Termiä 'tulenkestävä metalli' käytetään kuvaamaan ryhmää metallielementtejä, joilla on poikkeuksellisen korkeat sulamispisteet ja jotka kestävät kulutusta, korroosioja muodonmuutos.
Termin tulenkestävä metalli teollisuuskäyttö viittaa useimmiten viiteen yleisesti käytettyyn elementtiin:
- Molybdeeni (Mo)
- Niobium (Nb)
- Renium (re)
- Tantaali (ta)
- Volframi (W)
Laajemmat määritelmät ovat kuitenkin sisällyttäneet myös harvemmin käytetyt metallit:
- Kromi (Cr)
- Hafnium (Hf)
- Iridium (Ir)
- Osmium (Os)
- Rodiumia (Rh)
- Rutiini (ru)
- Titaani (Ti)
- Vanadiini (V)
- Zirkonium (Zr)
Ominaisuudet
Tulenkestävien metallien tunnusmerkki on niiden lämmönkestävyys. Viiden teollisen tulenkestävän metallin sulamispisteet ovat yli 3632 ° F (2000 ° C).
Tulenkestävien metallien lujuus korkeissa lämpötiloissa yhdessä niiden kovuuden kanssa tekee niistä ihanteellisen työkalujen leikkaamiseen ja poraamiseen.
Tulenkestävät metallit kestävät myös hyvin lämpöshokkia, mikä tarkoittaa, että toistuva lämmitys ja jäähdytys ei aiheuta helposti laajenemista, rasitusta ja halkeilua.
Kaikilla metalleilla on suuret tiheydet (ne ovat painavia) sekä hyvät sähköä ja lämpöä johtavat ominaisuudet.
Toinen tärkeä ominaisuus on niiden vastustuskyky hiipimiseen, metallien taipumus deformoitua hitaasti stressin vaikutuksesta.
Koska tulenkestävät metallit ovat kykeneviä muodostamaan suojakerroksen, ne kestävät myös korroosiota, vaikka ne hapettuvat helposti korkeissa lämpötiloissa.
Tulenkestävät metallit ja jauhemetallurgia
Korkeasta sulamispisteestään ja kovuudestaan johtuen tulenkestävät metallit jalostetaan useimmiten jauheena eikä niitä koskaan valmisteta valamalla.
Metallijauheet valmistetaan tiettyihin kokoihin ja muotoihin, sitten sekoitetaan oikean ominaisuuksien yhdistelmän luomiseksi, ennen kuin ne tiivistetään ja sintrataan.
Sintraus käsittää metallijauheen lämmittämisen (muotissa) pitkäksi aikaa. Jauhehiukkaset alkavat sitoutua kuumassa, muodostaen kiinteän palan.
Sintraus voi sitoa metalleja niiden sulamispistettä alhaisemmissa lämpötiloissa, mikä on merkittävä etu tulenkestävien metallien kanssa työskenneltäessä.
Karbidijauheet
Yksi varhaisimmista tulenkestävien metallien käytöistä syntyi 1900-luvun alussa sementoitujen karbidien kehittyessä.
Widia, ensimmäinen kaupallisesti saatavilla oleva volframikarbidi, kehitti Osram Company (Saksa) ja markkinoi sitä vuonna 1926. Tämä johti jatkokokeisiin samalla kovilla ja kulutusta kestävillä metalleilla, mikä johti viime kädessä nykyaikaisten sintrattujen karbidien kehittämiseen.
Karbidimateriaalien tuotteet hyötyvät usein erilaisten jauheiden seoksista. Tämä sekoitusprosessi mahdollistaa hyödyllisten ominaisuuksien tuomisen erilaisista metalleista, mikä tuottaa materiaaleja, jotka ovat parempia kuin mitä yksittäinen metalli voisi luoda. Esimerkiksi alkuperäinen Widia-jauhe sisälsi 5-15% kobolttia.
Huomaa: Katso lisätietoja tulenkestävien metallien ominaisuuksista sivun alaosassa olevasta taulukosta.
Sovellukset
Tulenkestäviä metallipohjaisia seoksia ja karbideja käytetään käytännössä kaikilla suurimmilla teollisuudenaloilla, mukaan lukien elektroniikka, ilmailu, avaruusteollisuus, autoteollisuus, kemikaalit, kaivostoiminta, ydintekniikka, metallintyöstö ja proteesit.
Tulenkestävien metallien yhdistys on laatinut seuraavan tulenkestävien metallien lopullisten käyttötarkoitusten luettelon:
Volframi metalli
- Hehkulamput, loisteputket ja autolampun hehkulangat
- Anodit ja kohteet röntgenputkille
- Puolijohde tukee
- Elektrodit inertin kaasukaarihitsaukseen
- Suurikapasiteettiset katodit
- Ksenonin elektrodit ovat lamppuja
- Autojen sytytysjärjestelmät
- Rakettisuuttimet
- Elektroniset putkilähettimet
- Uraanin käsittelyyn tarkoitetut upokkaat
- Lämmityselementit ja säteilysuojukset
- Seostuselementit teräksissä ja superseoksissa
- Vahvistus metallimatriisikomposiiteissa
- Katalyytit kemiallisissa ja petrokemiallisissa prosesseissa
- Voiteluaineet
Molybdeeni
- Seosraudat, teräkset, ruostumattomat teräkset, työkaluteräkset ja nikkelipohjaiset superseokset
- Tarkat hiomalaikan karat
- Suihkuta metallointia
- Painevalu kuolee
- Ohjus- ja rakettimoottorien komponentit
- Elektrodit ja sekoitussauvat lasinvalmistuksessa
- Sähkökäyttöiset uunilämmityselementit, veneet, lämpösuojat ja äänenvaimennin
- Sinkin puhdistamopumput, pesulat, venttiilit, sekoittimet ja lämpöparikaivot
- Ydinreaktorin säätösauvan tuotanto
- Kytke elektrodit
- Tukee ja tukee transistoreita ja tasasuuntaajia
- Hehkulangat ja tukijohdot auton ajovaloille
- Tyhjiöputkiharjoittimet
- Rakettihameet, kartiot ja lämpösuojat
- Ohjukomponentit
- Suprajohteet
- Kemialliset prosessilaitteet
- Lämpösuojat korkean lämpötilan tyhjöuunissa
- Seostavat lisäaineet rautaseoksissa ja suprajohteissa
Sementoitu volframikarbidi
- Sementoitu volframikarbidi
- Leikkaustyökalut metallin työstöön
- Ydinsuunnittelulaitteet
- Kaivos- ja öljynporausvälineet
- Muodostuminen kuolee
- Metallirullat
- Langanohjaimet
Volframi Heavy Metal
- Holkit
- Venttiilin istuimet
- Terät kovien ja hankaavien materiaalien leikkaamiseen
- Kuulakärkikynän kärjet
- Muuraussahat ja porat
- Hevimetalli
- Säteilysuojat
- Lentokoneiden vastapainot
- Itsekäävät kellon vastapainot
- Ilmakameran tasapainotusmekanismit
- Helikopterin roottorin siipien tasapainopainot
- Kultaiset mailapainot
- Dart-rungot
- Aseiden sulakkeet
- Tärinänvaimennus
- Sotilaallinen taisteluväline
- Haulikkopelletit
Tantaali
- Elektrolyyttikondensaattorit
- Lämmönvaihtimet
- Pistinlämmittimet
- Lämpömittarikaivot
- Tyhjiöputken filamentit
- Kemialliset prosessilaitteet
- Korkean lämpötilan uunien komponentit
- Upokkaat sulan metallin ja seosten käsittelyyn
- Leikkaustyökalut
- Ilmailu- ja avaruustekniikan komponentit
- Kirurgiset implantit
- Seosseoslisäaine
Tulenkestävien metallien fysikaaliset ominaisuudet
| Tyyppi | Yksikkö | Mo | Ta | Huom | W | Rh | Zr |
| Tyypillinen kaupallinen puhtaus | 99.95% | 99.9% | 99.9% | 99.95% | 99.0% | 99.0% | |
| Tiheys | cm / cc | 10.22 | 16.6 | 8.57 | 19.3 | 21.03 | 6.53 |
| lbs / tuumaa2 | 0.369 | 0.60 | 0.310 | 0.697 | 0.760 | 0.236 | |
| Sulamispiste | Celcius | 2623 | 3017 | 2477 | 3422 | 3180 | 1852 |
| ° F | 4753.4 | 5463 | 5463 | 6191.6 | 5756 | 3370 | |
| Kiehumispiste | Celcius | 4612 | 5425 | 4744 | 5644 | 5627 | 4377 |
| ° F | 8355 | 9797 | 8571 | 10,211 | 10,160.6 | 7911 | |
| Tyypillinen kovuus | DPH (vickers) | 230 | 200 | 130 | 310 | -- | 150 |
| Lämmönjohtavuus (@ 20 ° C) | cal / cm2/cm°C/sec | -- | 0.13 | 0.126 | 0.397 | 0.17 | -- |
| Lämpölaajenemiskerroin | ° C x 10 -6 | 4.9 | 6.5 | 7.1 | 4.3 | 6.6 | -- |
| Sähköinen resistanssi | Mikro-ohm-cm | 5.7 | 13.5 | 14.1 | 5.5 | 19.1 | 40 |
| Sähkönjohtavuus | % IACS | 34 | 13.9 | 13.2 | 31 | 9.3 | -- |
| Vetolujuus (KSI) | Tunnelma | 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 | -- | |
| Pienin venymä (1 tuuman ulottuma) | Tunnelma | 45 | 27 | 15 | 59 | 67 | -- |
| Joustavuuden moduuli | 500 ° C | 41 | 25 | 13 | 55 | 55 | |
| 1000 ° C | 39 | 22 | 11.5 | 50 | -- | -- |
Lähde: http://www.edfagan.com