De term 'vuurvast metaal' wordt gebruikt om een groep metalen elementen te beschrijven die uitzonderlijk hoge smeltpunten hebben en bestand zijn tegen slijtage, corrosieen vervorming.
Industrieel gebruik van de term vuurvast metaal verwijst meestal naar vijf veelgebruikte elementen:
- Molybdeen (Ma)
- Niobium (Nb)
- Rhenium (opnieuw)
- Tantaal (Ta)
- Wolfraam (W)
Bredere definities omvatten echter ook de minder vaak gebruikte metalen:
- Chroom (Cr)
- Hafnium (Hf)
- Iridium (Ir)
- Osmium (Os)
- Rhodium (Rh)
- Ruthenium (Ru)
- Titanium (Ti)
- Vanadium (V)
- Zirkonium (Zr)
De karaktertrekken
Het identificerende kenmerk van vuurvaste metalen is hun hittebestendigheid. De vijf industriële vuurvaste metalen hebben allemaal smeltpunten van meer dan 3632 ° F (2000 ° C).
De sterkte van vuurvaste metalen bij hoge temperaturen, in combinatie met hun hardheid, maakt ze ideaal voor snij- en boorgereedschap.
Vuurvaste metalen zijn ook zeer goed bestand tegen thermische schokken, wat betekent dat herhaaldelijk verwarmen en afkoelen niet gemakkelijk uitzetting, spanning en scheuren zal veroorzaken.
De metalen hebben allemaal een hoge dichtheid (ze zijn zwaar), evenals goede elektrische en warmtegeleidende eigenschappen.
Een andere belangrijke eigenschap is hun kruipweerstand, de neiging van metalen om onder invloed van spanning langzaam te vervormen.
Vanwege hun vermogen om een beschermende laag te vormen, zijn de vuurvaste metalen ook bestand tegen corrosie, hoewel ze gemakkelijk oxideren bij hoge temperaturen.
Vuurvaste metalen en poedermetallurgie
Vanwege hun hoge smeltpunten en hardheid worden de vuurvaste metalen meestal verwerkt in poedervorm en nooit vervaardigd door middel van gieten.
Metaalpoeders worden vervaardigd in specifieke maten en vormen en vervolgens gemengd om de juiste mix van eigenschappen te creëren, voordat ze worden verdicht en gesinterd.
Bij sinteren wordt het metaalpoeder (in een mal) gedurende een lange periode verhit. Onder hitte beginnen de poederdeeltjes te binden en vormen ze een stevig stuk.
Sinteren kan metalen binden bij temperaturen lager dan hun smeltpunt, een aanzienlijk voordeel bij het werken met de vuurvaste metalen.
Carbide poeders
Een van de vroegste toepassingen van veel vuurvaste metalen ontstond in het begin van de 20e eeuw met de ontwikkeling van gecementeerde carbiden.
Widia, het eerste commercieel verkrijgbare wolfraamcarbide, werd ontwikkeld door Osram Company (Duitsland) en op de markt gebracht in 1926. Dit leidde tot verder testen met vergelijkbare harde en slijtvaste metalen, wat uiteindelijk leidde tot de ontwikkeling van moderne gesinterde carbiden.
De producten van carbidematerialen hebben vaak baat bij mengsels van verschillende poeders. Dit proces van mengen maakt de introductie van gunstige eigenschappen van verschillende metalen mogelijk, waardoor materialen worden geproduceerd die superieur zijn aan wat kan worden gecreëerd door een afzonderlijk metaal. Het originele Widia-poeder bestond bijvoorbeeld uit 5-15% kobalt.
Opmerking: zie meer over eigenschappen van vuurvaste metalen in de tabel onder aan de pagina.
Toepassingen
Vuurvaste legeringen en carbiden op basis van metaal worden in vrijwel alle belangrijke industrieën gebruikt, inclusief elektronica, ruimtevaart, automobielindustrie, chemicaliën, mijnbouw, nucleaire technologie, metaalverwerking en protheses.
De volgende lijst met eindtoepassingen voor vuurvaste metalen is opgesteld door de Refractory Metals Association:
Wolfraam metaal
- Gloeilampen, tl-lampen en autolampen
- Anodes en doelen voor röntgenbuizen
- Halfgeleidersteunen
- Elektroden voor booglassen met inert gas
- Kathodes met hoge capaciteit
- Elektroden voor xenon zijn lampen
- Ontstekingssystemen voor auto's
- Raket mondstukken
- Elektronische buisemitters
- Uraniumverwerkingskroezen
- Verwarmingselementen en stralingsschermen
- Legeringselementen in staalsoorten en superlegeringen
- Versterking in metaalmatrixcomposieten
- Katalysatoren in chemische en petrochemische processen
- Smeermiddelen
Molybdeen
- Legeringstoevoegingen in ijzer, staal, roestvrij staal, gereedschapsstaal en superlegeringen op nikkelbasis
- Uiterst nauwkeurige slijpschijven
- Spray metalliseren
- Spuitgietmatrijzen
- Raket- en raketmotoronderdelen
- Elektroden en roerstaven bij de glasproductie
- Verwarmingselementen voor elektrische ovens, boten, hitteschilden en uitlaatdemper
- Zinkraffinagepompen, wasserijen, kleppen, roerders en thermokoppelputten
- Productie van regelstaven voor kernreactoren
- Schakel elektroden
- Ondersteunt en steun voor transistors en gelijkrichters
- Gloeidraden en steundraden voor koplampen van auto's
- Vacuümbuis-getters
- Raketrokken, kegels en hitteschilden
- Raketcomponenten
- Supergeleiders
- Chemische procesapparatuur
- Hitteschilden in vacuümovens op hoge temperatuur
- Legeringsadditieven in ferrolegeringen en supergeleiders
Gecementeerd wolfraamcarbide
- Gecementeerd wolfraamcarbide
- Snijgereedschap voor metaalbewerking
- Nucleaire technische apparatuur
- Mijnbouw- en olieboringen
- Vormende sterft
- Vormende rollen voor metaal
- Draadgeleiders
Tungsten Heavy Metal
- Bussen
- Klepzittingen
- Mesjes voor het zagen van harde en abrasieve materialen
- Balpen punten
- Metselzagen en -boren
- Zwaar metaal
- Stralingsschilden
- Contragewichten voor vliegtuigen
- Zelfopwindende contragewichten voor horloges
- Balanceringsmechanismen voor luchtcamera's
- Balansgewichten van het rotorblad van de helikopter
- Gouden clubgewichten
- Dart lichamen
- Bewapening versmelt
- Trillingsdemping
- Militaire Ordnance
- Shotgun pellets
Tantaal
- Elektrolytische condensatoren
- Warmtewisselaars
- Bajonet kachels
- Thermometer putten
- Filamenten van vacuümbuizen
- Chemische procesapparatuur
- Onderdelen voor ovens op hoge temperatuur
- Kroezen voor het hanteren van gesmolten metaal en legeringen
- Snijgereedschappen
- Lucht- en ruimtevaartmotoronderdelen
- Chirurgische implantaten
- Legeringstoevoeging in superlegeringen
Fysische eigenschappen van vuurvaste metalen
| Type | Eenheid | Ma | Ta | Nb | W. | Rh | Zr |
| Typische commerciële zuiverheid | 99.95% | 99.9% | 99.9% | 99.95% | 99.0% | 99.0% | |
| Dichtheid | 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 | |
| Smeltpunt | Celcius | 2623 | 3017 | 2477 | 3422 | 3180 | 1852 |
| ° F. | 4753.4 | 5463 | 5463 | 6191.6 | 5756 | 3370 | |
| Kookpunt | Celcius | 4612 | 5425 | 4744 | 5644 | 5627 | 4377 |
| ° F. | 8355 | 9797 | 8571 | 10,211 | 10,160.6 | 7911 | |
| Typische hardheid | DPH (vickers) | 230 | 200 | 130 | 310 | -- | 150 |
| Warmtegeleidingsvermogen (@ 20 ° C) | cal / cm2/cm°C/sec | -- | 0.13 | 0.126 | 0.397 | 0.17 | -- |
| Uitzettingscoëfficiënt | ° C x 10 -6 | 4.9 | 6.5 | 7.1 | 4.3 | 6.6 | -- |
| Elektrische weerstand | Micro-ohm-cm | 5.7 | 13.5 | 14.1 | 5.5 | 19.1 | 40 |
| Elektrische geleiding | % IACS | 34 | 13.9 | 13.2 | 31 | 9.3 | -- |
| Treksterkte (KSI) | Omringend | 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 | -- | |
| Minimale verlenging (1 inch maat) | Omringend | 45 | 27 | 15 | 59 | 67 | -- |
| Elasticiteitsmodulus | 500 ° C | 41 | 25 | 13 | 55 | 55 | |
| 1000 ° C | 39 | 22 | 11.5 | 50 | -- | -- |
Bron: http://www.edfagan.com