Termenul „metal refractar” este folosit pentru a descrie un grup de elemente metalice care au puncte de topire excepțional de ridicate și sunt rezistente la uzură, coroziune, și deformare.
Utilizările industriale ale termenului de metal refractar se referă cel mai adesea la cinci elemente utilizate în mod obișnuit:
- Molibden (Mo)
- Niobiu (Nb)
- Reniu (Re)
- Tantal (Ta)
- Tungsten (W)
Cu toate acestea, definițiile mai largi au inclus și metalele mai puțin utilizate:
- Crom (Cr)
- Hafniu (Hf)
- Iridiu (Ir)
- Osmiu (Os)
- Rodiu (Rh)
- Ruteniu (Ru)
- Titan (Ti)
- Vanadiu (V)
- Zirconiu (Zr)
Caracteristicile
Caracteristica de identificare a metalelor refractare este rezistența lor la căldură. Cele cinci metale industriale refractare au toate puncte de topire mai mari de 3632 ° F (2000 ° C).
Rezistența metalelor refractare la temperaturi ridicate, în combinație cu duritatea lor, le face ideale pentru tăierea și găurirea uneltelor.
Metalele refractare sunt, de asemenea, foarte rezistente la șocurile termice, ceea ce înseamnă că încălzirea și răcirea repetate nu vor provoca cu ușurință expansiunea, stresul și crăparea.
Toate metalele au densități mari (sunt grele), precum și bune proprietăți electrice și conductoare de căldură.
O altă proprietate importantă este rezistența lor la fluaj, tendința metalelor de a se deforma încet sub influența stresului.
Datorită capacității lor de a forma un strat protector, metalele refractare sunt, de asemenea, rezistente la coroziune, deși se oxidează ușor la temperaturi ridicate.
Metale refractare și metalurgia pulberilor
Datorită punctelor lor de topire și durității ridicate, metalele refractare sunt cel mai adesea prelucrate sub formă de pulbere și niciodată fabricate prin turnare.
Pulberile metalice sunt fabricate la dimensiuni și forme specifice, apoi amestecate pentru a crea amestecul potrivit de proprietăți, înainte de a fi compactate și sinterizate.
Sinterizarea implică încălzirea pulberii metalice (într-o matriță) pentru o perioadă lungă de timp. Sub căldură, particulele de pulbere încep să se lipească, formând o piesă solidă.
Sinterizarea poate lega metalele la temperaturi mai mici decât punctul lor de topire, un avantaj semnificativ atunci când se lucrează cu metalele refractare.
Pulberi de carbură
Una dintre primele utilizări pentru multe metale refractare a apărut la începutul secolului al XX-lea odată cu dezvoltarea carburilor cimentate.
Widia, prima carbură de tungsten disponibilă comercial, a fost dezvoltată de Osram Company (Germania) și comercializată în 1926. Acest lucru a condus la testări suplimentare cu metale dure și rezistente la uzură, ducând în cele din urmă la dezvoltarea carburilor sinterizate moderne.
Produsele din materiale carburoase beneficiază adesea de amestecuri de diferite pulberi. Acest proces de amestecare permite introducerea proprietăților benefice din diferite metale, producând astfel materiale superioare celor care ar putea fi create de un metal individual. De exemplu, pulberea originală Widia era compusă din 5-15% cobalt.
Notă: Vedeți mai multe despre proprietățile metalice refractare în tabelul de la sfârșitul paginii.
Aplicații
Aliaje și carburi pe bază de metal refractar sunt utilizate în aproape toate industriile majore, inclusiv electronice, aerospațiale, auto, chimice, minerit, tehnologie nucleară, prelucrarea metalelor și protezare.
Următoarea listă de utilizări finale pentru metalele refractare a fost compilată de Asociația metalelor refractare:
Tungsten Metal
- Filamente cu lămpi cu incandescență, fluorescente și auto
- Anodi și ținte pentru tuburile cu raze X.
- Suporturi semiconductoare
- Electrozi pentru sudarea arcului cu gaz inert
- Catozi de mare capacitate
- Electrozii pentru xenon sunt lămpi
- Sisteme de aprindere auto
- Duze pentru rachete
- Emițătoare electronice de tuburi
- Creuzete pentru procesarea uraniului
- Elemente de încălzire și scuturi împotriva radiațiilor
- Elemente de aliere în oțeluri și superaliaje
- Armare în compozite metal-matrice
- Catalizatori în procesele chimice și petrochimice
- Lubrifianți
Molibden
- Adaosuri aliate în fiare de călcat, oțeluri, oțeluri inoxidabile, oțeluri pentru scule și superaliaje pe bază de nichel
- Arbori de rectificare de înaltă precizie
- Metalizarea prin pulverizare
- Die-casting die
- Componente pentru motoare rachete și rachete
- Electrozi și tije de agitare în fabricarea sticlei
- Elemente de încălzire a cuptorului electric, bărci, scuturi termice și căptușeală de eșapament
- Pompe de rafinare a zincului, spălători, supape, agitatoare și puțuri de termocuplu
- Producerea tijei de comandă a reactorului nuclear
- Comutați electrozii
- Suporturi și suport pentru tranzistoare și redresoare
- Filamente și fire de susținere pentru farurile auto
- Getters de tuburi de vid
- Fuste rachete, conuri și scuturi termice
- Componente pentru rachete
- Supraconductori
- Echipamente pentru proces chimic
- Scuturi termice în cuptoarele cu vid la temperaturi ridicate
- Aditivi pentru aliaje în aliaje feroase și supraconductori
Carbură de tungsten cimentată
- Carbură de tungsten cimentată
- Unelte de tăiat pentru prelucrarea metalelor
- Echipamente de inginerie nucleară
- Unelte de foraj și extracție a petrolului
- Formarea moare
- Role de formare a metalelor
- Ghiduri de fire
Tungsten Heavy Metal
- Bucșe
- Scaune supape
- Lame pentru tăierea materialelor dure și abrazive
- Puncte stilou
- Ferăstraie și burghie pentru zidărie
- Metal greu
- Scuturi de radiații
- Contrapezile aeronavelor
- Contrapondere de ceas cu înfășurare automată
- Mecanisme de echilibrare a camerei aeriene
- Greutăți de echilibru ale palei rotorului elicopterului
- Inserții pentru greutatea clubului de aur
- Corpuri de săgeți
- Siguranțe de armament
- Amortizarea vibrațiilor
- Articole militare
- Peleți de pușcă
Tantal
- Condensatoare electrolitice
- Schimbătoare de căldură
- Încălzitoare cu baionetă
- Fântâni termometrice
- Filamente cu tuburi de vid
- Echipamente pentru proces chimic
- Componente pentru cuptoare cu temperatură înaltă
- Creuzete pentru manipularea metalelor topite și a aliajelor
- Unelte de tăiat
- Componente ale motorului aerospațial
- Implanturi chirurgicale
- Aditiv pentru aliaje în superaliaje
Proprietățile fizice ale metalelor refractare
| Tip | Unitate | Mo | Ta | Nb | W | Rh | Zr |
| Puritate comercială tipică | 99.95% | 99.9% | 99.9% | 99.95% | 99.0% | 99.0% | |
| Densitate | cm / cc | 10.22 | 16.6 | 8.57 | 19.3 | 21.03 | 6.53 |
| lbs / in2 | 0.369 | 0.60 | 0.310 | 0.697 | 0.760 | 0.236 | |
| Punct de topire | Celcius | 2623 | 3017 | 2477 | 3422 | 3180 | 1852 |
| ° F | 4753.4 | 5463 | 5463 | 6191.6 | 5756 | 3370 | |
| Punct de fierbere | Celcius | 4612 | 5425 | 4744 | 5644 | 5627 | 4377 |
| ° F | 8355 | 9797 | 8571 | 10,211 | 10,160.6 | 7911 | |
| Duritate tipică | DPH (vickers) | 230 | 200 | 130 | 310 | -- | 150 |
| Conductivitate termică (@ 20 ° C) | cal / cm2/cm°C/sec | -- | 0.13 | 0.126 | 0.397 | 0.17 | -- |
| Coeficientul de expansiune termică | ° C x 10 -6 | 4.9 | 6.5 | 7.1 | 4.3 | 6.6 | -- |
| Rezistență electrică | Micro-ohm-cm | 5.7 | 13.5 | 14.1 | 5.5 | 19.1 | 40 |
| Conductivitate electrică | % IACS | 34 | 13.9 | 13.2 | 31 | 9.3 | -- |
| Rezistența la tracțiune (KSI) | Înconjurător | 120-200 | 35-70 | 30-50 | 100-500 | 200 | -- |
| 500 ° C | 35-85 | 25-45 | 20-40 | 100-300 | 134 | -- | |
| 1000 ° C | 20-30 | 13-17 | 5-15 | 50-75 | 68 | -- | |
| Alungire minimă (gabarit de 1 inch) | Înconjurător | 45 | 27 | 15 | 59 | 67 | -- |
| Modul de elasticitate | 500 ° C | 41 | 25 | 13 | 55 | 55 | |
| 1000 ° C | 39 | 22 | 11.5 | 50 | -- | -- |
Sursă: http://www.edfagan.com