Вольфрам, свойства вольфрама и его соединений, области применения  

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

Минерал Химическая формула Массовое содержание, % ρ, г/ см3 Твердость по Моосу
WO3 W
Ферберит Гюбнерит Вольфрамит Шеелит FeWO4 MnWO4 [(Fe,Mn)WO4] CaWO4 76,3 76,6 76,5 80,6 60,5 60,7 60,6 63,9 7,5 7,1 7,1-7,5 5,8-6,2 5-5,5 5-5

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

Марка концент- рата WO3, % ( не менее) Массовое содержание, % ( не более)
MnO SiO P S As Sn Cu Mo CaO
КВГ-1 КВГ-2 КШИ КШ КМШ-1 КМШ-2 КМШ-3 КВГ ( Т) КШ (Т) КВГ (К) 1,0 2,0 0,1 0,1 Ненорм - 5,0 5,0 1,5 1,2 5,0 Ненорм 5,0 0,05 0,5 0,02 0,04 0,03 0,04 0,04 0,10 0,30 0,10 0,7 0,8 0,45 0,6 0,3 0,3 0,6 1,0 1,5 0,7 0,10 0,10 0,10 0,05 0,02 0,04 0,20 0,10 0,10 0,8 0,15 0,20 0,10 0,08 0,01 0,02 0,10 1,00 0,20 1,00 0,10 0,15 0,05 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,20 0,40 0,10 0,20 0,50 1,00 3,00 3,00 3,00 0,06 0,04 0,01 - - - - - - - 2,5 Ненорм 2,0



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)

Марка W, % (менее) Массовое содержание элементов, %, не более
Mo Mn Si C P S Cu As Sn Al
ФВ80а 6,0 0,2 0,8 0,10 0,03 0,02 0,10 0,04 0,04 4,0
В75а 7,0 0,2 1,1 0,15 0,04 0,04 0,20 0,06 0,06 5,0
ФВ70а 7,0 0,3 2,0 0,3 0,06 0,06 0,30 0,08 0,10 6,0
ФВ70 1,5 0,4 0,5 0,3 0,04 0,08 0,15 0,04 0,08
Фв70Б 2,0 0,5 0,8 0,5 0,06 0,10 0,20 0,05 0,10
ФВ65 6,0 0,6 1,2 0,7 0,10 0,15 0,30 0,08 0,20

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


4493297142308022.html
4493345229330679.html
    PR.RU™