Штабик из вольфрама: производство и применение

Штабик из вольфрама: производство и применение

В последние годы вольфрам обрел широкую популярность, ведь его часто используют в производстве жаропрочной продукции, которая дополнительно будет подвергаться существенным нагрузкам.

Вольфрам представляет собой металл, плавление которого происходит при температуре в 3380 градусов по шкале Цельсия. К наиболее значимым свойствам материала относится плотность, коэффициент линейного расширения и электросопротивление.

Штабик из вольфрама получается при изготовлении самого сплава, и потому он считается полуфабрикатом. Применяется материал при сборке жаростойких печей, к примеру, для варки высокопрочных сталей и всевозможных деталей из них. Продукт характеризуется пористой структурой и высоким уровнем устойчивости. Производится вольфрамовый штабик посредством нагревания большого количества водорода.

Особенности производства

Процесс производства состоит из двух этапов:

1. Нагрев материала в водородной среде. Эта процедура повышает прочность будущего изделия. Водород при этом обладает огромным значением, потому что позволяет избежать окисления продукта. Материал на этой стадии находится внутри печи примерно 30−40 минут.
2. Затем вольфрам отправляется в холодильную камеру, в которой он подвергается охлаждению водой. Далее следует процедура охлаждения с помощью сухого водорода.

Такая схема позволяет не только улучшить вид изделия и обеспечить его пористую структуру, но и восстановить пленку на поверхности материала.

Сварка штабика из вольфрама

Изделие при сварке помещается между парой контактов. Затем оно охлаждается водой, и через конструкцию пропускается электроток, запускающий процедуру плавления. Для этой цели зачастую применяется трансформатор. На крупносерийных производствах пользуются генераторами.

Если изготавливается крупный вольфрамовый штабик, то применяется такая технология варки, как встык. При этом получается небольшое количество отходов, а сама работа пройдет очень качественно. Однако, все зависит от уровня плотности имеющегося материала. Чем ниже этот показатель, тем труднее обрабатывать металл.

Ковка изделия

Эта процедура предполагает заранее сваренный штабик. Его обработка невозможна при комнатных температурных показателях, потому что эта разновидность металла крайне хрупка при таких условиях. Такую деформацию следует осуществлять при температуре примерно в 1300 градусов Цельсия. Происходит данная процедура на ротационном станке для ковки, когда материал приобретет высокую пластичность.

Есть несколько сортов вольфрама, которые различаются габаритами кристаллов структуры штабика. Также желательно знать, с каким именно сортом металла вам придется иметь дело, так как большая часть значительных разрушений происходит потому, что штабик был обработан неправильно или недостаточно. Крупные кристаллы, как правило, находятся на поверхности, более мелкие частицы расположены в центре. Эта разница габаритов в процессе ковки проявляет себя трещинами, которые постепенно разрушают и деформируют изделие.

Для того чтобы этого избежать, лучше применять прямоугольные, а не квадратные штабики. Благодаря двусторонней проковке изделия повышаются его прочностные характеристики.

Вольфрамовая продукция

Волочение, прокат и ковка штабиков осуществляется лишь при высоких температурах. Каждая методика обработки нуждается в определенном температурном режиме. Из вольфрама делаются следующие изделия:

• электроды;
• прутья.

Вольфрамовые электроды не плавятся, потому их нередко используют для сварки металла и сталей высоколегированного типа. С их помощью можно добиться надежного и качественного шва. Помимо этого, из такой проволоки делаются спирали для лампочек и термопары. Прутья из этого металла считаются самыми распространенными вольфрамовыми изделиями.

Штабики — самое частое сырье для их производства. Для изготовления прутка из вольфрама его обрабатывают с помощью специального ротационного устройства. Сплав перерабатывается при высокой температуре, так как материал, сделанный при комнатной температуре, характеризуется крайне хрупкой структурой.

Помимо этого, следует выделить ряд этапов обработки вольфрама.

1. На самом первом этапе диаметр вольфрамовых прутьев не превышает 7 мм. При этом длина штапика была от 10 до 15 см. Температура, которая используется на этой стадии, составляет 1500 градусов. Молибден применяется в качестве нагревателя.
2. На второй стадии получается диметр в 4,2 мм. Температурные показатели уменьшаются до 1300 градусов.
3. Финальный этап предполагает получения диаметра в 2,75 мм.

Вольфрамовые прутья различаются и марками. Самые основные: ВЛ, ВТ, ВЧ, ВИ и ВА, материал марок ВИ, ВЛ, ВТ производится при самых высоких температурных показателях. В качестве сырья используются слитки из вольфрама, которые получаются посредством плавления. Горячая обработка при этом не осуществляется, так как вольфрамовые слитки включают в себя грубые кристаллы, а обработка высокой температурой обусловит их растрескивание. Слитки, вместо этого, прессуют.

Невозможно произвести обработку вольфрама в домашних условиях, зато стоимость его вполне доступна. Покупать изделия из этого металла очень выгодно и удобно.

Изготовление и использование штабика из вольфрама

В последнее время вольфрам стал очень популярным материалом, который можно использовать для изготовления любых жаропрочных изделий, которые в дальнейшем еще буду и подвергаться самым высоким механически нагрузкам. Зная его свойства, применение вольфрама оказывается незаменимым, например, при изготовлении такой продукции, как нити накалывания, или же сварочных электродов.

Вольфрам — это металл, плавящийся при температуре равным примерно трем тысячам трехсот восьмидесяти градусам. Самыми важными свойствами для данного металла являются плотность, электрическое сопротивление и коэффициент линейного расширения. Также он является основой твердых металлов и многих жаропрочных сплавов.

Вольфрамовый штабик получается в процессе производства самого металла, и поэтому его принято считать неким полуфабрикатом. Используется он при сборке печей, например, для варки стали, а также других не менее важных деталей. Сам продукт изготовления имеет довольно пористую структуру, которая отличается высокой стойкостью. Процесс его изготовления заключается в нагреве водорода, который собирается в больших количествах. Но об этом стоит поговорить немного подробнее.

Изготовление вольфрамовых штабиков

При производстве данного материала его спекают в две стадии:

1. Нагревание данной продукции в атмосфере водорода. Такое изготовление помогает увеличить и прочность самого получаемого изделия. После его разборки стоит его аккуратно перенести на пластину молибдена и потом отправить в печь. Водород в таком процессе играет огромную роль, так как предотвращает саму получаемую таким образом продукцию от окисления. Выдерживая определенную температуру, материал находится в печи примерно полчаса.
2. После печи известный уже всем материал отправляется в холодильник, где и проходит охлаждение холодной водой. И уже после этого начинается охлаждение сухим водородом до того момента, пока его не выгрузят.

Такой процесс изготовления дает не только определенный внешний вид, пористую структуру, но и восстанавливается поверхность пленки на материале.

Сварка вольфрам штабика

Вольфрам штабик зажимается для сварки между двумя контактами. После этого он проходит необходимое охлаждение водой и через него пропускают ток, который, нагревая, запускает в нем процесс плавления. Питание током проходит чаще всего с помощью трансформатора. Если же это происходит на большом производстве, то чаще всего используется генератор.

Если вольфрам штабик большой по своим размерам, то тогда стоит использовать такой способ сварки, как встык. Отходов при этом будет немного, а работе будет выполнена качественно. Но все, конечно же, зависит от плотности материала. Чем она ниже, тем сложнее обрабатывать такой металл.

Ковка вольфрамовых штабиков

Для ковки используют штабик, предварительно сваренный. Обработка штабика не может проводиться при комнатной температуре, так как данный металл очень хрупок при такой температуре. Деформацию такого рода стоит проводить при температуре близкой к 1300 градусам. Происходит это на ротационной ковочной машине, когда материал становится более пластичным, поддающимся к обработке.

Существуют различные сорта вольфрама, различаются они размером кристаллов, составляющих кристаллическую структуру штабика. Также необходимо конкретно знать, с каким сортом этого материала вы имеете дело, потому что большинство серьезных разрушений происходит при недостаточной обработке штабика в целом. Большие по размеру кристаллы в основном располагаются на поверхности, а вот мелкие кристаллы образуют структуру центра данного изделия. Из-за подобной разницы в размерах при ковке появляются трещины, которые после приведут к разрушению изделия.

Чтобы исключить подобные случаи лучше всего использовать штабики прямоугольного вида, нежели квадратного. За счет проковки прямоугольного изделия с двух сторон увеличивается его прочность, а с уменьшением диаметра увеличивается длина.

Продукция из вольфрама

Ковка, прокатка или волочение вольфрамовых штабиков проходит только при повышении температуры, для каждого типа обработки конкретная температура. К изделиям, которые производят из этого металла, относятся:

Данные электроды не подвергаются плавлению, поэтому их применяют для сварки высоколегированных сталей и металлов различного состава. Они обеспечивают надежный сварной шов. Кроме того, из вольфрамовой проволоки изготавливают нагревательные спирали, спирали для ламп накаливания и термопары для определения высоких температур. Вольфрамовые прутки считаются наиболее типовым продуктом из этого сплава.

Штабики – это основной источник для их изготовления. Для того чтобы изготовить вольфрамовый пруток, его подвергают обработке на ротационной ковочной машине. Переработка сплава выполняется при повышенной температуре, потому при комнатной температуре вольфрам является очень хрупким.

Кроме этого, необходимо выделить несколько стадий обработки металла. Каждая последующая стадия отличается от предыдущей стадии диаметром прутка.

1. На первой стадии обработки диаметр прутков равен приблизительно 7 мм, но только в том случае если перед обработкой длина штабика составляла 10-15 см. Чтобы достичь такого диаметра используют температуру около 1500°С и молибден в качестве нагревателя.
2. На второй стадии получают диаметр приблизительно 4,5 мм, при этом температуру обработки снижают до 1300°С.
3. На заключительной, третьей стадии, получают диаметр 2,75 мм.

Также данные прутки различаются по маркам, основные марки это – ВТ, ВЛ, ВИ, ВА и ВЧ. Марки ВТ, ВЛ, ВИ изготавливают при более высоких температурах нежели марки ВА и ВЧ. За основной материал могут быть взяты вольфрамовые слитки, полученные путем плавления. При этом горячую обработку данных слитков не производят, потому что они состоят из грубых кристаллов, а горячая обработка приведет к растрескиванию. Вместо этого слитки подвергают двойному горячему прессованию со степенью прессования около 90%.

Первое прессование происходит при температуре равной примерно тысяча девятьсот градусов, а второе при 1500°С. После заготовки подвергаются горячей ковке.

Этот металл невозможно обработать в домашних условиях, но зато на него действует выгодные ценовые условия. Приобретать его выгодно и экономно, так как он стоит недорого.

Промышленное производство вольфрама.

Перед тем как описать производство вольфрама, необходимо совершить короткий экскурс в историю. Название этого металла переводится с немецкого как «волчьи сливки», происхождение термина уходит в позднее Средневековье.

При получении олова из различных руд было замечено, что в некоторых случаях оно теряется, переходя в пенистый шлак, «словно волк пожирает свою добычу».

Метафора прижилась, дав название позднее полученному металлу, в настоящее время оно используется во многих языках мира. Но в английском, французском и некоторых других языках вольфрам называется по-другому, от метафоры «тяжелый камень» (по-шведски tungsten). Шведское происхождение слова связано с опытами знаменитого шведского химика Шееле, впервые получившего окись вольфрама из руды, впоследствии названной его именем (шеелит).

Промышленное производство металлического вольфрама можно разделить на 3 этапа:

• обогащение руды и получение вольфрамового ангидрита;
• восстановление до порошкового металла;
• получение монолитного металла.

Обогащение руды

В свободном состоянии в природе вольфрам не встречается, присутствует лишь в составе различных соединений.

Руды, содержащие эти соединения, очень бедны, присутствие оксида вольфрама в наиболее богатых из них не превышает 3%. Для промышленного получения вольфрама требуется предварительное обогащение. Среди множества руд, содержащих вольфрам, промышленное значение имеют две группы:

Эти руды часто имеют в составе в незначительных количествах и другие вещества (золото, серебро, олово, ртуть и др.), несмотря на очень низкое содержание дополнительных минералов, порой попутное извлечение их при обогащении экономически целесообразно.

1. Обогащение начинается с дробления и измельчения породы. Затем материал поступает на дальнейшую обработку, методы который зависят от типа руды. Обогащение вольфрамитовых руд обычно производится гравитационным методом, суть которого — в использовании совокупно действующих сил земного притяжения и центробежной силы, минералы разделяются по химико-физическим свойствам — плотности, размерам частиц, смачиваемости. Так отделяется пустая порода, а до требуемой чистоты концентрат доводится с помощью магнитной сепарации. Содержание вольфрамита в полученном концентрате составляет от 52 до 85%.
2. Шеелит, в отличие от вольфрамита, не является магнитным минералом, поэтому магнитная сепарация к нему не применяется. Для шеелитовых руд алгоритм обогащения иной. Основным методом служит флотация (процесс разделения частиц в водной суспензии) с последующим использованием электростатической сепарации. Концентрация шеелита может на выходе составлять до 90%. Руды бывают и комплексными, содержащими вольфрамиты и шеелиты одновременно. Для их обогащения используются методы, сочетающие в себе гравитационные и флотационные схемы.
   
   Если необходимо дальнейшее очищение концентрата до установленных норм, применяют различные процедуры в зависимости от типа примесей. Для снижения примеси фосфора шеелитовые концентраты обрабатывают на холоде соляной кислотой, одновременно при этом удаляются кальцит и доломит. Для удаления меди, мышьяка, висмута применяют обжиг с последующей обработкой кислотами. Существуют и другие методы очистки.

Для того чтобы перевести вольфрам из концентрата в растворимое соединение, используется несколько различных методов.

1. Например, спекают концентрат с избытком соды, получая таким способом вольфрамит натрия.
2. Может использоваться и другой метод — выщелачивание: вольфрам извлекают содовым раствором под давлением при высокой температуре с последующей нейтрализацией и осаждением.
3. Еще один способ — обработка концентрата газообразным хлором. При таком процессе образуется хлорид вольфрама, который затем отделяется от хлоридов других металлов методом возгонки. Полученный продукт можно превратить в окисел вольфрама или пустить непосредственно на переработку в элементарный металл.

Основным результатом различных методов обогащения является получение триоксида вольфрама. Далее, именно он идет на производство металлического вольфрама. Из него же получают карбид вольфрама, который является главной составляющей многих твердых сплавов. Существует еще один продукт непосредственной переработки вольфрамовых рудных концентратов — ферровольфрам. Он обычно выплавляется для нужд черной металлургии.

Восстановление вольфрама

Полученный триоксид вольфрама (вольфрамовый ангидрит) на следующем этапе необходимо восстановить до состояния металла. Восстановление чаще всего производится широко применяемым водородным методом. В печь подается движущаяся емкость (лодочка) с триоксидом вольфрама, температура по ходу движения повышается, навстречу подается водород. По мере восстановления металла происходит увеличение насыпной плотности материала, объем загрузки емкости уменьшается более чем вдвое, поэтому на практике используется прогон в 2 этапа, через разные типы печей.

1. На первой стадии из триоксида вольфрама образуется диоксид, на второй из диоксида получают чистый вольфрамовый порошок.
2. Затем порошок просеивают через сетку, крупные частицы дополнительно перемалывают для получения порошка с заданным размером зерен.

Иногда для восстановления вольфрама используют углерод. Этот метод несколько упрощает производство, но требует более высоких температур. Кроме того, уголь и содержащиеся в нем примеси вступают в реакцию с вольфрамом, образуя различные соединения, приводящие к загрязнению металла. Есть ряд других методов, применяющихся в производстве по всему миру, но по совокупности параметров восстановление водородом имеет наиболее высокую применимость.

Получение монолитного металла

Если первые две стадии промышленного производства вольфрама хорошо известны металлургам и применяются очень давно, то для получения монолита из порошка потребовалась разработка особой технологии. Большинство металлов получают простой плавкой и затем отливают в формы, с вольфрамом ввиду главного его свойства — тугоплавкости — такая процедура невозможна. Метод получения компактного вольфрама из порошка, предложенный в начале XX века американцем Кулиджем, с различными вариациями применяется и в наше время. Суть метода — порошок превращается в монолитный металл под воздействием электрического тока. Вместо обычной плавки для получения металлического вольфрама приходится проходить несколько этапов. На первом из них порошок прессуют в специальные бруски-штабики. Затем эти штабики подвергаются процедуре спекания, причем делается это в две стадии:

1. 1. Сначала при температуре до 1300ºС штабик предварительно спекается для увеличения его прочности. Процедура осуществляется в специальной герметичной печи с непрерывной подачей водорода. Водород применяют для дополнительного восстановления, он проникает в пористую структуру материала, и при дополнительном воздействии высокой температуры между кристаллами спекаемого штабика создается чисто металлический контакт. Штабик после этого этапа значительно упрочняется, теряя в размерах до 5%.
   2. Затем приступают к основной стадии — сварке. Этот процесс проводится при температуре до 3 тысºC. Штабик закрепляется зажимными контактами, и через него пропускается электрический ток. На этом этапе также применяется водород — он нужен для предотвращения окисления. Сила тока применяется очень высокая, для штабиков сечением 10х10 мм требуется ток около 2500 А, а для сечения 25х25 мм — около 9000 А. Напряжение при этом используется сравнительно небольшое, от 10 до 20 В. Для каждой партии монолитного металла вначале сваривается пробный штабик, с его помощью производят калибровку режима сварки. Продолжительность сварки зависит от размеров штабика и составляет обычно от 15 минут до часа. Этот этап, как и первый, тоже приводит к уменьшению размера штабика.

Плотность и зернистость полученного металла зависят от первоначальной зернистости штабика и от максимальной температуры сварки. Потеря размеров после двух этапов спекания составляет до 18% по длине. Окончательная плотность составляет 17–18,5 г/см².

Для получения вольфрама высокой очистки применяют различные присадки, испаряющиеся в процессе сварки, например окислы кремния и щелочных металлов. По мере нагрева эти присадки улетучиваются, увлекая вместе с собой другие примеси. Этот процесс способствует дополнительной очистке. При использовании правильного температурного режима и отсутствии следов влаги в водородной атмосфере при спекании с помощью таких присадок степень очистки вольфрама можно довести до 99,995%.

Производство изделий из вольфрама

Полученный из первоначальной руды после описанных трех этапов производства монолитный вольфрам обладает уникальным набором свойств. Помимо тугоплавкости, ему присущи очень высокая стабильность геометрических размеров, сохранение прочности при высоких температурах и отсутствие внутреннего напряжения. Вольфрам также имеет хорошую пластичность и ковкость. Дальнейшее производство чаще всего заключается в вытягивании проволоки. Это технологически относительно несложные процессы.

1. Заготовки поступают в ротационно-ковочную машину, где происходит обжатие материала.
2. Затем методом волочения получают проволоку различного диаметра (волочение — это протягивание прута на специальном оборудовании через сужающиеся отверстия). Так можно получить тончайшую вольфрамовую проволоку с суммарной степенью деформации 99,9995%, при этом прочность ее может достигать 600 кг/мм².

Вольфрам начали использовать для нитей накала электрических ламп еще до разработки способа производства ковкого вольфрама. Русский ученый Лодыгин, ранее запатентовавший принцип применения нити накала для лампы, в 1890 годах предложил использовать в качестве такой нити скрученную в спираль вольфрамовую проволоку. Как же получали вольфрам для подобных проволок? Сначала приготовляли смесь вольфрамового порошка с каким-либо пластификатором (например парафином), затем из этой смеси выпрессовывали тонкую нить через отверстие заданного диаметра, просушивали и прокаливали в водороде. Получалась довольно хрупкая проволока, прямолинейные отрезки которой прикрепляли к электродам лампы. Были попытки получить компактный металл и другими методами, однако, во всех случаях хрупкость нитей оставалась критически высокой. После работ Кулиджа и Финка изготовление вольфрамовой проволоки обрело прочную технологическую базу, и промышленное применение вольфрама стало стремительно нарастать.

Мировой рынок вольфрама

Объемы производства вольфрама составляют около 50 тыс. т в год. Лидером в производстве, как и в потреблении, является Китай, производит эта страна примерно 41 тыс. т в год (Россия, для сравнения, производит 3,5 тыс. т). Важным фактором в настоящее время является переработка вторичного сырья, обычно это лом карбида вольфрама, стружки, опилки и остатки порошкового вольфрама, такая переработка обеспечивает около 30% мирового потребления вольфрама.

Нити из сгоревших ламп накаливания практически не перерабатываются.

Мировой рынок вольфрама в последнее время демонстрирует спад спроса на вольфрамовые нити. Это обусловлено развитием альтернативных технологий в области освещения — люминесцентные и светодиодные лампы агрессивно заменяют обычные лампы накаливания как в быту, так и в промышленности. По прогнозам специалистов, применение вольфрама в этом секторе в ближайшие годы будет снижаться на 5% в год. Спрос же на вольфрам в целом не снижается, падение применимости в одном секторе компенсируется ростом в других, в том числе инновационных отраслях.

Изготовление и использование штабика из вольфрама

Вольфрам — это металл, плавящийся при температуре равным примерно трем тысячам трехсот восьмидесяти градусам. Самыми важными свойствами для данного металла являются плотность, электрическое сопротивление и коэффициент линейного расширения. Также он является основой твердых металлов и многих жаропрочных сплавов.

Вольфрамовый штабик получается в процессе производства самого металла, и поэтому его принято считать неким полуфабрикатом. Используется он при сборке печей, например, для варки стали, а также других не менее важных деталей. Сам продукт изготовления имеет довольно пористую структуру, которая отличается высокой стойкостью. Процесс его изготовления заключается в нагреве водорода, который собирается в больших количествах. Но об этом стоит поговорить немного подробнее.

• 1 Изготовление вольфрамовых штабиков
• 2 Сварка вольфрам штабика

• 3 Ковка вольфрамовых штабиков
• 4 Продукция из вольфрама

Изготовление вольфрамовых штабиков

При производстве данного материала его спекают в две стадии:

Прутки. Данные электроды не подвергаются плавлению, поэтому их применяют для сварки высоколегированных сталей и металлов различного состава. Они обеспечивают надежный сварной шов. Кроме того, из вольфрамовой проволоки изготавливают нагревательные спирали, спирали для ламп накаливания и термопары для определения высоких температур. Вольфрамовые прутки считаются наиболее типовым продуктом из этого сплава.

Штабики – это основной источник для их изготовления. Для того чтобы изготовить вольфрамовый пруток, его подвергают обработке на ротационной ковочной машине. Переработка сплава выполняется при повышенной температуре, потому при комнатной температуре вольфрам является очень хрупким.

Кроме этого, необходимо выделить несколько стадий обработки металла. Каждая последующая стадия отличается от предыдущей стадии диаметром прутка.

На заключительной, третьей стадии, получают диаметр 2,75 мм. Также данные прутки различаются по маркам, основные марки это – ВТ, ВЛ, ВИ, ВА и ВЧ. Марки ВТ, ВЛ, ВИ изготавливают при более высоких температурах нежели марки ВА и ВЧ. За основной материал могут быть взяты вольфрамовые слитки, полученные путем плавления. При этом горячую обработку данных слитков не производят, потому что они состоят из грубых кристаллов, а горячая обработка приведет к растрескиванию. Вместо этого слитки подвергают двойному горячему прессованию со степенью прессования около 90%.

Первое прессование происходит при температуре равной примерно тысяча девятьсот градусов, а второе при 1500°С. После заготовки подвергаются горячей ковке.

Этот металл невозможно обработать в домашних условиях, но зато на него действует выгодные ценовые условия. Приобретать его выгодно и экономно, так как он стоит недорого.

голоса

Рейтинг статьи