Вольфрам: технические характеристики и применение в промышленности
Вольфрам (W) тугоплавкий металл с температурой плавления 3422 C, что является наивысшим показателем среди всех чистых металлов. Плотность составляет 19,25 г/см, твёрдость по Бринеллю от 2570 до 3500 МПа. Материал характеризуется низким коэффициентом термического расширения (4,510 K) и высоким модулем упругости (от 350 до 450 ГПа). Вольфрам устойчив к коррозии в большинстве кислот, за исключением смеси плавиковой и азотной кислот. Поставляется в виде прутков, листов, проволоки, ленты и порошка различных марок.
Марки и сортамент
Вольфрам классифицируется по чистоте и легирующим добавкам. Основные марки:
- ВА с добавками алюминия и кремния (до 0,5 %), повышенная жаропрочность;
- ВМ с молибденом (до 1,5 %), улучшенная пластичность при высоких температурах;
- ВР с рением (до 5 %), высокая термостойкость и сопротивление ползучести;
- ВЧ чистый вольфрам (99,95 %), для электронных компонентов;
- ВТ с торием (до 2 %), для сварочных электродов.
Сортамент включает прутки диаметром от 1 до 100 мм, листы толщиной от 0,1 до 10 мм, проволоку диаметром от 0,01 до 3 мм, ленту толщиной от 0,05 до 2 мм и порошок с размером частиц от 0,5 до 50 мкм.
Физико-механические свойства
| Параметр | Значение | Единица измерения | Условия | Марка |
|---|---|---|---|---|
| Температура плавления | 3422 | C | атмосферное давление | все |
| Плотность | 19,25 | г/см | 20 C | все |
| Твёрдость по Бринеллю | от 2570 до 3500 | МПа | отожжённое состояние | ВЧ |
| Модуль упругости | от 350 до 450 | ГПа | 20 C | все |
| Теплопроводность | от 173 до 180 | Вт/(мК) | 20 C | все |
| Удельное электросопротивление | от 5,5 до 5,6 | мкОмсм | 20 C | ВЧ |
Применение в промышленности
Вольфрам используется в отраслях, где требуется высокая термостойкость и износостойкость:
- Электротехника и электроника нити накаливания ламп, катоды рентгеновских трубок, контакты высоковольтных выключателей, подложки для полупроводниковых приборов;
- Металлообработка режущие пластины из твёрдых сплавов (WC-Co), штампы и пресс-формы для горячей штамповки;
- Авиакосмическая промышленность сопла ракетных двигателей, теплозащитные экраны, детали газовых турбин;
- Сварочное производство неплавящиеся электроды для аргонодуговой сварки (марки ВТ, ВР);
- Химическая промышленность тигли для плавки тугоплавких материалов, лодочки для испарителей, детали печей сопротивления;
- Медицинская техника коллиматоры для лучевой терапии, защитные экраны от рентгеновского излучения.
Особенности обработки и эксплуатации
Вольфрам склонен к хрупкости при температурах ниже 200 C, что требует предварительного нагрева заготовок до от 300 до 500 C при механической обработке. Рекомендуемые режимы резания: скорость резания от 10 до 30 м/мин, подача от 0,05 до 0,15 мм/об. Сварка вольфрама выполняется в среде аргона или гелия с использованием присадочной проволоки той же марки. При температурах выше 600 C на воздухе образуется оксид WO, поэтому эксплуатация в окислительной среде ограничена. Для защиты от окисления применяют вакуумные печи или инертные газы.
Вопросы и ответы
Какие марки вольфрама подходят для изготовления электродов?
Для неплавящихся электродов аргонодуговой сварки применяют марки ВТ (с торием) и ВР (с рением). Они обеспечивают стабильное горение дуги и длительный срок службы.
Какой вольфрам используется в рентгеновских трубках?
В анодах рентгеновских трубок применяют чистый вольфрам марки ВЧ (99,95 %) из-за высокой температуры плавления и эффективного рассеивания тепла.
Можно ли обрабатывать вольфрам на токарном станке?
Да, но требуется предварительный нагрев заготовки до от 300 до 500 C и использование твёрдосплавного инструмента с покрытием из TiN или AlO.
Чем отличается вольфрам от молибдена по свойствам?
Вольфрам имеет более высокую температуру плавления (3422 C против 2623 C) и плотность (19,25 г/см против 10,22 г/см), но уступает молибдену в пластичности при комнатной температуре.