Вольфрамовая сталь
Содержание в стали вольфрама придает ей значительную твердость и заметно повышает температуру плавления. Применяется она для рессор, снарядов, денежных шкафов, 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 обыкновенной стали; при высшем содержании вольфрама появляется в стали целый ряд кристаллических включений, препятствующих, напр. прокатке. При 0,8 % С кристаллы эти являются уже при 5 % W. По составу они представляют, вероятно, C + W. Бедная вольфрамом сталь - по микроструктуре перлитическая, обладает свойствами, аналогичными обыкновенной стали, только, 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 иногда довольно значительна. Закалку и отжиг такая сталь принимает сильнее обыкновенной. Богатая вольфрамом сталь со включениями карбида обладает, при том же содержании С, меньшим временным сопротивлением и пределом упругости, чем предыдущая. Сопротивление удару почти не зависит от содержания С и W. Закалка при 850° вызывает весьма тонкое появление мартенсита; она сильно увеличивает временное сопротивление, предел упругости и твердость такой В. стали.
Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. - С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон . 1890-1907 .
Смотреть что такое "Вольфрамовая сталь" в других словарях:
вольфрамовая сталь - — Тематики нефтегазовая промышленность EN tungsten steel … Справочник технического переводчика
Сталь (польск. stal, от нем. Stahl), деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2%) и др. элементами. С. ‒ важнейший продукт чёрной металлургии, являющийся материальной основой практически всех отраслей промышленности. Масштабы… …
I (Staël; по мужу Сталь Гольштейн; Staël Holstein) Анна Луиза Жермена де (16 или 22.4.1766, Париж, 14.7.1817, там же), французская писательница, теоретик литературы, публицист. Дочь Ж. Неккера. Получила разностороннее домашнее образование … Большая советская энциклопедия
Быстрорежущие стали легированные стали, предназначенные, главным образом, для изготовления металлорежущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания … Википедия
ВОЛЬФРАМОВЫЙ, вольфрамовая, вольфрамовое. прил. к вольфрам (хим.). Вольфрамовая руда. || Изготовленный из вольфрама; с примесью вольфрама (тех.). Вольфрамовая сталь. Вольфрамовая лампочка (с накаливающейся проволокой из вольфрама). Вольфрамовая… … Толковый словарь Ушакова
Есть продукт, который получают проволакиванием какого либо тягучего в холодном состоянии металла через ряд постепенно уменьшающихся отверстий волочильной доски. Диаметр проволоки, смотря по надобности, колеблется от 0,004 0,5 . Наибольшее… …
Есть продукт, который получают проволакиванием какого либо тягучего в холодном состоянии металла через ряд постепенно уменьшающихся отверстий волочильной доски. Диаметр проволоки, смотря по надобности, колеблется от 0,004″ 0,5″. Наибольшее… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Химия
Элемент № 74 вольфрам причисляют обычно к редким металлам: его содержание в земной коре оценивается в 0,0055%; его нет в морской воде, его не удалось обнаружить в солнечном спектре. Однако по популярности онможет поспорить со многими отнюдь не редкими металлами, а его минералы были известны задолго до открытия самого элемента. Так, еще в XVII в. во многих европейских странах знали «вольфрам» и «тунгстен» - так называли тогда наиболее распространенные минералы вольфрама - вольфрамит и шеелит. А элементарный вольфрам был открыт в последней четверти XVIII в .
Вольфрамовая руда
Очень скоро этот металл получил практическое значение - как легирующая добавка. А после Всемирной выставки 1900 г. в Париже, на которой демонстрировались образцы быстрорежущей вольфрамовой стали, элемент № 74 стали применять металлурги во всех более или менее промышленно развитых странах. Главная особенность вольфрама как легирующей добавки заключается в том, что он придает стали красностойкость - позволяет сохранить твердость и прочность при высокой температуре. Более того, большинство сталей при охлаждении на воздухе (после выдержки при температуре, близкой к температуре красного каления) теряют твердость. А вольфрамовые - нет.
Инструмент, изготовленный из вольфрамовой стали, выдерживает огромные скорости самых интенсивных процессов металлообработки. Скорость резания таким инструментом измеряется десятками метров в секунду.
Современные быстрорежущие стали содержат до 18% вольфрама (или вольфрама с молибденом), 2-7% хрома и небольшое количество кобальта. Они сохраняют твердость при 700-800° С, в то время как обычная сталь начинает размягчаться при нагреве всего до 200° С. Еще большей твердостью обладают «стеллиты» - сплавы
вольфрам
а с хромом и кобальтом (без железа) и особенно карбиды вольфрама - его соединения с углеродом. Сплав «видна» (карбид вольфрама, 5-15% кобальта и небольшая примесь карбида титана) в 1,3 раза тверже обычной вольфрамовой стали и сохраняет твердость до 1000- 1100° С. Резцами из этого сплава можно снимать за минуту до 1500-2000 м железной стружки. Ими можно быстро и точно обрабатывать «капризные» материалы: бронзу и фарфор, стекло и эбонит; при этом сам инструмент изнашивается совсем незначительно.
В начале XX в. вольфрамовую нить стали применять в электрических лампочках: она позволяет доводить накал до 2200° С и обладает большой светоотдачей. И в этом качестве вольфрам совершенно незаменим до наших дней. Очевидно, поэтому электрическая лампочка названа в одной популярной песне «глазком вольфрамовым».
Минералы и руды вольфрама
Вольфрам встречается в природе главным образом в виде окисленных сложных соединений, образованных трехокисыо вольфрама WO 3 и окислами железа и марганца или кальция, а иногда свинца, меди, тория и редкоземельных элементов. Наиболее распространенный минерал, вольфрамит, представляет собой твердый раствор вольфраматов (солей вольфрамовой кислоты) железа и марганца (mFeW0 4 *nMnW0 4). Этот раствор - тяжелые и твердые кристаллы коричневого или черного цвета, в зависимости от того, какое соединение преобладает в их составе. Если больше побнерита (соединения марганца), кристаллы черные, если же преобладает железосодержащий ферберит - коричневые. Вольфрамит парамагнитен и хорошо проводит электрический ток.
Из других минералов вольфрама промышленное значение имеет шеелит - вольфрамат кальция CaW04. Он образует блестящие, как стекло, кристаллы светло-желтого, иногда почти белого цвета. Шеелит немагнитен, но он обладает другой характерной особенностью - способностью к люминесценции. Если его осветить ультрафиолетовыми лучами, он флуоресцирует в темноте ярко-синим цветом. Примесь молибдена меняет окраску свечения шеелита: она становится бледно-синей, а иногда даже кремовой. Это свойство шеелита, используемое в геологической разведке, служит поисковым признаком, позволяющим обнаружить залежи минерала.
Месторождения вольфрамовых руд теологически связаны с областями распространения гранитов . Крупнейшие зарубежные месторождения вольфрамита и шеелита находятся в Китае, Бирме, США, Боливии и Португалии. Наша страна тоже располагает значительными запасами минералов вольфрама, главные их месторождения находятся на Урале, Кавказе и в Забайкалье.
Крупные кристаллы вольфрамита или шеелита - большая редкость. Обычно вольфрамовые минералы лишь вкраплены в древние гранитные породы - средняя концентрация вольфрама в итоге оказывается в лучшем случае 1-2%. Поэтому извлечь вольфрам из руд очень трудно.
Как получают вольфрам
Первая стадия - обогащение руды, отделение ценных компонентов от основной массы - пустой породы. Методы обогащения - обычные для тяжелых руд и металлов: измельчение и флотация с последующими операциями - магнитной сепарацией (для вольфрамитиых руд) и окислительным обжигом.
Полученный концентрат чаще всего спекают с избытком соды, чтобы перевести вольфрам в растворимое соединение - вольфрамат натрия. Другой способ получения этого вещества - выщелачивание; вольфрам извлекают содовым раствором под давлением и при повышенной температуре (процесс идет в автоклаве) с последующей нейтрализацией и осаждением в виде искусственного шеелита, т. е. вольфрамата кальция. Стремление получить именно вольфрамат объясняется тем, что из него сравнительно просто, всего в две стадии:
CaW0 4 → H 2 W0 4 или (NH 4) 2 W0 4 → WO 3 , можно выделить очищенную от большей части примесей окись вольфрама.
Есть еще один способ получения окиси вольфрама - через хлориды. Вольфрамовый концентрат при повышенной температуре обрабатывают газообразным хлором. Образовавшиеся хлориды вольфрама довольно легко отделить от хлоридов других металлов методом возгонки, используя разницу температур, при которых эти вещества переходят в парообразное состояние. Полученные хлориды вольфрама можно превратить в окисел, а можно пустить непосредственно на переработку в элементарный металл.
Превращение окислов или хлоридов в металл - следующая стадия производства вольфрама. Лучший восстановитель окиси вольфрама - водород. При восстановлении водородом получается наиболее чистый металлический вольфрам. Процесс восстановления происходит в трубчатых печах, нагретых таким образом, что по мере продвижения по трубе «лодочка» с W0 3 проходит через несколько температурных зон. Навстречу ей идет поток сухого водорода. Восстановление происходит и в «холодных» (450-600° С) и в «горячих» (750-1100° С) зонах; в «холодных» - до низшего окисла W0 2 , дальше - до элементарного металла. В зависимости от температуры и длительности реакции в «горячей» зоне меняются чистота и размеры зерен выделяющегося на стенках «лодочки» порошкообразного вольфрама.
Восстановление может идти не только под действием водорода. На практике часто используется уголь. Применение твердого восстановителя несколько упрощает производство, однако в этом случае требуется более высокая температура - до 1300-1400° С. Кроме того, уголь и примеси, которые он всегда содержит, вступают в реакции с вольфрамом, образуя карбиды и другие соединения. Это приводит к загрязнению металла. Между тем электротехнике нужен весьма чистый вольфрам. Всего 0,1% железа делает вольфрам хрупким и малопригодным для изготовления тончайшей проволоки.
Получение вольфрама из хлоридов основано на процессе пиролиза. Вольфрам образует с хлором несколько соединений. С помощью избытка хлора все их можно перевести в высший хлорид - WCl 6 , который разлагается на вольфрам и хлор при 1600° С. В присутствии водорода этот процесс идет уже при 1000° С.
Так получают металлический вольфрам, но не компактный, а в виде порошка, который затем прессуют в токе водорода при высокой температуре. На первой стадии прессования (при нагреве до 1100-1300° С) образуется пористый ломкий слиток. Прессование продолжается при еще более высокой температуре, едва не достигающей под конец температуры плавления вольфрама. В этих условиях металл постепенно становится сплошным, приобретает волокнистую структуру, а с ней - пластичность и ковкость.
Главные свойства
Вольфрам отличается от всех остальных металлов особой тяжестью, твердостью и тугоплавкостью. Давно известно выражение: «Тяжелый, как свинец». Правильнее было бы говорить: «Тяжелый, как вольфрам». Плотность вольфрама почти вдвое больше, чем свинца, точнее - в 1,7 раза. При этом атомная масса его несколько ниже: 184 против 207.
По тугоплавкости и твердости вольфрам и его сплавы занимают высшие места среди металлов. Технически чистый вольфрам плавится при 3410° С, а кипит лишь при 6690° С. Такая температура - на поверхности Солнца!
А выглядит «король тугоплавкости» довольно заурядно. Цвет вольфрама в значительной мере зависит от способа получения. Сплавленный вольфрам - блестящий серый металл, больше всего напоминающий платину. Вольфрамовый порошок - серый, темно-серый и даже черный (чем мельче зернение, тем темнее).
Химическая активность
Природный вольфрам состоит из пяти стабильных изотопов с массовыми числами от 180 до 186. Кроме того, в атомных реакторах в результате различных ядерных реакций образуются еще 8 радиоактивных изотопов вольфрама с массовыми числами от 176 до 188; все они сравнительно недолговечны: их периоды полураспада - от нескольких часов до нескольких месяцев.
Семьдесят четыре электрона атома вольфрама расположены вокруг ядра таким образом, что шесть из них находятся на внешних орбитах и могут быть отделены сравнительно легко. Поэтому максимальная валентность вольфрама равна шести. Однако строение этих внешних орбит особое - они состоят как бы из двух «ярусов»: четыре электрона принадлежат предпоследнему уровню -d, который оказывается, таким образом, заполненным меньше чем наполовину. (Известно, что число электронов в заполненном уровне d равно десяти.) Эти четыре электрона (очевидно, неспарепные) способны легко образовывать химическую связь. Что же касается двух «самых наружных» электронов, то их оторвать совсем легко.
Именно особенностями строения электронной оболочки объясняется высокая химическая активность вольфрама. В соединениях он бывает не только шестивалентным, но и пяти-, четырех-, трех-, двух- и нульвалентным. (Неизвестны лишь соединения одновалентного вольфрама).
Активность вольфрама проявляется в том, что он вступает в реакции с подавляющим болишинстом элементов, образуя множество простых и сложных соединений. Даже в сплавах вольфрам часто оказывается химически связанным. А с кислородом и другими окислителями он взаимодействует легче, чем большинство тяжелых металлов.
Реакция вольфрама с кислородом идет при нагревании, особенно легко - в присутствии паров воды. Если вольфрам нагревать на воздухе, то при 400-500° С на поверхности металла образуется устойчивый низший окисел W0 2 ; вся поверхность затягивается коричневой пленкой. При более высокой температуре сначала получается промежуточный окисел W 4 O 11 синего цвета, а затем лимонножелтая трехокись вольфрама W0 3 , которая возгоняется при 923° С.
Сухой фтор соединяется с тонкоизмельченным вольфрамом уже при небольшом нагревании. При этом образуется гексафторид WF6 - вещество, которое плавится при 2,5° С и кипит при 19,5° С. Аналогичное соединение - WCl 6 - получается при реакции с хлором, но лишь при 600° С. Сине-стального цвета кристаллы WCl 6 плавятся при 275° С и кипят при 347° С. С бромом и йодом вольфрам образует малоустойчивые соединения: пента- и дибромид, тетра- и дииоднд.
При высокой температуре вольфрам соединяется с серой, селеном и теллуром, с азотом и бором, с углеродом и кремнием. Некоторые из этих соединений отличаются большой твердостью и другими замечательными свойствами.
Очень интересен карбонил W(CO) 6 . Здесь вольфрам соединен с окисью углерода и, следовательно, обладает нулевой валентностью. Карбонил вольфрама неустойчив; его получают в специальных условиях. При 0° он выделяется из соответствующего раствора в виде бесцветных кристаллов, при 50° С возгоняется, а при 100° С полностью разлагается. Но именно это соединение позволяет получить тонкие и плотные покрытия из чистого вольфрама.
Не только сам вольфрам, но и многие его соединения весьма активны. В частности, окись вольфрама WO 3 способна к полимеризации. В результате образуются так называемые изополисоединения и гетерополисоединения: молекулы последних могут содержать более 50 атомов.
Сплавы
Почти со всеми металлами вольфрам образует сплавы, однако получить их не так-то просто. Дело в том, что общепринятые методы сплавления в данном случае, как правило, неприменимы. При температуре плавления вольфрама большинство других металлов уже превращается в газы пли весьма летучие жидкости. Поэтому сплавы, содержащие вольфрам, обычно получают методами порошковой металлургии.
Во избежание окисления все операции проводят в вакууме или в атмосфере аргона. Делается это так. Сначала смесь металлических порошков прессуют, затем спекают и подвергают дуговой плавке в электрических печах. Иногда прессуют и спекают один вольфрамовый порошок, а полученную таким путем пористую заготовку пропитывают жидким расплавом другого металла: получаются так называемые псевдосплавы. Этим методом пользуются, когда нужно получить сплав вольфрама с медью и серебром.
С хромом и молибденом, ниобием и танталом вольфрам дает обычные (гомогенные) сплавы при любых соотношениях. Уже небольшие добавки вольфрама повышают твердость этих металлов и их устойчивость к окислению.
Сплавы с железом, никелем и кобальтом более сложны. Здесь, в зависимости от соотношения компонентов, образуются либо твердые растворы, либо интерметаллические соединения (химические соединения металлов), а в присутствии углерода (который всегда имеется в стали) - смешанные карбиды вольфрама и железа, придающие металлу еще большую твердость.
Очень сложные соединения образуются при сплавлении вольфрама с алюминием, бериллием и титаном: в них на один атом вольфрама приходится от 2 до 12 атомов легкого металла. Эти сплавы отличаются жаропрочностью и устойчивостью к окислению при высокой температуре.
На практике чаще всего применяются сплавы вольфрама не с одним каким-либо металлом, а с несколькими. Таковы, в частности, кислотостойкие сплавы вольфрама с хромом и кобальтом или никелем (амалой); из них делают хирургические инструменты. Лучшие марки магнитной стали содержат вольфрам, железо и кобальт. А в специальных жаропрочных сплавах, кроме вольфрама, имеются хром, никель и алюминий.
Из всех сплавов вольфрама наибольшее значение приобрели вольфрамсодержащие стали. Они устойчивы к истиранию, не дают трещин, сохраняют твердость вплоть до температуры красного каления. Инструмент из них не только позволяет резко интенсифицировать процессы металлообработки (скорость обработки металлических изделий повышается в 10-15 раз), но и служит намного дольше, чем тот же инструмент из другой стали.
Вольфрамовые сплавы не только жаропрочны, но и жаростойки. Они не корродируют при высокой температуре под действием воздуха, влаги и различных химических реагентов. В частности, 10% вольфрама, введенного в никель, достаточно, чтобы повысить коррозионную устойчивость последнего в 12 раз! А карбиды вольфрама с добавкой карбидов тантала и титана, сцементированные кобальтом, устойчивы к действию многих кислот - азотной, серной и соляной - даже при кипячении. Им опасна только смесь плавиковой и азотной кислот.
ВОЛЬФРАМОВАЯ СТАЛЬ , железо-вольфрамовый сплав, содержащий некоторое количество С, Si и Мn; иногда в состав вольфрамовой стали входит и Сr. Признаком, по которому вольфрамовая сталь отличается от ферровольфрама, является способность ее обрабатываться в горячем состоянии. Максимальное содержание W в принятых на практике сортах вольфрамовой стали - 20%. Диаграмма равновесия системы железо-вольфрам была изучена японцами Хонда и Мураками и позднее американцем Сайксом (W. Р. Sykes). Согласно этим исследованиям, диаграмма равновесия Fe-W имеет вид, показанный на фиг. 1.
Как видно из этой диаграммы, температура плавления сплавов железо-вольфрам (линия АВС) в интервале химического состава от 0% W до 49% W остается почти постоянной и мало чем отличается от температуры плавления (линия АСЕ) чистого железа. При дальнейшем увеличении содержания W в стали температура плавления сплава резко возрастает. Сплавы железо-вольфрам, содержащие 33% W, при закалке обнаруживают под микроскопом только крупные полиэдры твердого раствора вольфрама в железе (рис. 1).
При медленном же охлаждении сплавов, содержащих ≤33% W, наблюдается вторая фаза (рис. 2). Эта вторая фаза отвечает составу Fe 3 W 2 ; содержание W в ней равно 68,7%. Кривая равновесия Fe-W, приведенная на фиг. 1, показывает, что если сплав с содержанием 20% W закалить при температуре в 1400°, т. е. выше линии BG - кривой, определяющей предел насыщения α-Fe вольфрамом (твердый раствор W в кубической решетке α-Fe), то микроструктура такого сплава будет (аналогично рис. 1) состоять лишь из одних полиэдрических зерен твердого раствора; если же такой сплав (20% W; 80% Fe) выдержать достаточно долго при 1300-1350° и затем закалить при этой температуре, т. е. ниже линии BG, то на фоне крупных полиэдров твердого раствора должны быть видны частички выделившегося из раствора химических соединения Fe 3 W 2 . Сплав с 10% W, в случае закалки при температуре выше 950°, имеет полиэдрическую структуру твердого раствора вольфрама в железе; при закалке того же сплава при температуре 900° и ниже на фоне полиэдров твердого раствора д. б. видны частички выделившегося из раствора Fe 3 W 2 . Если сплав, содержащий 15% W, закалить при 1300° или сплав с содержанием 20% W закалить при температуре свыше 1400°, то структура таких сплавов будет состоять из одних крупных полиэдров; если же нагреть эти закаленные сплавы до температуры 700-800°, т. е. ниже линии BG, и при этих температурах выдержать закаленные сплавы достаточно долгое время, то из пересыщенного твердого раствора выделятся частицы Fe 3 W 2 в виде небольших включений на фоне полиэдров; твердость сплавов при этом заметно возрастет. На помещаемых ниже кривых изменения твердости видно, как значительно увеличивается твердость вольфрамовых сплавов при последующем нагреве их после закалки при 1500°.
Явление старения (aging) вольфрамовых сплавов аналогично старению дюралюминия с той только разницей, что в дюралюминии повышение твердости наблюдается при вылеживании закаленного образца при температуре от 15 до 100°, повышение же твердости вольфрамовых сплавов требует выдержки их при более высокой температуре.
Табл. 1., показывающая изменения твердости железо-вольфрамовых сплавов, закаленных в воде при 1500° и выдержанных затем в течение длительного времени при 700° и 800°, отчетливо подтверждает это явление.
Изменение твердости сплавов находится в полном соответствии с микроструктурой. Микроструктура сплава (20% W и 80% Fe) после закалки в воде при 1500° представляет однородный твердый раствор - единую фазу без каких-либо следов второй фазы - химического соединения Fe 3 W 2 .
Микроструктура такого сплава состоит из светлых полиэдров твердого раствора W в железе. При выдержке такого сплава в течение двух часов при 700° (рис. 3), из сплава начинают выделяться частички Fe 3 W 2 в чрезвычайно дисперсном состоянии; дисперсность столь велика, что даже при увеличении в 1000 раз эти частички почти незаметны для глаза. Как и для дюралюминия, такой структуре отвечает максимальная твердость.
При дальнейшей выдержке при той же температуре до 20 час. (рис. 4) размер выделившихся частичек Fe 3 W 2 возрастает, в соответствии с чем твердость сплава несколько падает (с 330 до 312). При более высокой температуре процесс выделения частичек Fe 3 W 2 из раствора идет с большей быстротой; выделившиеся частицы Fe 3 W 2 имеют больший размер, в соответствии с чем твердость сплава понижается. Так, на микроструктуре сплава с 20% W, закаленного при 1500°, после выдержки при 800° в течение 20 час. (рис. 5), ясно видны отдельные частицы Fe 3 W 2 . В соответствии с этим сплав имеет твердость всего лишь 260.
При длительной выдержке после закалки при более высокой температуре (фиг. 1) твердость сплава д. б. ниже по двум причинам: 1) размер выделившихся частичек Fe 3 W 2 возрастает, 2) абсолютное количество выделяющихся из раствора частиц Fe 3 W 2 при более высоких температурах будет меньше, так как при более высоких температурах в твердом растворе удержится большее количество вольфрама (см. линию BG, фиг. 1). Рис. 6 представляет микроструктуру того же сплава, выдержанного после закалки в течение 1 ч. при 1000°, и ясно иллюстрирует вышеприведенные соображения.
Естественно, что такой сплав, где и количество выделившихся частиц Fe 3 W 2 заметно меньше и размер отдельных частиц достаточно велик, должен обладать незначительной твердостью. Найденное при испытании этого сплава число твердости 180 хорошо согласуется с приведенной здесь микроструктурой.
На фиг. 2 представлено изменение твердости при нагреве сплавов с 15, 20 и 25% W в течение 1 ч. при разных температурах.
На фиг. 3 приведена диаграмма изменения твердости вольфрамовых сплавов при отпуске при 700° в течение разного времени.
Эти диаграммы, резко иллюстрирующие явление вторичной твердости, находятся в полном соответствии с основной диаграммой равновесия системы железо-вольфрам, разъясняющей природу этого явления. В присутствии углерода W вступает с ним в соединение WC. При нормальных условиях карбид вольфрама с цементитом образует двойной карбид, диссоциирующий при температуре выше A С1 (индексы: A C1 , A r1 , А r2 , А r3 , A r4 - см. Железо) на простые карбиды, которые вновь соединяются в двойные карбиды при нагреве, не слишком высоком. При высоких температурах карбид вольфрама, реагируя с железом, может дать Fe 3 W 2 и цементит. Это образование и растворение Fe 3 W 2 в аустените вызывает при охлаждении понижение критических точек вольфрамовой стали, на которое впервые обратил внимание Свинден (Th. Swinden). Он наблюдал, что для вольфрамовой стали, с разным содержанием углерода существует такая определенная температура Т k , что предварительный нагрев до температур ниже T k не отражается на положении критической точки А r1 , тогда как нагрев вольфрамовой стали выше этой температуры вызывает заметное понижение точки А r1 , причем оно будет тем значительнее, чем больше содержание W в стали. Эта определенная температура Т k называется понижающей температурой. На приводимой диаграмме (фиг. 4) представлена кривая понижающей температуры (LT), полученная Свинденом для стали, содержащей 3% W.
Марс (Mars) дает следующее объяснение явлению, изученному Свинденом. Он предполагает, что понижающая температура есть температура кристаллизации аустенита, при которой исчезают последние зародыши отдельных фаз, растворяющихся в аустените. Перекристаллизация аустенита, содержащего посторонние примеси, происходит значительно медленнее, и потому при охлаждении вольфрамовой стали, нагретой выше понижающей температуры, критическая точка A r 1 понижается. Чем больше будет содержание W в стали, тем выше надо будет нагреть сталь, чтобы перевести весь W в растворенное состояние, т. е. тем выше будет понижающая температура и тем значительнее понизится критическая точка А r1 .
Микроструктуру вольфрамовой стали изучали японцы Хонда и Мураками, а также Гилле (Guillet). Согласно этим исследованиям, вольфрамовую сталь можно разбить по структуре на две группы (фиг. 5): сталь перлитную и сталь с двойными карбидами.
К первой группе будет относиться сталь с невысоким содержанием W и С; при повышении содержания того или другого того вольфрамовая сталь принимает структуру второго типа. Излом вольфрамовой стали заметно мельче, чем излом углеродистой стали. Структура вольфрамовой стали становится тем мельче, чем больше содержание W и С в стали.
Значительный удельный вec W (19,3) должен отразиться на удельном весе вольфрамовой стали, как это видно из табл. 2.
Теплопроводность вольфрамовой стали крайне незначительна; поэтому нагревать ее перед ковкой следует осторожно: быстрый нагрев вольфрамовой стали может вызвать образование трещин. Теоретически температура ковки вольфрамовой стали не должна отличаться от температуры ковки углеродистой стали, однако, благодаря значительной твердости вольфрамовой стали в горячем состоянии, практически ковку вольфрамовой стали производят при температуре, которая значительно выше температуры ковки углеродистой стали.
Производство вольфрамовой стали . Вольфрамовая сталь производится главным обр. в электрических печах или в тиглях - в аппаратах, обеспечивающих, с одной стороны, придание стали лучших физических свойств, а с другой - меньший процент угара вольфрама при плавке. На некоторых заводах плавят вольфрамовую сталь и в кислых мартеновских печах небольшого тоннажа. Ферро-вольфрам представляет собой сплав, сравнительно мало угорающий; небольшой процент угара при плавке вольфрамовой стали обусловливается: а) незначительной склонностью вольфрама к окислению; б) большим удельным весом Fe-W, благодаря чему вольфрам не задерживается в шлаке. Техника приготовления вольфрамовой стали не представляет тех затруднений, с какими связано приготовление хромистых сталей. Fe-W вводят в печь небольшими порциями каждый раз после расплавления предыдущей порции: при поспешной даче Fe-W легко наварить на поде печи «козел» вольфрама, расплавление которого значительно затягивает продолжительность плавки. Чтобы по возможности излишне не удлинять плавку при приготовлении стали с высоким содержанием вольфрама, начинают присадку Fe-W (с 80% W) в не вполне раскисленную ванну, ведя параллельно с присадкой его и раскисление стали; незначительное увеличение угара вольфрама при таком методе плавки компенсируется экономией, связанной с сокращением продолжительности плавки. Если количество вводимого в печь Fe-W невелико, то в целях понижения процента угара вольфрама желательно вводить Fe-W после раскисления стали. С целью еще большего сокращения продолжительности плавки некоторые заводы пытались вводить Fe-W с самого начала плавки непосредственно в шихту. Такой метод работы применим лишь в случае загрузки в печь очень чистых шихтовых материалов с незначительным содержанием фосфора . Как правило, вводить Fe-W в печь вместе с шихтой не следует: уменьшение стоимости выплавки не компенсирует понижения качества ответственных вольфрамовых сталей. Вольфрам удобнее вводить в стали в виде ферро-вольфрама (в кусках): температура плавления его ниже температуры плавления металлического вольфрама, имеющего вид порошка; в случае употребления последнего W вводится следующим способом (применявшимся автором на заводе «Электросталь»): металлический порошок вольфрама отвешивают в бракованные железные котелки и в упакованном виде бросают в печь; благодаря большому удельному весу вольфрама котелок успевает потонуть в стали раньше, чем железо котелка расплавится, и вольфрамовый порошок благодаря этому не теряется в шлаке.
Применение вольфрамовой стали .
I. Сталь с содержанием W от 1 до 2,5% применяется: а) в качестве специальной инструментальной стали для резцов и других инструментов, в которых важно сохранить режущую способность острия, б) для клапанов газомоторов, в) для волочильных досок. Сталь этого типа, содержащую около 1% С и от 1,25 до 2% W, рекомендуется подвергать следующей термической обработке: 1) медленный нагрев до 800°, 2) закалка в воде, 3) отпуск при 200-260°.
II. Сталь с содержанием 1,1-1,3% С и 3-6% W применяется в качестве инструмента для окончательной отделки твердых изделий, например, для нарезки резьбы в ружейных стволах. Для сообщения этой стали лучших режущих свойств иногда к ней прибавляют небольшое количество хрома. Булленс (D. Bullens) рекомендует для отделки твердых изделий сталь следующего состава (табл. 3):
Эти стали перед закалкой д. б. нагреты до 930°; нагрев д. б. постепенный, а затем при указанной температуре сталь должна быть выдержана, чтобы мог закончиться процесс растворения карбидов вольфрама; температура, рекомендуемая для закалки специальной стали, колеблется в пределах 840-900°. Если обработку вести в две стадии (растворение карбидов и закалка в собственном смысле слова), то для первой стадии нагрев может быть доведен до 930°, а для второй - до 840-875°.
III. Вольфрам увеличивает не только временное сопротивление, но и сопротивление выгоранию стали от действия пороховых газов; поэтому вольфрамовые стали находят применение как для ружейных стволов (0,5-0,55% С; 1,6-1,9% W), так и для труб гаубичных пушек (0,6-0,7% С; 1-3% W).
IV. Гадфильд отмечает, что сталь с низким содержанием вольфрама (0,75%) применяется для пружин (хотя для этого целесообразнее применять кремнистую сталь).
V. Большое распространение получила вольфрамовая сталь для изготовления постоянных магнитов. Нормальный состав магнитной стали: 0,6-0,75% С; 5-6% W. Марс, изучавший влияние W на магнитные свойства стали, получил следующий результат (табл. 4):
Булленс рекомендует вольфрамовую сталь с 0,7% Сu 5-6% W закаливать без отпуска в воде при 845-860°. Иногда к магнитной вольфрамовой стали прибавляют некоторое количество хрома; такую сталь приходится закаливать не в воде, а в масле. В настоящее время наряду с магнитной вольфрамовой стали применяют хромовую сталь для постоянных магнитов; лучшей же магнитной сталью является кобальтовая сталь.
VI. Высокоуглеродистая вольфрамовая сталь применяется для изготовления волочильных досок. Для волочения мягкой проволоки применяют доски с содержанием С 1,9-2,2% и W в пределах 1,5-3%. Термическая обработка досок сводится к закалке очков (дыр) в воде при 760-790°; отжигается эта сталь путем медленного охлаждения, начиная с 760-790°. Доски средней твердости для протяжки прутков диаметром более 3 мм обычно готовятся из хромовольфрамовой стали следующего состава: 1,9% С; 4% W; 2% Сr; 0,4% Мn. Для протяжки же проволоки очень тонкого сечения применяется хромовольфрамовая сталь с высоким содержанием W; обычный состав ее: 1,9% С; 11,5-12% W; 1,9% Сr; 1,9%-2,0% Мn. Такая сталь закаливается при 820° в масле с последующим отпуском при 160-220°. Обрабатывается она крайне трудно; для отжига ее охлаждают крайне медленно после выдержки при 580-600°.
VII. Значительное распространение получила вольфрамовая сталь для изготовления быстрорежущей стали .
VIII. Сталь для матриц - следующего состава: 0,6-0,65% С; 8,0-9,0% W.
Новая страница 1
О стали с содержанием карбида вольфрама
Все охотники, пользующиеся ножами из такой стали сходятся во мнении, что эти ножи может и не являются счастьем, но, в принципе, вполне могут его заменить – во всяком случае на охоте.
Мне часто задают вопросы об этой загадочной стали. Многих, в частности, интересует марка стали их клинка. Когда я отвечаю, что марка стали не разглашается производителем, то часто вижу скептический взгляд и недоверие. Не извольте сомневаться, производитель не зря шифруется – ибо марка являет собой состав стали. Производитель этой стали, как и любой повар, фокусник, ремесленник, держит свои маленькие секреты при себе, стремясь сделать свой продукт эксклюзивным. Есть мнение и я его разделяю, что это порошковая или сталь семейства быстрорезов. Абсолютно точно я знаю главное – что заготовка из этой стали прошла термичку в особых, заводских условиях и это главный фактор, влияющий на свойства клинка. Сталь запредельно твердая, аж до 68 HRC. "Да она же крошиться будет!" –скажете вы. Будет, если завинчивать ножом винт в мороз или работать им на излом, используя как рычаг. Однако такая твердость однозначно делает клинок износостойким и позволяет долго не править его при работе, что сильно повышает его полезность на охоте и рыбалке. Вы это точно оцените когда без подточки разделаете им тушу добытого лося от губы до… понимаете до чего. Кстати, жизнь показала, что жало не крошится, а вот клинок практически не поддается коррозии. "Так его же не заточить будет при такой твердости!" – снова усомнитесь Вы. Согласен, напильник его не берет, скользит как палец по стеклу, но обычный дедовский брусок, или наждачка 10, 6, 8 Белгородская по дереву легко правит сталь.
И ещё, профессионально заточить свой нож Вы всегда можете у меня бесплатно.
Да, информации об этой стали мало, но я располагаю большим количеством положительных отзывов от владельцев ножей из нее.
Инструкция по эксплуатации стали с содержанием карбида вольфрама в разделе
Н емного научной информации о самом вольфраме, карбиде вольфрама и его сплавах:
Вольфрам – это химический элемент 4-й группы, имеющий атомный номер 74 в периодической системе Дмитрия Ивановича Менделеева, обозначается W (Wolframium). Металл был открыт и выделен двумя испанскими учеными-химиками братьями д’Элуяр в 1783 году.
Раньше вольфрамом
называли не сам металл, а его главный минерал, т.е. вольфрамит. Некоторые
предполагают, что тогда данное слово использовалось почти как бранное. С начала
16 до второй половины 17 века вольфрам считался минералом олова. Хотя он
действительно довольно часто сопутствует оловянным рудам. Но вот из руд, в
состав которых входил вольфрамит, олова выплавлялось намного меньше. Как будто
кто-то или что-то «пожирало» полезное олово, переводило олово в пену шлаков.
Отсюда и пошло название нового элемента. По-немецки Вольф (Wolf) значит волк, а
Рам (Ramm) в переводе с древнего германского значит баран. Т.е. выражение
«съедает олово, как волк барашка», и стало названием металла. В настоящее время
в США, Франции, Великобритании и некоторых других странах для наименования
вольфрама используется название «tungsten» (от шведского tung sten, что
переводится как «тяжелый камень»).
Вольфрам – твердый переходный металл серого цвета. Основное применение вольфрама
– роль основы в тугоплавких материалах в металлургии.
Вольфрам является
крайне тугоплавким, в нормальных условиях металл химически стоек.
От всех других металлов вольфрам отличается необычной твердостью, тяжестью и
тугоплавкостью. С давних времен в народе бытует выражение «тяжелый как свинец»
или «тяжелее свинца», «свинцовые веки» и т.д. Но правильнее было бы использовать
слово «вольфрам» в данных аллегориях. Плотность данного металла почти вдвое
больше чем у свинца, если быть точным, то в 1,7 раза. При всем этом атомная
масса вольфрама ниже и имеет значение 184 против 207 у свинца.
Вольфрам – металл светло-серого цвета, показатели температуры плавления и кипения у данного металла самые высокие. Благодаря пластичности и тугоплавкости вольфрама есть возможность его использования в качестве нитей накаливания осветительных приборов, в кинескопах, а также в других вакуумных трубках.
Карбиды вольфрама
Очень важными с практической точки зрения являются соединения вольфрама с углеродом - карбиды вольфрама. Вольфрам образует два карбида - W2C и WC. Указанные карбиды различаются растворимостью в карбидах других тугоплавких металлов и химическим поведением в различных кислотах. Карбиды вольфрама, подобно карбидам других тугоплавких металлов, обладают металлической проводимостью и положительным коэффициентом электросопротивления. Тугоплавкость и высокая твердость карбидов обусловлены прочными межатомными связями в их кристаллах. Причем высокая твердость карбида WC сохраняется и при повышенных температурах.
Наиболее
распространенный способ получения карбидов вольфрама WC и W2C - прокаливание
смеси порошкообразного вольфрама с сажей в интервале температур 1000-1500 °С.
Карбиды вольфрама WC и W2C применяются в основном для изготовления твердых
сплавов.
Твердые сплавы
Можно выделить 2
группы твердых сплавов на основе карбида вольфрама:
литые твердые сплавы (часто называемые литыми карбидами вольфрама);
спеченные твердые сплавы.
Литые твердые сплавы получают методом литья. Для получения сплава обычно исходят из порошкообразного вольфрама, карбида с недостатком углерода (до 3% C) или смеси WC + W, в которой содержание углерода не превышает 3%. Мелкозернистая структура карбидов данного типа обеспечивает более высокую твердость и износоустойчивость сплава. Однако литые сплавы достаточно хрупкие. Это обстоятельство ограничивает их применение. Главным образом, литые твердые сплавы применяются при изготовлении буровых инструментов и волок для тонкого волочения проволоки.
Спеченные твердые сплавы сочетают в себе монокарбид вольфрама WC и цементирующий металл-связку, которым обычно служит кобальт, реже - никель. Такие сплавы могут быть получены только методом порошковой металлургии. Порошок карбида вольфрама и порошок кобальта или никеля смешивают, прессуют в изделия необходимой формы, а затем спекают при температурах близких к температуре плавления цементирующего металла. Помимо высокой твердости и износоустойчивости данные сплавы обладают хорошей прочностью. Спеченные твердые сплавы являются наиболее производительными современными инструментальными материалами для обработки металлов резанием. Также они используются для изготовления волок, штампов, бурового инструмента. Среди твердых сплавов, для производства котрых используется карбид вольфрама, стоит выделить сплавы группы ВК - вольфрамокобальтовые твердые сплавы. Широкое распространение в промышленности получили сплавы ВК8 и ВК6. Из них изготовляют резцы, сверла, фрезы, а также другой режущий и буровой инструмент.
Продукция из тяжелых вольфрамовых сплавов и вольфрамово-карбидная продукция:
Всего в мире производится примерно 30 тысяч тонн вольфрама в год. Вольфрамовая сталь и другие сплавы с содержанием вольфрама и его карбидов используется при изготовлении танковой брони, оболочек снарядов и торпед, наиболее важных деталей самолетов и двигателей внутреннего сгорания.
В составе самых лучших видов инструментальных сталей непременно присутствует вольфрам. Металлургия поглощает в целом около 95% всего производимого вольфрама. Что характерно для металлургии, используется не только чистый вольфрам, главным образом используется вольфрам более дешевый – ферровольфрам, т.е. сплав с содержанием вольфрама около 80% и железа около 20%. Его производят в электродуговых печах.
Вольфрамовые материалы также можно преобразовать в карбид фольфрама, который представляет собой химическое соединение, содержащее углерод и вольфрам, чем подобен титановому карбиду. Изначально он был разработан как режущий инструмент в механизмах, где и используется по сей день. Цементно-вольфрамовый карбид скорее не является ни керамической продукцией, ни металлической. Хотя это и керамометалл, но данный термин широко не применим. В большинстве случаев, вольфрамовый карбид называют просто карбидом. Сплавы из вольфрамового карбида получают посредством химической реакции между углеродом и вольфрамом при температуре между 1400-2000ºC. Несмотря на высокую жесткость 86~93 HRA (68~81HRC), отличную характеристику горячей обработки, превосходную износостойкость и высокую скорость резки; таким образом карбид вольфрама ширико примяется в режущих лезвиях, сверлах, долотах, соплах и т. д. По сравнению со сплавом из карбида вольфрама, тяжелый вольфрамовый сплав имеет специфические свойства, такие как хорошее вытягивание, малая пропускная способность с высокой плотностью, хорошая коррозионностойкость, поразительная ударопрочность высокая способность поглощения радиации, минимальная сопротитивляемость поглощению металла, высокая противоударная сопротивляемость и трещиностойкость, тем самым вольфрам, как сплав, широко применяется в изделиях радиационного экранирования, коленвалах, балансирах и т. д.
Источники:
Некоторые молодые ювелиры-дизайнеры, находящиеся в поиске ярких, удобных и более доступных альтернатив золоту, серебру и платине, сосредоточили свое внимание на нетрадиционных металлах: титане, нержавеющей стали и вольфраме. Этим металлам есть что предложить. Все три являются очень удобными, износостойкими и не требующими специального ухода металлами.
Ювелирами-дизайнерами создаются изделия, полностью сделанные из этих металлов, а также в сочетании с 14- или 18-каратным желтым золотом, и . Некоторые мастера украшают свои изделия бриллиантами и драгоценными камнями, тогда как другие используют свой талант на таких нетрадиционных для ювелирных изделий материалах, как резина, кожа и древесина. Эти новые металлы также часто становятся популярным материалом для свадебных колец.
Титан
Получивший наибольшую известность благодаря своему использованию при освоении космического пространства и велосипедным рамам, титан является доступным и набирающим популярность новичком ювелирной сцены. Он имеет привлекательный бело-металлический внешний вид, а в сплаве с золотом дает соломенный цвет.Также может входить в состав сплавов с другими металлами для получения других цветов, таких как черный, или для подчеркивания неповторимого радужного перелива цветов. Это легкий, не подверженный разру-шительному влиянию морской воды или солнца гипоаллергенный материал. Кроме того, на нем не появляются зазубрины и пятна.
Вольфрам
Вольфрам относится к необычайно твердым, плотным металлам. По весу он сопоставим с 18-каратным золотом, что делает его особенно привлекательным для ищущих массивные кольца мужчин. В соединении с углеродом и другими элементами для получения карбида вольфрама он становится очень долговечным, устойчивым к царапинам материалом.
Карбид вольфрама - самое твердое металлическое соединение в мире - примерно в 10 раз тверже и в четыре раза тверже титана - а после полировки приобретает яркую поверхность, которая держится очень длительное время. Вот почему работа с ним требует специального оборудования и использования алмазных инструментов. Это существенно увеличивает его стоимость, а также ограничивает доступность его использования в определенных видах украшений. В настоящее время из вольфрама изготавливаются только кольца, а их цена существенно превышает аналогичные изделия из титана или нержавеющей стали.
Притягательность вольфрама для потребителей объясняется не стоимостью, а его качествами и долговечностью. Его темно-серый цвет интересен сам по себе, а также позволяет добиться эффектного контраста при использовании с золотой или платиновой инкрустацией. Сам по себе либо в сочетании с другими металлами и бриллиантами, применяемый для изготовления колец, вольфрам создает особый образ, который своей яркостью будет привлекать не одно будущее поколение.
