A „tűzálló fém” kifejezés olyan fém elemek csoportjának leírására szolgál, amelyek kivételesen magas olvadáspontúak és ellenállnak a kopásnak, korrózió, és a deformáció.
A tűzálló fém kifejezés ipari felhasználása leggyakrabban öt általánosan használt elemre utal:
- Molibdén (Mo)
- Niobium (Nb)
- Rénium (Re)
- Tantál (ta)
- Volfrám (W)
A tágabb meghatározások azonban a kevésbé gyakran használt fémeket is magukban foglalják:
- Króm (Cr)
- Hafnium (Hf)
- Iridium (Ir)
- Osmium (Os)
- Ródium (Rh)
- Ruténium (Ru)
- Titán (Ti)
- Vanádium (V)
- Cirkónium (Zr)
A jellegzetességek
A tűzálló fémek azonosító jellemzője a hőállóságuk. Az öt ipari tűzálló fém olvadáspontja meghaladja a 3632 ° F (2000 ° C) hőmérsékletet.
A tűzálló fémek erőssége magas hőmérsékleten, keménységükkel kombinálva, ideálisak szerszámok vágásához és fúrásához.
A tűzálló fémek nagyon ellenállnak a hősokknak is, vagyis az ismételt melegítés és hűtés nem okoz könnyen terjeszkedést, stresszt és repedést.
A fémek mindegyike nagy sűrűségű (nehéz), valamint jó elektromos és hővezető tulajdonságokkal rendelkezik.
Egy másik fontos tulajdonság a kúszással szembeni ellenálló képességük, a fémek hajlama a stressz hatására lassan deformálódni.
A tűzálló fémek védőrétegképző képességüknek köszönhetően ellenállnak a korróziónak is, bár magas hőmérsékleten könnyen oxidálódnak.
Tűzálló fémek és por kohászat
Magas olvadáspontjuk és keménységük miatt a tűzálló fémeket leggyakrabban por alakban dolgozzák fel, és soha nem öntéssel állítják elő.
A fémporokat meghatározott méretre és formára gyártják, majd összekeverik a tulajdonságok megfelelő keverékének létrehozása érdekében, mielőtt tömörítik és szinterelik.
A szinterelés magában foglalja a fémpor (öntőformán belüli) hosszú ideig történő melegítését. Hő hatására a porrészecskék szilárd darabot alkotnak.
A szinterezés a fémeket olvadáspontjuknál alacsonyabb hőmérsékleten képes megkötni, ami jelentős előnyt jelent a tűzálló fémekkel történő munkavégzés során.
Keményfém porok
Sok tűzálló fém egyik legkorábbi felhasználása a 20. század elején merült fel a cementált karbidok kifejlesztésével.
Widia, az első kereskedelemben kapható volfrám-karbidot az Osram Company (Németország) fejlesztette ki, és 1926-ban forgalomba hozták. Ez további tesztekhez vezetett hasonlóan kemény és kopásálló fémekkel, ami végül modern szinterelt karbidok kifejlesztéséhez vezetett.
A karbidanyagok termékei gyakran részesülnek különböző porok keverékéből. Ez a keverési folyamat lehetővé teszi a különböző fémek előnyös tulajdonságainak bevezetését, ezáltal jobb anyagokat eredményezve, mint amit az egyes fémek létrehozhatnak. Például az eredeti Widia por 5-15% kobaltot tartalmazott.
Megjegyzés: A tűzálló fém tulajdonságokkal kapcsolatban lásd az oldal alján található táblázatot.
Alkalmazások
Tűzálló fémalapú ötvözeteket és karbidokat gyakorlatilag az összes főbb iparágban alkalmaznak, beleértve elektronika, repülőgépipar, autóipar, vegyi anyagok, bányászat, nukleáris technológia, fémfeldolgozás és protézisek.
A tűzálló fémek következő végfelhasználási listáját a Tűzálló fémek szövetség állította össze:
Volfrám fém
- Izzó, fluoreszkáló és autóipari lámpa szálak
- Röntgencsövek anódjai és célpontjai
- Félvezető támaszok
- Elektródák inert gáz ívhegesztéshez
- Nagy kapacitású katódok
- A xenon elektródái lámpák
- Gépjárműgyújtó rendszerek
- Rakétafúvókák
- Elektronikus csövkibocsátók
- Uránfeldolgozó tégelyek
- Fűtőelemek és sugárvédő pajzsok
- Ötvözõ elemek acélokban és szuperötvözetekben
- Megerősítés fém-mátrix kompozitokban
- Katalizátorok kémiai és petrolkémiai folyamatokban
- Kenőanyagok
Molibdén
- Ötvözéses adalékok vasakban, acélokban, rozsdamentes acélokban, szerszámacélokban és nikkelalapú szuperötvözetekben
- Nagy pontosságú köszörűkorong orsók
- Fémesítő spray
- Die-casting meghal
- Rakéta- és rakétamotor alkatrészei
- Elektródák és keverőrudak üveggyártásban
- Elektromos kemencefűtő elemek, csónakok, hővédő pajzsok és hangtompító bélés
- Cinkfinomító szivattyúk, mosók, szelepek, keverők és hőelemek
- Atomerreaktor vezérlő rúd gyártása
- Kapcsoló elektródák
- Tranzisztorok és egyenirányítók támogatása és háttámlája
- Szálak és tartóhuzalok az autó fényszóróihoz
- Vákuumcsöves getterek
- Rakétaszoknyák, kúpok és hővédő pajzsok
- Rakéta alkatrészek
- Szupravezetők
- Kémiai folyamatberendezések
- Hőpajzsok magas hőmérsékletű vákuumkemencékben
- Adalékanyagok ötvözése vasötvözetekben és szupravezetőkben
Cementes volfrám-karbid
- Cementes volfrám-karbid
- Vágószerszámok fémmegmunkáláshoz
- Nukleáris mérnöki berendezések
- Bányászati és olajfúró szerszámok
- A formálás meghal
- Fémalakító hengerek
- Menetvezetők
Volfrám Heavy Metal
- Perselyek
- Szelepülések
- Pengék kemény és koptató anyagok vágásához
- Golyóstollak
- Kőműves fűrészek és fúrók
- Heavy metal
- Sugárzási pajzsok
- Repülőgép ellensúlyok
- Öntekercselő ellensúlyok
- Légi kamerák kiegyensúlyozó mechanizmusai
- Helikopter rotorlapát mérleg súlyok
- Arany klub súly betétek
- Dart testek
- Fegyverkezési biztosítékok
- Rezgéscsillapítás
- Katonai lőszer
- Puskás pelletek
Tantál
- Elektrolit kondenzátorok
- Hőcserélők
- Szuronyos melegítők
- Hőmérő kutak
- Vákuumcsöves szálak
- Kémiai folyamatberendezések
- Magas hőmérsékletű kemencék alkatrészei
- Tégelyek olvadt fém és ötvözetek kezelésére
- Vágó eszközök
- Repülőgép-motor alkatrészek
- Sebészeti implantátumok
- Ötvözet-adalék szuperötvözetekben
A tűzálló fémek fizikai tulajdonságai
| típus | Mértékegység | Mo | Ta | Nb | W | Rh | Zr |
| Tipikus kereskedelmi tisztaság | 99.95% | 99.9% | 99.9% | 99.95% | 99.0% | 99.0% | |
| Sűrűség | 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 | |
| Olvadáspont | Celcius | 2623 | 3017 | 2477 | 3422 | 3180 | 1852 |
| ° F | 4753.4 | 5463 | 5463 | 6191.6 | 5756 | 3370 | |
| Forráspont | Celcius | 4612 | 5425 | 4744 | 5644 | 5627 | 4377 |
| ° F | 8355 | 9797 | 8571 | 10,211 | 10,160.6 | 7911 | |
| Tipikus keménység | DPH (vickerek) | 230 | 200 | 130 | 310 | -- | 150 |
| Hővezető képesség (@ 20 ° C) | cal / cm2/cm°C/sec | -- | 0.13 | 0.126 | 0.397 | 0.17 | -- |
| Hőtágulási együttható | ° C x 10 -6 | 4.9 | 6.5 | 7.1 | 4.3 | 6.6 | -- |
| Elektromos ellenállás | Mikro-oh-cm | 5.7 | 13.5 | 14.1 | 5.5 | 19.1 | 40 |
| Elektromos vezetőképesség | % IACS | 34 | 13.9 | 13.2 | 31 | 9.3 | -- |
| Szakítószilárdság (KSI) | Környező | 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 | -- | |
| Minimális megnyúlás (1 hüvelykes nyomtáv) | Környező | 45 | 27 | 15 | 59 | 67 | -- |
| Rugalmassági modulusz | 500 ° C | 41 | 25 | 13 | 55 | 55 | |
| 1000 ° C | 39 | 22 | 11.5 | 50 | -- | -- |
Forrás: http://www.edfagan.com