Il termine `` metallo refrattario '' è usato per descrivere un gruppo di elementi metallici che hanno punti di fusione eccezionalmente alti e sono resistenti all'usura, corrosionee deformazione.
Gli usi industriali del termine metallo refrattario si riferiscono più spesso a cinque elementi comunemente usati:
- Molibdeno (Mo)
- Niobio (Nb)
- Renio (Re)
- Tantalio (Ta)
- Tungsteno (W)
Tuttavia, definizioni più ampie hanno incluso anche i metalli meno comunemente usati:
- Cromo (Cr)
- Afnio (Hf)
- Iridio (Ir)
- Osmio (Os)
- Rodio (Rh)
- Rutenio (Ru)
- Titanio (Ti)
- Vanadio (V)
- Zirconio (Zr)
Le caratteristiche
La caratteristica identificativa dei metalli refrattari è la loro resistenza al calore. I cinque metalli refrattari industriali hanno tutti punti di fusione superiori a 3632 ° F (2000 ° C).
La resistenza dei metalli refrattari alle alte temperature, in combinazione con la loro durezza, li rende ideali per utensili da taglio e foratura.
I metalli refrattari sono anche molto resistenti agli shock termici, il che significa che il riscaldamento e il raffreddamento ripetuti non causeranno facilmente espansione, stress e screpolature.
I metalli hanno tutti un'alta densità (sono pesanti) e buone proprietà di conduzione elettrica e termica.
Un'altra proprietà importante è la loro resistenza allo scorrimento, la tendenza dei metalli a deformarsi lentamente sotto l'influenza dello stress.
Grazie alla loro capacità di formare uno strato protettivo, i metalli refrattari sono anche resistenti alla corrosione, sebbene si ossidino facilmente ad alte temperature.
Metalli refrattari e metallurgia delle polveri
A causa dei loro punti di fusione e durezza elevati, i metalli refrattari vengono spesso lavorati sotto forma di polvere e mai fabbricati mediante fusione.
Le polveri metalliche vengono prodotte in dimensioni e forme specifiche, quindi miscelate per creare la giusta miscela di proprietà, prima di essere compattate e sinterizzate.
La sinterizzazione comporta il riscaldamento della polvere metallica (all'interno di uno stampo) per un lungo periodo di tempo. Sotto il calore, le particelle di polvere iniziano a legarsi, formando un pezzo solido.
La sinterizzazione può legare metalli a temperature inferiori al loro punto di fusione, un vantaggio significativo quando si lavora con i metalli refrattari.
Polveri di carburo
Uno dei primi utilizzi di molti metalli refrattari è sorto all'inizio del XX secolo con lo sviluppo dei carburi cementati.
Widia, il primo carburo di tungsteno disponibile in commercio, è stato sviluppato dalla Osram Company (Germania) e commercializzato nel 1926. Ciò ha portato a ulteriori test con metalli altrettanto duri e resistenti all'usura, portando infine allo sviluppo di moderni carburi sinterizzati.
I prodotti di materiali in metallo duro spesso traggono vantaggio da miscele di diverse polveri. Questo processo di miscelazione consente l'introduzione di proprietà benefiche da diversi metalli, producendo così materiali superiori a ciò che potrebbe essere creato da un singolo metallo. Ad esempio, la polvere di Widia originale era composta dal 5-15% di cobalto.
Nota: vedere di più sulle proprietà dei metalli refrattari nella tabella in fondo alla pagina.
Applicazioni
Le leghe a base di metalli refrattari e i carburi sono utilizzati praticamente in tutti i principali settori, incluso elettronica, aerospaziale, automobilistica, chimica, mineraria, tecnologia nucleare, lavorazione dei metalli e protesi.
Il seguente elenco di usi finali per i metalli refrattari è stato compilato dalla Refractory Metals Association:
Metallo al tungsteno
- Filamenti per lampade incandescenti, fluorescenti e automobilistiche
- Anodi e target per tubi a raggi X.
- Supporti per semiconduttori
- Elettrodi per saldatura ad arco in gas inerte
- Catodi ad alta capacità
- Gli elettrodi per lo xeno sono lampade
- Sistemi di accensione automobilistica
- Ugelli a razzo
- Emettitori elettronici a tubo
- Crogioli per la lavorazione dell'uranio
- Elementi riscaldanti e schermi contro le radiazioni
- Elementi di lega in acciai e superleghe
- Rinforzo in compositi a matrice metallica
- Catalizzatori nei processi chimici e petrolchimici
- Lubrificanti
Molibdeno
- Aggiunte di lega in ferri, acciai, acciai inossidabili, acciai per utensili e superleghe a base di nichel
- Mandrini porta mola ad alta precisione
- Metallizzazione a spruzzo
- Stampi per pressofusione
- Componenti di motori missilistici e a razzo
- Elettrodi e bacchette per agitazione nella fabbricazione del vetro
- Elementi riscaldanti del forno elettrico, barche, scudi termici e rivestimento della marmitta
- Pompe di raffinazione dello zinco, lavatrici, valvole, agitatori e pozzetti per termocoppie
- Produzione di barre di controllo del reattore nucleare
- Cambia elettrodi
- Supporti e supporto per transistor e raddrizzatori
- Filamenti e fili di supporto per fari di automobili
- Getter per tubi a vuoto
- Gonne a razzo, coni e scudi termici
- Componenti missilistici
- Superconduttori
- Apparecchiature per processi chimici
- Scudi termici in forni sottovuoto ad alta temperatura
- Additivi per leghe in leghe ferrose e superconduttori
Carburo di tungsteno cementato
- Carburo di tungsteno cementato
- Utensili da taglio per la lavorazione dei metalli
- Apparecchiature di ingegneria nucleare
- Strumenti di estrazione mineraria e petrolifera
- La formatura muore
- Rulli di formatura del metallo
- Guide filo
Tungsteno Heavy Metal
- Boccole
- Sedi delle valvole
- Lame per il taglio di materiali duri e abrasivi
- Punte di penna a sfera
- Seghe e trapani per muratura
- Heavy Metal
- Scudi contro le radiazioni
- Contrappesi per aeromobili
- Contrappesi per orologi a carica automatica
- Meccanismi di bilanciamento della telecamera aerea
- Pesi di bilanciamento della pala del rotore dell'elicottero
- Inserti per mazze in oro
- Corpi di freccette
- Fusibili per armamenti
- Smorzamento delle vibrazioni
- Ordigni militari
- Pallini per fucile
Tantalio
- Condensatori elettrolitici
- Scambiatori di calore
- Riscaldatori a baionetta
- Pozzetti del termometro
- Filamenti per tubi a vuoto
- Apparecchiature per processi chimici
- Componenti di forni ad alta temperatura
- Crogioli per la manipolazione di metallo fuso e leghe
- Utensili da taglio
- Componenti di motori aerospaziali
- Impianti chirurgici
- Additivo per leghe in superleghe
Proprietà fisiche dei metalli refrattari
| genere | Unità | Mo | Ta | Nb | W | Rh | Zr |
| Tipica purezza commerciale | 99.95% | 99.9% | 99.9% | 99.95% | 99.0% | 99.0% | |
| Densità | cm / cc | 10.22 | 16.6 | 8.57 | 19.3 | 21.03 | 6.53 |
| libbre / pollice2 | 0.369 | 0.60 | 0.310 | 0.697 | 0.760 | 0.236 | |
| Punto di fusione | Celcius | 2623 | 3017 | 2477 | 3422 | 3180 | 1852 |
| ° F | 4753.4 | 5463 | 5463 | 6191.6 | 5756 | 3370 | |
| Punto di ebollizione | Celcius | 4612 | 5425 | 4744 | 5644 | 5627 | 4377 |
| ° F | 8355 | 9797 | 8571 | 10,211 | 10,160.6 | 7911 | |
| Durezza tipica | DPH (vickers) | 230 | 200 | 130 | 310 | -- | 150 |
| Conduttività termica (@ 20 ° C) | cal / cm2/cm°C/sec | -- | 0.13 | 0.126 | 0.397 | 0.17 | -- |
| Coefficiente di espansione termica | ° C x 10 -6 | 4.9 | 6.5 | 7.1 | 4.3 | 6.6 | -- |
| Resistività elettrica | Micro-ohm-cm | 5.7 | 13.5 | 14.1 | 5.5 | 19.1 | 40 |
| Conduttività elettrica | % IACS | 34 | 13.9 | 13.2 | 31 | 9.3 | -- |
| Resistenza alla trazione (KSI) | Ambient | 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 | -- | |
| Allungamento minimo (calibro 1 pollice) | Ambient | 45 | 27 | 15 | 59 | 67 | -- |
| Modulo di elasticità | 500 ° C | 41 | 25 | 13 | 55 | 55 | |
| 1000 ° C | 39 | 22 | 11.5 | 50 | -- | -- |
Fonte: http://www.edfagan.com