Самый тугоплавкий металл: Вольфрам — самый тугоплавкий металл

Светло-серебристый блестящий металл, напоминающий платину. Очень плотный, тяжелый, твердый, но, при этом, хрупкий. Плавится при t около +3400 °C, это самый высокий показатель среди металлов. (Теоретически более тугоплавким может быть трансактиноид сиборгий, но это короткоживущий радиоактивный элемент №106, получаемый искусственно в результате ядерного синтеза. ) В нормальных условиях вольфрам плохо поддается механической обработке, зато при нагреве свыше +1600 °С его можно ковать, прокатывать, вытягивать в тонкую нить. Парамагнетик (может намагничиваться во внешнем магнитном поле), обладает высоким электрическим сопротивлением.

В химических реакциях может проявлять валентность от 2 до 6, но все устойчивые соединения образованы W (VI). При температуре в районе +20 °С не поддается коррозии в воде и на воздухе. Очень слабо реагирует с соляной, фтороводородной и неконцентрированной серной кислотами. А вот с перекисью водорода, азотной кислотой, смесью азотной и фтороводородной кислот, «царской водкой» взаимодействует легко. При высокой t и в присутствии окислителей вступает в реакции со щелочами. Образует оксиды, вольфраматы (соли вольфрамовых кислот), соединения с галогенами, серой, углеродом.

В метаболизме животных и человека не участвует.

Вольфрамовая пыль, как и пыль любого другого металла, оказывает раздражающее влияние на органы дыхания.

Это интересно

На Земле существует несколько типов архебактерий и бактерий, использующих в своих обменных процессах ферменты с вольфрамом. Ученые считают, что они ведут свое развитие с ранней архейской эры (около 4 млрд. лет назад), когда этот металл играл важную роль в создании и развитии жизни на планете.

Вольфрам — крайне востребованный в промышленности металл. Подробнее о его применении мы расскажем в следующей статье.

Тугоплавкие металлы — список и область применения

Еще с конца 19 века были известны тугоплавкие металлы. Тогда им не нашлось применения. Единственная отрасль, где их использовали, была электротехника и то в очень ограниченных количествах. Но все резко поменялось с развитием сверхзвуковой авиации и ракетной техники в 50-е года прошлого столетия. Производству потребовались новые материалы, способные выдерживать значительные нагрузки в условиях температур свыше 1000 ºC. 

Список и характеристики тугоплавких металлов

Тугоплавкость характеризуется повышенным значением температуры перехода из твердого состояния в жидкую фазу. Металлы, плавление которых осуществляется при 1875 ºC и выше, относят к группе тугоплавких металлов. По порядку возрастания температуры плавки сюда входят следующие их виды:

• Ванадий
• Хром
• Родий
• Гафний
• Рутений
• Вольфрам
• Иридий
• Тантал
• Молибден
• Осмий
• Рений
• Ниобий.

Современное производство по количеству месторождений и уровню добычи удовлетворяют только вольфрам, молибден, ванадий и хром. Рутений, иридий, родий и осмий встречаются в естественных условиях довольно редко. Их годовое производство не превышает 1,6 тонны.

Жаропрочные металлы обладают следующими основными недостатками:

• Повышенная хладноломкость. Особенно она выражена у вольфрама, молибдена и хрома. Температура перехода у металла от вязкого состояния к хрупкому чуть выше 100 ºC, что создает неудобства при их обработке давлением.
• Неустойчивость к окислению. Из-за этого при температуре свыше 1000 ºC тугоплавкие металлы применяются только с предварительным нанесением на их поверхность гальванических покрытий. Хром наиболее устойчив к процессам окисления, но как тугоплавкий металл он имеет самую низкую температуру плавления.

К наиболее перспективным тугоплавким металлам относят ниобий и молибден. Это связано с их распространённостью в природе, а, следовательно, и низкой стоимостью в сравнении с другими элементами данной группы.

Помимо этого, ниобий зарекомендовал себя как металл с относительно низкой плотностью, повышенной технологичностью и довольно высокой тугоплавкостью. Молибден ценен, в первую очередь, своей удельной прочностью и жаростойкостью.

Самый тугоплавкий металл встречаемый в природе — вольфрам. Его механические характеристики не падают при температуре окружающей среды свыше 1800 ºC. Но перечисленные выше недостатки плюс повышенная плотность ограничивают его область использования в производстве. Как чистый металл он применяется все реже и реже. Зато увеличивается ценность вольфрама как легирующего компонента.

Физико-механические свойства

Металлы с высокой температурой плавления (тугоплавкие) являются переходными элементами. Согласно таблице Менделеева выделяют 2 их разновидности:

• Подгруппа 5A – тантал, ванадий и ниобий.
• Подгруппа 6A – вольфрам, хром и молибден.

Наименьшей плотностью обладает ванадий – 6100 кг\м3, наибольшей вольфрам – 19300 кг\м3. Удельный вес остальных металлов находится в рамках этих значений. Эти металлы отличаются малым коэффициентом линейного расширения, пониженной упругостью и теплопроводностью.

Данные металлы плохо проводят электрический ток, но обладает таким качеством как сверхпроводимость. Температура сверхпроводящего режима составляет 0,05-9 К исходя из вида металла.

Абсолютно все тугоплавкие металлы отличаются повышенной пластичностью в комнатных условиях. Вольфрам и молибден помимо этого выделяются на фоне остальных металлов более высокой жаропрочностью.

Коррозионная стойкость

Жаропрочным металлам свойственна высокая стойкость к большинству видов агрессивных сред. Сопротивление коррозии элементов 5A подгрупп увеличивается от ванадия к танталу. Как пример, при 25 ºC ванадий растворяется в царской водке, между тем как ниобий полностью инертен по отношению к данной кислоте.

Тантал, ванадий и ниобий отличаются устойчивостью к воздействию расплавленных щелочных металлов. При условии отсутствия в их составе кислорода, которые значительно усиливает интенсивность протекания химической реакции.

Молибден, хром и вольфрам имеют большую сопротивляемость к коррозии. Так азотная кислота, которая активно растворяет ванадий, значительно менее воздействует на молибден. При температуре 20 ºC данная реакция вообще полностью останавливается.

Все тугоплавкие металлы охотно вступают в химическую связь с газами. Поглощение водорода из окружающей среды ниобием осуществляется при 250 ºC. Тантал при 500 ºC. Единственный способ остановить эти процессы – проведение вакуумного отжига при 1000 ºC. Стоит заметить, что вольфрам, хром и молибден куда менее склонны к взаимодействию с газами.

Как уже было сказано ранее, лишь хром отличается сопротивляемостью к окислению. Данное свойство обусловлено его способностью образовывать твердую пленку оксида хрома на своей поверхности. Растворение кислорода хромом происходит только при 700 С. У остальных тугоплавких металлов процессы окисления начинаются ориентировочно при 550 ºC.

Хладноломкость

Распространению использования жаропрочных металлов в производстве мешает обладание ими повышенной склонности к хладноломкости. Это означает, что при падении температуры ниже определенного уровня происходит резкое возрастание хрупкости металла. Для ванадия такой температурой служит отметка в -195 ºC, для ниобия -120 ºC, а вольфрама +330 ºC.

Наличие хладноломкости жаропрочными металлами обусловлено содержанием примесями в их составе. Молибден особой чистоты (99,995%) сохраняет повышенные пластические свойства вплоть до температуры жидкого азота. Но внедрение всего 0,1% кислорода сдвигает точку хладноломкости к -20 С.

Области применения

До середины 40-х годов тугоплавкие металлы использовались только как легирующие элементы для улучшения механических характеристик стальных цветных сплавов на основе меди и никеля в электропромышленности. Соединения молибдена и вольфрама применялись также в производстве твердых сплавов.

Техническая революция, связанная с активным развитием авиации, ядерной промышленности и ракетостроения, нашла новые способы использования тугоплавких металлов. Вот неполный перечень новых сфер применения:

• Производство тепловых экранов головного узла и каркасов ракет.
• Конструкционный материал для сверхзвуковых самолётов.
• Ниобий служит материалом сотовой панели космических кораблей. А в ракетостроении его используют в качестве теплообменников.
• Узлы термореактивного и ракетного двигателя: сопла, хвостовые юбки, лопатки турбин, заслонки форсунок.
• Ванадий является основой для изготовления тонкостенных трубок тепловыделяющих элементов термоядерного реактора в ядерной промышленности.
• Вольфрам применяется как нить накаливания электроламп.
• Молибден все шире и шире используется в производстве электродов, применяемых для плавки стекла. Помимо этого, молибден — металл, используемый для производства форм литья под давлением.
• Производство инструмента для горячей обработки деталей.

Рейтинг: 0/5 — 0 голосов

10 самых твердых металлов в мире

Все мы знаем, что металл прочен и долговечен, но насколько он прочен? В этом сообщении блога мы рассмотрим самые твердые металлы в мире. От титана до карбида вольфрама, мы рассмотрим, что делает эти металлы такими твердыми и почему они важны для промышленных, медицинских и военных применений.

Вольфрам

Вольфрам — замечательный универсальный элемент со многими уникальными свойствами. Это одно из самых прочных и износостойких известных веществ с очень высокой температурой плавления, что делает его идеальным для производства металлов, прочных в экстремальных условиях. Вольфрам также обладает отличной электро- и теплопроводностью, что делает его востребованным в различных электронных приложениях. Этот элемент непобедимости имеет довольно интересную историю; он был обнаружен в 1781 году, но получил название намного позже — его шведское происхождение от тунг (тяжелый) и стен (камень) объясняет, почему он такой плотный и прочный. Невероятный ресурс в нашем распоряжении, вольфрам, безусловно, заслуживает своего места в качестве основного минерала.

Хром

Хром — химический элемент, необходимый для окружающей среды, здоровья человека и современных технологий. Мы находим его естественным образом в почве, растениях и камнях; его концентрированное использование происходит в промышленных процессах, таких как производство стали и хромирование. Способность хрома противостоять коррозии и сохранять блеск делает его чрезвычайно ценным в таких продуктах, как покрытия для мебели, автомобилей и кухонной техники. Интересно, что хром также необходим для углеводного обмена, переваривания белков и нормального роста организма; этот микроэлемент следует ежедневно пополнять с помощью диеты, содержащей орехи, мясо, курицу, перец и другие продукты, богатые питательными веществами. Важность этого элемента очевидна, поэтому неудивительно, что во всем мире предпринимаются усилия по безопасному управлению его использованием во многих отраслях.

Титан

Титан — один из самых прочных и легких металлов на Земле. Он имеет прочность на разрыв около 63 000 фунтов на квадратный дюйм и плотность всего 4,51 грамма на кубический сантиметр. Он также невосприимчив к коррозии морской воды и большинства кислот, что делает его идеальным для таких применений, как судостроение и медицинские имплантаты. Титан также используется в авиационной технике из-за его отношения прочности к весу; в сочетании с алюминием он создает чрезвычайно прочный, но легкий материал, способный выдерживать высокие температуры.

Гадолиний

Гадолиний — редкоземельный металл, обладающий некоторыми замечательными свойствами. Он ферромагнитен, и когда его стержень помещают в переменное двухтактное магнитное поле, он будет сжиматься и расширяться — это явление называется магнитострикцией. Это свойство делает гадолиний полезным во многих приложениях в электронной промышленности, привлекательным для исследователей, изучающих высокотемпературные сверхпроводники, и сделало его одним из самых востребованных элементов в современном мире. Высокое поперечное сечение захвата тепловых нейтронов также делает гадолиний важным материалом для медицинских применений, включая МРТ. Этот металл действительно предоставляет революционные возможности для медицинского сообщества и всего спектра научных исследований.

Железо

Железо — один из самых распространенных элементов на Земле, и оно существует с незапамятных времен. Он служил нам разными способами, включая промышленное изготовление и производство, а также как средство для поддержания хорошего здоровья. Из-за своей прочности, долговечности и доступности железо веками использовалось для строительства зданий, инструментов, оружия и железных дорог, ускоряя прогресс человеческой цивилизации. По мере того, как технологии продолжают развиваться, с каждым днем ​​находят все более эффективное применение железа. Помимо того, что железо содержится в различных повседневных продуктах, от мебели до кухонной посуды и компонентов инфраструктуры, оно также необходимо для нашего организма. Железо помогает поддерживать мышечную функцию, а также переносит кислород через кровь, что способствует общему самочувствию. Железо, безусловно, является стихийным чудом, которому не видно конца.

Ванадий

Ванадий является одним из самых интересных элементов, и его разнообразные применения способствовали развитию технологий и промышленности. Его название происходит от скандинавской богини Ванадис, чья сила заключалась в способности обеспечивать постоянное обновление. Такая прочность характерна и для ванадия благодаря его превосходным коррозионно-стойким свойствам, которые делают его идеальным для поддержания конструкций даже в очень кислых или щелочных условиях. Этот элемент является ключевым компонентом сплавов, используемых для изготовления деталей двигателей, ядерных реакторов и легированных сталей, которые образуют одни из самых больших конструкций, когда-либо созданных, например, мосты! Медицинский мир тоже выиграл от ванадия; Было показано, что этот элемент уменьшает рост опухоли при одновременном повышении функции иммунитета против определенных заболеваний. Ванадий действительно предлагает замечательные преимущества!

Лютеций

Лютеций, или Лу, как он известен в периодической таблице, представляет собой редкий мягкий серебристый металл, который выглядит эффектно на воздухе. Он обладает многими из тех же характеристик, что и другие металлы из ряда лантанидов, такими как ковкость и пластичность, а также блестящий блеск. Что действительно выделяет лютеций, так это его чрезвычайно высокая температура плавления — 1663 градуса по Цельсию; выше, чем у любого другого металла в ряду лантанидов. Этот высокотемпературный порог сделал лютеций идеальным для целого ряда применений в различных отраслях промышленности. От печей в литейных цехах до компонентов управляющих стержней ядерных реакторов — неудивительно, что лютеций является одним из самых востребованных элементов на Земле.

Цирконий

Цирконий является чрезвычайно универсальным элементом и обычно используется для различных продуктов. Его коррозионно-стойкие свойства делают его очень востребованным для таких видов деятельности, как производство водорода и газификация угля, а его пригодность для использования в суровых условиях делает его пригодным для ядерных топливных стержней и деталей ракетных двигателей. Благодаря своему превосходному соотношению прочности к весу цирконий также используется в широком спектре потребительских товаров, включая часы, оправы для очков, хирургические инструменты, музыкальные инструменты и даже кузова автомобилей. Элемент также обладает отличными теплообменными свойствами благодаря низкой теплопроводности; он даже используется в качестве изоляционного покрытия на огнетушителях! Все это означает, что цирконий действительно бесценный элемент, который, безусловно, имеет больше применений, чем может себе представить средний человек.

Осмий

Осмий — чрезвычайно редкий металл, расчетная концентрация которого в земной коре составляет всего 0,001 части на миллион (млн). Это делает его одним из самых труднодоступных металлов; однако его чрезвычайная твердость стоит затраченных усилий. Имея показатель твердости 8 по шкале Мооса, осмий удерживает несколько рекордов, в том числе является самым плотным природным элементом, известным человеку, с плотностью 22,59 г/см3. Осмий также обладает отличной коррозионной стойкостью, что делает его пригодным для использования в электрических контактах, где требуется устойчивость к истиранию или окислению.

Тантал

Тантал — редкий твердый металл серо-голубого цвета с уникальными электрическими и химическими свойствами, которые сделали его важным промышленным товаром. Он имеет самую высокую температуру плавления среди всех элементов и является одним из пяти элементарных тугоплавких металлов. Тантал находит множество применений в промышленности, от конденсаторов в электронных устройствах до хирургических инструментов. Благодаря своей превосходной коррозионной стойкости тантал также используется для резервуаров и других компонентов, которые должны работать в суровых условиях, таких как химические заводы. Его уникальные электрические и высокотемпературные свойства делают тантал особенно полезным в таких областях, как аэрокосмическая техника, ядерные реакторы и медицинское оборудование для визуализации. С растущим спросом на его различные свойства тантал стал неотъемлемой частью современной промышленности.

Заключение:

В нашем мире можно найти множество различных металлов, но некоторые из них выделяются среди остальных своей прочностью и долговечностью. Титан, карбид вольфрама и осмий — некоторые из этих особых металлов, которые могут выдерживать огромную силу, сохраняя при этом свою форму с течением времени. Независимо от того, используются ли они в промышленных целях или просто в качестве украшения ювелирных изделий, таких как часы, эти три металла снова и снова доказывают свою невероятную устойчивость к износу или даже к агрессивным средам, таким как морская вода!

Бхавеш Ядав

Познакомьтесь с Бхавешем, опытным блоггером с богатыми знаниями и опытом. От производства металлических изделий до розничной торговли, Бхавеш имеет разнообразный опыт работы в различных отраслях и стремится делиться своими знаниями и опытом с читателями.

Какие металлы самые прочные и твердые?

Майк Ма

Менеджер по продажам (таблетки для легирования алюминия и лигатуры)

Опубликовано 25 июля 2017 г.

+ Подписаться

Человеческие технологии совершенствуются с каждым днем. Современные промышленные процессы требуют материалов, способных выдерживать огромное давление, сохраняя при этом свою форму и целостность. Для этого инженеры обычно обращаются к металлам из-за их широкой доступности и пластичности.

Но какой металл самый прочный и насколько он прочный?

Ответ на этот вопрос зависит от того, как сформулирован сам вопрос. Имеет ли значение практичность использования металла в любом значительном количестве? Должен ли это быть натуральный металл или рассматриваются сплавы? В чем разница между прочностью и твердостью? В этой статье делается попытка изучить несколько ответов на этот вопрос, охватывая каждый металл претензией на титул и аргументируя его правоту.

Примечание. Для ясности, рассматриваемая «прочность» представляет собой предел прочности при растяжении, то есть силу, которую объект может выдержать до деформации, если не указано иное.

Самый прочный природный металл: вольфрам

Что касается чистых металлов, то вольфрам обладает самой высокой прочностью на растяжение с пределом прочности 1510 мегапаскалей. Вольфрам также имеет самую высокую температуру плавления среди всех нелегированных металлов и вторую самую высокую температуру плавления во всей таблице Менделеева — только углерод может выдерживать более высокие температуры. Вольфрам очень плотный и хрупкий, что затрудняет работу с ним во всех формах, кроме самых чистых. Вольфрам обычно используется в электротехнике и в военных целях, и вы можете найти вольфрамовые нити накаливания в лампочках и вольфрамовом покрытии, которое добавляет реальной мощности снарядам. Он также является обычным компонентом стали и других сплавов, где даже небольшое количество может значительно увеличить прочность сплава.

Мегапаскаль (МПа) — это метрическая единица измерения давления, в основном используемая в гидравлических системах для измерения высокого давления, равная 1 000 000 ньютонов на квадратный метр (паскаль). 1 МПа равен 10 Бар.

Самый прочный сплав: сталь

Сплавы постоянно меняются, поскольку исследователи пытаются создать все более прочные комбинации элементов. Как правило, самый прочный сплав — это сталь, смешанная с несколькими другими элементами. Сплавы ванадиевой стали кажутся особенно перспективными: несколько компаний выпускают варианты с пределом прочности до 5205 МПа. Сталь, имеющая это отличие, называется Micro-Melt® 10 Tough Treated Tool Steel.

Сталь сама по себе представляет собой сплав железа и углерода, хотя могут использоваться и другие элементы. Сталь — универсальный сплав, а это означает, что ее форма может соответствовать практически любым спецификациям. Сталь использовалась на протяжении тысячелетий, но стала более точной наукой в ​​эпоху Возрождения (1300-1700).

Самый твердый металл: хром

«Твердость» минерала обычно определяется по шкале Мооса и определяется как устойчивость минерала к царапинам. Алмазы — самые твердые минералы, известные человеку, но какой самый твердый металл? Эта честь принадлежит хрому, металлу, наиболее известному как ключевой компонент нержавеющей стали. Хром также широко используется в хромировании, которое действует как форма защиты от коррозии и физических повреждений.

Уникальные свойства хрома известны со времен династии Цинь в Китае, когда оружие и доспехи были покрыты металлом и сохранились до наших дней, не подверженные коррозии и в идеальном состоянии.

Самый полезный прочный металл: Титан

Имея предел прочности около 434 МПа, титан представляет собой идеальное сочетание прочности и практичности. Его низкая плотность делает его идеальным для промышленного использования, где требуется прочный металл с высокой температурой плавления. Действительно, титан имеет самое высокое отношение прочности к весу среди всех природных металлов, известных человеку. Чистый титан прочнее стандартной стали, но при этом весит вдвое меньше и может быть превращен в еще более прочные сплавы. Поскольку он также довольно распространен, неудивительно, что титан используется для множества целей. Когда дело доходит до производства, единственным прочным природным металлом, о котором стоит заботиться, является титан.