Метали відносяться до найбільш поширених матеріалів нарівні зі склом і пластмасами. Вони використовуються людьми з давніх часів. На практиці люди пізнавали властивості металів і з вигодою використовували їх для виготовлення посуду, побутових предметів, різних споруд та творів мистецтва. Основною характеристикою цих матеріалів є їх тугоплавкість і твердість. Власне, від цих якостей залежить їх застосування в тій чи іншій області.
Фізичні властивості металів
Всі метали володіють такими загальними властивостями:
Всі фізичні властивості металів залежать від будови кристалічної решітки, її форми, міцності і просторового розташування.
Тугоплавкість металів
Цей параметр стає важливим, коли виникає питання про практичне застосування металів. Для таких важливих галузей народного господарства, як авіабудування, кораблебудування, машинобудування, основою є тугоплавкі метали та їх сплави. Крім цього, їх використовують для виготовлення високоміцного робочого інструменту. Литтям і виплавкою отримують багато важливі деталі і вироби. По міцності всі метали поділяються на крихкі і тверді, а за тугоплавкости їх підрозділяють на дві групи.
Тугоплавкі і легкоплавкі метали
Вольфрам – найбільш тугоплавкий метал
Це твердий і важкий матеріал з металевим блиском, світло-сірого кольору, що володіє високою тугоплавкостью. Механічній обробці піддається важко. При кімнатній температурі він є крихким металом і легко ламається. Це викликане забрудненням його домішками кисню і вуглецю. Технічно чистий вольфрам при температурі понад 400 градусів Цельсія стає пластичним. Проявляє хімічну інертність, погано вступає в реакції з іншими елементами. У природі ванадій зустрічається у вигляді складних мінералів, таких як:
- шеелит;
- вольфрамит;
- ферберит;
- гюбнерит.
Вольфрам отримують з руди, застосовуючи складні хімічні переробки, у вигляді порошку. Використовуючи методи пресування і спікання, виготовляють деталі простої форми і бруски. Вольфрам – дуже стійкий елемент до температурних впливів. Тому розм’якшити метал не могли протягом ста років. Не було таких печей, які могли б розігріватися до кількох тисяч градусів. Вчені довели, що найбільш тугоплавким металом є вольфрам. Хоча існує думка, що сиборгий, за теоретичними даними, володіє більшою тугоплавкостью, але твердо стверджувати цього не можна, так як він радіоактивний елемент і має малий термін існування.
Історичні відомості
Знаменитий шведський хімік Карл Шееле, має професію аптекаря, в невеликій лабораторії, проводячи численні досліди, відкрив марганець, барій, хлор і кисень. А незадовго до смерті в 1781 році виявив, що мінерал тунгстен є сіллю невідомої тоді кислоти. Після двох років роботи його учні, два брата д Элуяр (іспанські хіміки), виділили з мінералу новий хімічний елемент і назвали його вольфрамом. Лише через століття вольфрам – найбільш тугоплавкий метал – здійснив справжній переворот у промисловості.
Ріжучі властивості вольфраму
У 1864 році англійський учений Роберт Мюшет використовував вольфрам як легирующую добавку до сталі, яка витримувала червоне каление і ще більше збільшувала твердість. Різці, які виготовляли з отриманої сталі, збільшили швидкість різання металу в 1,5 рази, і вона стала становити 7,5 метра в хвилину.
Працюючи в цьому напрямку, вчені отримували все нові технології, збільшуючи швидкість обробки металу з використанням вольфраму. У 1907 році з’явилося нове з’єднання вольфраму з кобальтом і хромом, який став основоположником твердих сплавів, здатних збільшувати швидкість різання. В даний час вона зросла до 2000 метрів в хвилину, і все це завдяки вольфраму – самому тугоплавкому металу.
Застосування вольфраму
Цей метал має порівняно високу ціну і важко обробляється механічним способом, тому застосовують його там, де неможливо замінити іншими, подібними по властивостях матеріалами. Вольфрам чудово витримує високі температури, має значну міцність, наділений твердістю, пружністю і тугоплавкостью, тому знаходить широке використання у багатьох галузях промисловості:
- Металургійної. Вона є основним споживачем вольфраму, який йде на виробництво високої якості легованих сталей.
- Електротехнічної. Температура плавлення самого тугоплавкого металу становить майже 3400 °C. Тугоплавкість металу дозволяє застосовувати його для виробництва ниток розжарювання, гачків в освітлювальних і електронних лампах, електродів, рентгенівських трубок, електричних контактів.
- Машинобудівній. Завдяки підвищеній міцності сталей, що містять вольфрам, виготовляють суцільноковані ротори, зубчасті колеса, колінчасті вали, шатуни.
- Авіаційної. Який найбільш тугоплавкий метал використовують для одержання твердих і жароміцних сплавів, з яких роблять деталі авіаційних двигунів, електровакуумних приладів, нитки розжарювання? Відповідь проста – це вольфрам.
- Космічної. Зі сталі, що містить вольфрам, виробляють реактивні сопла, окремі елементи для реактивних двигунів.
- Військової. Висока щільність металу дозволяє виготовляти бронебійні снаряди, кулі, броньовий захист торпед, снарядів і танків, гранати.
- Хімічної. Стійка вольфрамова дріт проти кислот і лугів використовується для сіток до фільтрів. З допомогою вольфраму змінюють швидкість хімічних реакцій.
- Текстильної. Вольфрамова кислота використовується як барвник для тканин, а вольфрамит натрію застосовують для виробництва шкіри, шовку, водоустойчивых і вогнестійких тканин.
Наведений перелік використання вольфраму в різних галузях індустрії вказує на високу цінність цього металу.
Отримання сплавів з вольфрамом
Вольфрам, найбільш тугоплавкий метал у світі, часто використовують для одержання сплавів з іншими елементами для поліпшення властивостей матеріалів. Сплави, що містять вольфрам, як правило, отримують за технологією порошкової металургії, так як при звичайному способі всі метали перетворюються у леткі рідини або гази при його температурі плавлення. Процес сплавлення проходить у вакуумі або в атмосфері аргону, щоб уникнути окислення. Суміш, що складається з металевих порошків, пресують, спікають і піддають плавці. В деяких випадках тільки вольфрамовий порошок піддають пресування і спікання, а потім пористу заготівлю насичують розплавом іншого металу. Сплави вольфраму з сріблом і міддю отримують саме таким способом. Навіть невеликі добавки самого тугоплавкого металу збільшують жаростійкість, твердість і стійкість до окислення в сплавах з молібденом, танталом, хромом і ніобієм. Пропорції в цьому випадку можуть бути абсолютно будь-якими залежно від потреб промисловості. Більш складні сплави, які залежать від співвідношення компонентів з залізом, кобальтом і нікелем, мають наступні властивості:
- не тьмяніють на повітрі;
- мають гарну хімічну стійкість;
- мають відмінні механічні властивості: твердість і зносостійкість.
Досить складні з’єднання утворює вольфрам з берилієм, титаном і алюмінієм. Вони виділяються стійкість при високій температурі до окислення, а також жароміцністю.
Властивості сплавів
У практичній діяльності вольфрам часто з’єднують з групою інших металів. З’єднання вольфраму з хромом, кобальтом і нікелем, що володіють підвищеною стійкістю до кислот, використовують для виготовлення хірургічних інструментів. А особливі жароміцні сплави, крім вольфраму – самого тугоплавкого металу, містять у своєму складі хром, нікель, алюміній, нікель. Вольфрам, кобальт і залізо входить до складу кращих марок магнітної сталі.
Вольфрамсодержащие стали стійкі до стирання, не тріскаються, незмінно зберігають твердість. Ріжучі інструменти не тільки збільшують швидкість обробки металу, але і мають тривалий термін служби.
Самі легкоплавкі й тугоплавкі метали
До легкоплавким належать усі метали, температура плавлення яких менше, ніж у олова (231,9 °C). Елементи цієї групи знаходять застосування в якості антикорозійних покриттів, в електро – і радіотехніці, входять до складу антифрикційних сплавів. Ртуть, точка плавлення якої -38,89 °C, при кімнатній температурі є рідиною і знаходить широке застосування в наукових приладах, ртутних лампах, випрямлячах, перемикачах, в хлорному виробництві. У ртуті найнижча температура плавлення в порівнянні з іншими металами, що входять у групу легкоплавких. До тугоплавким металів належать всі, температура плавлення яких більше, ніж у заліза (1539 °C). Найчастіше їх використовують в якості добавок при виготовленні легованих сталей, а також можуть служити основою для деяких спеціальних сплавів. Вольфрам, має максимальну температуру плавлення 3420 °C, у чистому вигляді використовують в основному для ниток напруження в электролампах.
Досить часто в кросвордах задають питання, який з металів самий легкоплавкий або найбільш тугоплавкий? Тепер, не замислюючись, можна відповісти: самий легкоплавкий – ртуть, а найбільш тугоплавкий – вольфрам.
Коротко про залозі
Цей метал називають основним конструкційним матеріалом. Деталі із заліза зустрічаються як на космічному кораблі або підводному човні, так і вдома на кухні у вигляді столових приладів і різних прикрас. Цей метал має сріблясто-сірий колір, володіє м’якістю, пластичністю і магнітними властивостями. Залізо є дуже активним елементом, на повітрі утворюється оксидна плівка, яка перешкоджає продовженню реакції. У вологому середовищі з’являється іржа.
Температура плавлення заліза
Залізо володіє пластичністю, добре піддається куванню і погано обробляється литтям. Цей міцний метал легко обробляється механічним способом, який використовується для виготовлення магнитоприводов. Хороша ковкість дозволяє його застосовувати для декоративних прикрас. Є залізо самим тугоплавким металом? Слід зазначити, що його температура плавлення дорівнює 1539 °C. А за визначенням, до тугоплавким відносяться метали, температура плавлення яких більше, ніж у заліза.
Однозначно можна сказати, що залізо – чи не найбільш тугоплавкий метал, і навіть не належить до цієї групи елементів. Він відноситься до среднеплавким матеріалів. Назвіть найбільш тугоплавкий метал? Таке питання не застане тепер вас зненацька. Можна сміливо відповідати – це вольфрам.
Замість висновку
Приблизно тридцять тисяч тонн в рік вольфраму виробляється в усьому світі. Цей метал неодмінно входить до складу найкращих сортів сталей для виготовлення інструментів. На потреби металургії витрачається до 95% всього вироблюваного вольфраму. Для здешевлення процесу в основному використовують більш дешевий сплав, що складається з 80% відсотків вольфраму і 20% заліза. Використовуючи властивості вольфраму, його сплав з міддю і нікелем застосовують для виробництва контейнерів, що використовуються під зберігання радіоактивних речовин. В радіотерапії цей же сплав використовується для виготовлення екранів, забезпечуючи надійний захист.
