года, братья Элюар получили из саксонского минерала новый металл.
Если сравнивать защиту от ионизирующего излучения из свинца или вольфрама, второй вид металла выигрывает. Готовый защитный слой будет задерживать больше частиц при меньшем весе.
Вольфрамит
Как получают?
В связи с особыми свойствами, а также малым содержанием в породах, технология получения чистого вольфрама достаточно сложная.
- Магнитная сепарация, электростатическая сепарация или флотация с целью обогащения руды до 50-60 % концентрации вольфрамового оксида.
- Выделение 99 % окиси путем химических реакций со щелочными или кислотными реагентами и поэтапного очищения получаемого осадка.
- Восстановление металла с помощью углерода или водорода, выход соответствующего металлического порошка.
- Изготовление слитков или порошковых спеченных брикетов.
Одним из важных этапов получения металлургической продукции является порошковая металлургия. Она основана на смешивании порошкообразных тугоплавких металлов, их прессовании и последующем спекании. Таким образом получают большое количество технологически важных сплавов, в том числе карбид вольфрама, применение которому найдено в основном в промышленном производстве режущих инструментов повышенной мощности и стойкости.
Получение из руды и месторождения
В природе вольфрам можно встретить окисленными отложениями. Они образуются из трехокиси этого металла, которая соединяется с кальцием, марганцем, железом. Иногда в составе можно встретить медь, свинец, торий, некоторые редкоземельные элементы.
Минералы, насыщенные вольфрамом, чаще встречаются в грунтовых породах небольшими вкраплениями. В таком случае средняя концентрация тяжелого металла — до 2%.
Самые крупные месторождения вольфрама находятся в США, Китае, Канаде. Среднее мировое производство за год — 50 тысяч тонн.
Критическая отметка температуры для этого металла — 13610°C. При нагревании до таких показателей он превращается в газ.
Какие характеристики присваивает вольфрам стали. Значение «вольфрамовая сталь
Хим стойкость вольфрама на воздухе и в воде довольно высока. При нагревании хим элемент подвержен окислению. Чем больше температура, тем выше скорость окисления хим элемента. При температуре, превосходящей 1000°С, вольфрам начинает испаряться. При комнатной температуре королевская водка, соляная, серная, плавиковая и азотная кислоты не могут оказывать на вольфрам никакого деяния. Смесь азотной и плавиковой кислот растворяют вольфрам. Ни в водянистом, ни в жестком состоянии вольфрам не смешивается с золотом, серебром, натрием, медью, литием. Также не происходит взаимодействия с цинком, магнием, кальцием, ртутью. Вольфрам растворим в тантале и ниобии, а с колченогом и молибденом может создавать смеси как в жестком, так и в водянистом состоянии.
Промышленное получение
Получение вольфрама промышленными предприятиями начинается с добычи руды, ее доставки на производство. Следующий этап — выделение триоксида из расходного материала. После этого он проходит процесс восстановления для получения очищенного металлического порошка. Процедуру восстановления проводят под воздействием водорода. При этом сырье нагревается до 700°C. Готовый порошок прессуется, спекается при температуре 1300°C в защитной атмосфере из водорода.
Применение вольфрама в промышленности
Вольфрам начали активно применять в различных сферах промышленности не так уж и давно. На протяжении долгого времени он не мог найти практического применения, но сейчас больше половины всего вольфрама идет на производство вольфрамовых сплавов различной прочности. Перечислим сферы и области применения вольфрама более подробно:
— электротехническая промышленность. Вольфрам незаменим в данной сфере, так как из его изготавливают нити накалывания электрических ламп, катоды рентгеновских трубок и различные детали для радиоламп.
— химическая промышленность. В данной сфере вольфрам применяют в качестве сырья для изготовления пигментов, красок и смазочных материалов. Помимо этого, данный неметаллический элемент применяют как катализатор.
— военная промышленность. Вольфрам был одним из основных сырьевых материалов в данной сфере во времена Первой Мировой войны. Его применяют для производства пуль, орудийной стали и бронебойных снарядов.
— автомобильная промышленность. Вольфрам выступает в качестве легированного элемента некоторых видов стали. Он придает стали уникальных свойств и позволяет использовать её для производства автомобильных прочных рессор. Более подробно об этом можно узнать в нашей статье «Сферы и области применения стали».
— железнодорожная промышленность. Вольфрамовая сталь применяется для производства железнодорожных рельс и вагонов. Такие рельсы могут выдержать очень большие нагрузки. Кроме того, их срок эксплуатации намного больше, чем из других видов стали.
— металлургическая промышленность. Наиболее важное предназначение вольфрама в металлургии – это легирование им сталей, а также производство твердых сплавов.
Марки
Марки вольфрама:
- ВР — соединение вольфрама с рением.
- ВТ, ВИ, ВЛ — к основе добавляется присадка окиси лантана, тория, иттрия.
- ВРН — металл без присадок. Допускается наличие небольшого количества разных примесей.
- ВМ — к основе добавляются разные присадки. Основные — кремнещелочные, алюминиевые.
- МВ — соединение молибдена с вольфрамом. Сохраняется пластичность одновременно с повышением прочности.
- ВЧ — чистый металл без примесей, присадок.
- ВА — соединение основы с алюминием, кремнещелочными присадками.
Лампы накаливания не просто так имеют стеклянную герметичную капсулу. Поскольку вольфрам быстро окисляется на открытом воздухе, капсула заполняется инертным газом.
Лампа накаливания
Маркировка вольфрамовых электродов
Принципиально! Маркировка вольфрамовых электродов нужна спецам, так как содержит в для себя весь список черт и применяемых металлов как при изготовлении электрода, так и пригодных для сварки.
Установленная и принятая маркировка для удобства различается по обозначению и цвету.
К вольфрамовым электродам применяется последующая маркировка:
Цветная маркировка вольфрамовых электродов.
- WP (цвет зеленоватый) – тут электрод фактически вполне состоит из вольфрама. Его содержание составляет 99,5%. Используют для сварки магния и алюминия. Вероятное внедрение электрода представленной маркировки заключается в сварке синусоидальным током. Для защиты употребляют два вида газа: аргон и гелий.
- WC-20 (сероватый) – на 2% состоит из оксида церия. Относятся к всепригодным электродам, так как употребляются в сварке с переменным током и с применением положительной полярности. Задействуются в соединении трубопроводов в неповоротных соединениях.
- WL-15, WL-20 (голубий) – тут имеется примесь лантана, которая дозволяет достигнуть устойчивой дуги, и повторный розжиг, что делает электрод данной марки нередко применяемым в индустрии. Не считая того, применение в электроде лантана способно прирастить рабочий ток и уменьшить износ вполовину. Швы, произведенные при помощи представленного вида электрода, долговечны и наименее загрязнены. Для работы электроду нужно придать сферичную форму конца.
- WT-20 (красноватый) – тут в состав заходит торий. Как уже было описано выше, его пыль при работе несколько небезопасна для здоровья человека. Невзирая на данный факт, представленную маркировку время от времени употребляют почаще, чем электроды, фактически вполне состоящие из вольфрама. Эта изюминка разъясняется хорошими качествами тория, способного за считаные секунды соединить самые «привередливые» сплавы. При работе рекомендуется употреблять неизменный ток, так как при синусоидальном использовании тока приобретенная дуга может прыгать по свариваемой поверхности. Такие проблемы допускать недозволено.
- WZ-8 (белоснежный) – тут имеется наименее процента оксида циркония. При работе нужно пристально смотреть за чистотой. Рекомендуется употреблять переменный ток. Перед внедрением следует придать электроду сферическую форму конца. Лучше использовать для сварки алюминия.
- WY-20 (синий) – вольфрамовые электроды с узким покрытием иттрия. Их принято считать самыми устойчивыми электродами, потому используют их часто для сварки ответственных и принципиальных конструкций.
При выбирании электродов нужно обусловиться с способом сварки и качествами свариваемого сплава, поэтому как для соединения одной конструкции могут потребоваться несколько типов и маркировок вольфрамовых электродов.
Интересно почитать: Самодельный гидравлический пресс из домкрата
Свойства
Чтобы понять, где лучше применять вольфрам, нужно знать свойства этого металла. Сейчас про этот материал известно достаточно информации, чтобы определить сферы его применения.
Химические
Свойства:
- Валентность чистого металла — 6. У соединений на его основе она может изменяться от 2 до 5.
- Молярная масса химического элемента —183,84.
- Элемент имеет орбиту, состоящую из двух ярусов.
Вольфрам — химически активный металл. Он вступает в реакции с разными веществами с образованием сложных, простых соединений. При нагревании реакции протекают быстрее. Для дополнительного ускорения реакции можно добавить водяные пары.
Физические
Свойства:
- Цвет — серый.
- Прозрачность — отсутствует.
- Металлический блеск — есть.
- Твердость — 7,5 (показатель указан согласно шкале Мооса).
- Плотность — 19,3 г/см3.
- Радиоактивность — 0.
- Теплопроводность — 173 Вт/(м·К).
- Электропроводность — 55·10−9 Ом·м.
- Показатель твердости по Бринеллю — 488 кгс/мм².
- Теплоемкость — 134,4 Дж/(кг·град).
- Температура плавления — 3380 °C (показатель зависит от количества примесей).
- Сопротивление электричеству — 55·10−9 Ом·м (при условии соблюдения температурного режима в 20°C).
- Температура кипения — около 5555 °C.
Лучше всего металл куется при нагревании до 1600°C.
На основе вольфрама изготавливают тяжелые сплавы. Общее содержание основы может достигать 97%. Готовые сплавы применяются для изготовления контейнеров, в которых будут храниться, переноситься радиоактивные вещества. Главная особенность емкости — возможность поглощения части гамма-излучения.
Вольфрамовая сталь
Значение слова Вольфрамовая сталь по словарю Брокгауза и Ефрона: Вольфрамовая сталь
— Содержание в стали вольфрама присваивает ей значительную твердость и приметно увеличивает температуру плавления. Применяется она для рессор, снарядов, валютных шифанеров, для режущих инструментов (с присадкой молибдена — «самозакаливающаяся» сталь) и т. д. В общем можно различать два класса В. стали: бедную и богатую вольфрамом. При содержании вольфрама до 10 % сталь с 0,2 % С по микроструктуре близка к обычной стали; при высшем содержании вольфрама возникает в стали целый ряд кристаллических включений, препятствующих, напр. прокатке. При 0,8 % С кристаллы эти являются уже при 5 % W. По составу они представляют, возможно, C + W. Бедная вольфрамом сталь — по микроструктуре перлитическая, владеет качествами, подобными обычной стали, лишь, при том же содержании С, временное сопротивление, предел упругости и твердость больше, а удлинение, уменьшение площади поперечного сечения при разрыве и сопротивление удару тем меньше, чем больше W; разница эта время от времени достаточно значительна. Закалку и отжиг таковая сталь воспринимает посильнее обычной. Богатая вольфрамом сталь со включениями карбида владеет, при том же содержании С, наименьшим временным сопротивлением и пределом упругости, чем предшествующая. Сопротивление удару практически не зависит от содержания С и W. Закалка при 850° вызывает очень тонкое возникновение мартенсита; она очень наращивает временное сопротивление, предел упругости и твердость таковой В. стали. А. М.
Вольфрамовая бронза Вольфрамовая сталь Вольфсбергит
Интересно почитать: Делительная головка своими руками
