Терминът „огнеупорен метал“ се използва за описание на група метални елементи, които имат изключително високи точки на топене и са устойчиви на износване, корозия, и деформация.
Промишленото използване на термина огнеупорен метал най-често се отнася до пет често използвани елемента:
- Молибден (Mo)
- Ниобий (Nb)
- Рений (Re)
- Тантал (Ta)
- Волфрам (W)
По-широките определения обаче включват и по-рядко използваните метали:
- Хром (Cr)
- Хафний (Hf)
- Иридий (Ir)
- Осмий (Os)
- Родий (Rh)
- Рутений (Ru)
- Титан (Ti)
- Ванадий (V)
- Цирконий (Zr)
Характеристиките
Отличителната черта на огнеупорните метали е тяхната устойчивост на топлина. Всичките пет индустриални огнеупорни метала имат точки на топене над 2000 ° C (3632 ° F).
Силата на огнеупорните метали при високи температури, в комбинация с тяхната твърдост, ги прави идеални за режещи и пробивни инструменти.
Огнеупорните метали също са много устойчиви на термичен удар, което означава, че многократното нагряване и охлаждане няма лесно да доведе до разширяване, напрежение и напукване.
Всички метали имат висока плътност (тежки са), както и добри електрически и топлопроводими свойства.
Друго важно свойство е тяхната устойчивост на пълзене, склонността на металите бавно да се деформират под въздействието на стрес.
Благодарение на способността си да образуват защитен слой, огнеупорните метали също са устойчиви на корозия, въпреки че лесно се окисляват при високи температури.
Огнеупорни метали и прахова металургия
Поради високите си точки на топене и твърдост, огнеупорните метали най-често се обработват под формата на прах и никога не се произвеждат чрез леене.
Металните прахове се произвеждат до специфични размери и форми, след което се смесват, за да се създаде правилната смес от свойства, преди да бъдат уплътнени и синтеровани.
Агломерирането включва нагряване на металния прах (в рамките на матрицата) за дълъг период от време. Под топлина праховите частици започват да се свързват, образувайки твърдо парче.
Агломерирането може да свърже метали при температури по-ниски от тяхната точка на топене, което е значително предимство при работа с огнеупорните метали.
Карбидни прахове
Една от най-ранните употреби на много огнеупорни метали възниква в началото на 20-ти век с развитието на циментирани карбиди.
Уидия, първият предлаган в търговската мрежа волфрамов карбид, е разработен от Osram Company (Германия) и пуснат на пазара през 1926 година. Това доведе до по-нататъшни тестове с подобни твърди и устойчиви на износване метали, което в крайна сметка доведе до разработването на съвременни синтеровани карбиди.
Продуктите от карбидни материали често се възползват от смеси от различни прахове. Този процес на смесване позволява въвеждането на полезни свойства от различни метали, като по този начин се получават материали, по-добри от това, което може да бъде създадено от отделен метал. Например, оригиналният прах Widia се състои от 5-15% кобалт.
Забележка: Вижте повече за свойствата на огнеупорните метали в таблицата в долната част на страницата.
Приложения
Огнеупорните сплави и карбиди на метална основа се използват практически във всички големи индустрии, включително електроника, космическа, автомобилна, химическа промишленост, минно дело, ядрени технологии, металообработване и протезиране.
Следният списък на крайните приложения на огнеупорните метали е съставен от Асоциацията на огнеупорните метали:
Волфрам метал
- Нажежаеми, флуоресцентни и автомобилни лампи
- Аноди и мишени за рентгенови тръби
- Полупроводникови опори
- Електроди за електродъгово заваряване с инертен газ
- Катоди с голям капацитет
- Електродите за ксенон са лампи
- Автомобилни системи за запалване
- Дюзи за ракети
- Електронни излъчватели на тръби
- Тигли за преработка на уран
- Нагревателни елементи и радиационни екрани
- Легиращи елементи в стомани и суперсплави
- Подсилване в композити от метални матрици
- Катализатори в химични и нефтохимични процеси
- Смазочни материали
Молибден
- Легиращи добавки в ютии, стомани, неръждаеми стомани, инструментални стомани и суперсплави на никелова основа
- Високо прецизни шпиндели за шлифоване
- Спрей метализиране
- Матрици за леене под налягане
- Компоненти на ракетни и ракетни двигатели
- Електроди и бъркалки в производството на стъкло
- Нагревателни елементи с електрическа пещ, лодки, топлинни екрани и ауспух
- Помпи за рафиниране на цинк, перални, клапани, бъркалки и кладенци с термодвойки
- Производство на пръчки за управление на ядрен реактор
- Превключващи електроди
- Подпори и подложка за транзистори и токоизправители
- Нишки и опорни проводници за автомобилни фарове
- Гътери за вакуумни тръби
- Ракетни поли, конуси и топлинни щитове
- Ракетни компоненти
- Свръхпроводници
- Оборудване за химически процеси
- Топлинни екрани във високотемпературни вакуумни пещи
- Легиращи добавки в черни сплави и свръхпроводници
Циментиран волфрамов карбид
- Циментиран волфрамов карбид
- Режещи инструменти за металообработка
- Оборудване за ядрено инженерство
- Инструменти за добив и сондажи
- Формиращи матрици
- Метални формовъчни ролки
- Водачи за резби
Волфрам тежък метал
- Втулки
- Седалки на клапана
- Остриета за рязане на твърди и абразивни материали
- Точки с химикал
- Зидарски триони и свредла
- Хеви метъл
- Радиационни щитове
- Самолети противотежести
- Самонавиващи се противотежести за часовници
- Механизми за балансиране на въздушна камера
- Тежести за балансиране на лопатките на хеликоптер
- Златни вложки за тежести
- Дартс тела
- Предпазители за въоръжение
- Потискане на вибрациите
- Военни оръжия
- Пелети от пушка
Тантал
- Електролитични кондензатори
- Топлообменници
- Байонетни нагреватели
- Кладенци на термометър
- Нишки на вакуумни тръби
- Оборудване за химически процеси
- Компоненти за високотемпературни пещи
- Тигли за обработка на разтопен метал и сплави
- Режещи инструменти
- Компоненти на аерокосмически двигатели
- Хирургични импланти
- Сплавна добавка в суперсплави
Физически свойства на огнеупорните метали
| Тип | Мерна единица | Mo | Ta | Nb | W | Rh | Zr |
| Типична търговска чистота | 99.95% | 99.9% | 99.9% | 99.95% | 99.0% | 99.0% | |
| Плътност | см / куб. см | 10.22 | 16.6 | 8.57 | 19.3 | 21.03 | 6.53 |
| lbs / инч2 | 0.369 | 0.60 | 0.310 | 0.697 | 0.760 | 0.236 | |
| Точка на топене | Целций | 2623 | 3017 | 2477 | 3422 | 3180 | 1852 |
| ° F | 4753.4 | 5463 | 5463 | 6191.6 | 5756 | 3370 | |
| Точка на кипене | Целций | 4612 | 5425 | 4744 | 5644 | 5627 | 4377 |
| ° F | 8355 | 9797 | 8571 | 10,211 | 10,160.6 | 7911 | |
| Типична твърдост | DPH (викер) | 230 | 200 | 130 | 310 | -- | 150 |
| Топлопроводимост (@ 20 ° C) | кал / см2/cm°C/sec | -- | 0.13 | 0.126 | 0.397 | 0.17 | -- |
| Коефициент на термично разширение | ° С х 10 -6 | 4.9 | 6.5 | 7.1 | 4.3 | 6.6 | -- |
| Електрическо съпротивление | Микро-ом-см | 5.7 | 13.5 | 14.1 | 5.5 | 19.1 | 40 |
| Електропроводимост | % IACS | 34 | 13.9 | 13.2 | 31 | 9.3 | -- |
| Якост на опън (KSI) | Амбиент | 120-200 | 35-70 | 30-50 | 100-500 | 200 | -- |
| 500 ° С | 35-85 | 25-45 | 20-40 | 100-300 | 134 | -- | |
| 1000 ° С | 20-30 | 13-17 | 5-15 | 50-75 | 68 | -- | |
| Минимално удължение (габарит 1 инч) | Амбиент | 45 | 27 | 15 | 59 | 67 | -- |
| Модул на еластичност | 500 ° С | 41 | 25 | 13 | 55 | 55 | |
| 1000 ° С | 39 | 22 | 11.5 | 50 | -- | -- |
Източник: http://www.edfagan.com