Тугоплавкие металлы — характеристики, свойства и применение

Тугоплавкость характеризуется повышенным значением температуры перехода из твердого состояния в жидкую фазу. Металлы, плавление которых осуществляется при 1875 ºC и выше, относят к группе тугоплавких металлов. По порядку возрастания температуры плавки сюда входят следующие их виды:

  • Ванадий
  • Хром
  • Родий
  • Гафний
  • Рутений
  • Вольфрам
  • Иридий
  • Тантал
  • Молибден
  • Осмий
  • Рений
  • Ниобий.

Современное производство по количеству месторождений и уровню добычи удовлетворяют только вольфрам, молибден, ванадий и хром. Рутений, иридий, родий и осмий встречаются в естественных условиях довольно редко. Их годовое производство не превышает 1,6 тонны.

Жаропрочные металлы обладают следующими основными недостатками:

  • Повышенная хладноломкость. Особенно она выражена у вольфрама, молибдена и хрома. Температура перехода у металла от вязкого состояния к хрупкому чуть выше 100 ºC, что создает неудобства при их обработке давлением.
  • Неустойчивость к окислению. Из-за этого при температуре свыше 1000 ºC тугоплавкие металлы применяются только с предварительным нанесением на их поверхность гальванических покрытий. Хром наиболее устойчив к процессам окисления, но как тугоплавкий металл он имеет самую низкую температуру плавления.

К наиболее перспективным тугоплавким металлам относят ниобий и молибден. Это связано с их распространённостью в природе, а, следовательно, и низкой стоимостью в сравнении с другими элементами данной группы.

Помимо этого, ниобий зарекомендовал себя как металл с относительно низкой плотностью, повышенной технологичностью и довольно высокой тугоплавкостью. Молибден ценен, в первую очередь, своей удельной прочностью и жаростойкостью.

Самый тугоплавкий металл встречаемый в природе — вольфрам. Его механические характеристики не падают при температуре окружающей среды свыше 1800 ºC. Но перечисленные выше недостатки плюс повышенная плотность ограничивают его область использования в производстве. Как чистый металл он применяется все реже и реже. Зато увеличивается ценность вольфрама как легирующего компонента.

Как был открыт данный металл?

Самый тугоплавкий металл в мире открыл ученый из Швеции К.В.Шееле (в 1781г.). Ему удалось синтезировать триокись вольфрама (именно так и был назван наиболее легкий из металлов), растворив руду в азотной кислоте. Пару лет спустя чистейший металл был получен химиками из Испании – Ф.Фермином и Х.Хосе де Элюаром, которые выделили его из вольфрамита. Однако в те времена данное открытие не особо впечатлило человечество, а все потому, что не существовало нужных технологий для обработки полученного металла.

Сравнительная таблица степени тугоплавкости чистых металлов

Следует отметить, что тугоплавкие материалы не ограничиваются исключительно металлами. К этой категории относится ряд соединений – сплавы и легированные металлы, разработанных, чтобы улучшить определенные характеристики исходного материала. Относительно чистых элементов, можно привести наглядную таблицу степени их температурной устойчивости. Возглавляет ее самый тугоплавкий металл, известный на сегодня, – вольфрам с температурой плавления 3422 0 С. Такая осторожная формулировка связана с попытками выделить металлы, обладающие порогом расплава, превосходящим вольфрам. Поэтому вопрос, какой металл самый тугоплавкий, может в будущем получить совсем иное определение.

Пороговые величины остальных соединений приведены ниже:

  • рений 3186;
  • осмий 3027;
  • тантал 3014;
  • молибден 2623;
  • ниобий 2477;
  • иридий 2446;
  • рутений 2334;
  • гафний 2233;
  • родий 1964;
  • ванадий 1910;
  • хром 1907;
  • цирконий 1855;
  • титан 1668.

Остается добавить еще один интересный факт, касающийся физических свойств жапропрочных элементов. Температура плавления некоторых из них чувствительная к чистоте материала. Ярким примером этому выступает хром, температура плавления которого может варьироваться от 1513 до 1920 0 С, в зависимости от химического состава примесей. Поэтому, данные интернет пространства часто разнятся точными цифрами, однако качественная составляющая от этого не страдает.

Хром в чистом виде

Свойства

Чтобы понимать, где лучше использовать материал, нужно знать свойства тугоплавких металлов. Из них изготавливаются детали для промышленного оборудования, техники и электроники. Характеристики тяжелых тугоплавких металлов будут описаны ниже.

Физические свойства

  1. Плотность — до 10000 кг/м3. У вольфрама этот показатель достигает 19000 кг/м3.
  2. Средняя температура плавления — 2500 градусов по Цельсию. Самая высокая температура плавления металла у вольфрама — 3390 градусов.
  3. Удельная теплоёмкость — 400 Дж.

Тугоплавкие предметы не выдерживают ударов и падений.

Химические свойства

  1. Это твердые вещества, обладающие высокой химической активностью.
  2. Прочная межатомная структура.
  3. Сопротивляемость длительному воздействию кислот и щелочей.
  4. Высокий показатель парамагнитности.

Эти материалы имеют некоторые недостатки. Главным из них является трудный процесс обработки и изготовления продукции из него.

Плюсы и минусы металла

Преимущества Недостатки
Электрическое сопротивление Высокая плотность
Температура плавления Слабая сопротивляемость окислению
Коэффициент линейного расширения Ломкость при низких температурах

6. Титан

Титан — это практически синоним прочности. Он обладает впечатляющей удельной прочностью (30-35 км), что почти вдвое выше, чем аналогичная характеристика легированных сталей.

Будучи тугоплавким металлом, титан обладает высокой устойчивостью к нагреву и истиранию, поэтому является одним из самых популярным сплавов. Например, он может быть легирован железом и углеродом.

Если вам нужна очень твердая и при этом очень легкая конструкция, то лучше чем титан металла не найти. Это делает его выбором номер один для создания различных деталей в авиа- и ракетостроении и судостроении.

Молибден и его сплавы являются наверное самыми частоиспользуемыми из всех тугоплавких. В промышленности часто используются сплавы легированные цирконием, бором, титаном, ниобием: сплавы ЦМ3, ЦМ6, ЦМ2А, ВМ3

Ниобий и его сплавы, благодаря высокой коррозионной стойкости, высокой жаропрочности (до 1300°C) и хорошей работе при нейтронном облучении, нашли широкое применение при изготовлении изделий атомной промышленности. В качестве примера сплавов на основе ниобия стоит назвать сплавы ВН2, ВН2А, ВН3.

Обзор топа самых высокопрочных металлов на Земле

Самые прочные металлы на планете Земля встречаются довольно редко. Большинство из них стоят значительно дороже золота. Эксперты Zuzako составили рейтинг износостойких металлов. Всего их 10.

А что из этого предпочтете Вы?

Иридий

Иридий не только самый прочный металл на планете Земля, он имеет наибольший удельный вес. В чистом виде иридий практически не существует, попадается в соединениях с осмием. Металл без преувеличения можно называть космическим, поскольку он содержится в метеоритах в больших количествах.

Существует гипотеза, что иридия в земной коре значительно больше. Просто он под собственной тяжестью постепенно погружается в менее плотные слои, опускаясь к ядру земли.

  • плотность 22.65 г/см 3 ;
  • цвет серебристо-белый;
  • температура плавления 2 466 ⁰C;
  • кипит при 4 428 ⁰C;
  • высокая коррозионная устойчивость;
  • устойчив к воздействию кислот, щелочей и других химических веществ;
  • не поддаётся механической обработке.

Иридий добавляют в другие металлы, чтобы придать им устойчивости к воздействию химически активных веществ. Используют при изготовлении термоизмерительных приборов, электрооборудования, медицинского инструмента.

Рутений

Высокопрочный металл относится к платиновой группе, несмотря на свою твёрдость, содержится в мышечных тканях всех живых существ. В переводе с древнего языка рутений означает Россия.

Тяжёлый металл открыл в 1844 году профессор Карл Клаус в лабораториях Казанского университета. Добывал он его из платиновой руды, привезённой с Урала. Сейчас металл получают из отходов, образующихся при очистке платины и разложении ядерных веществ.

  • плотность 12.4 г/см 3 ;
  • плавится при 2 334 ⁰C;
  • температура кипения 4 077 ⁰C;
  • химически инертный.
Читайте также  Клей для посуды контактирующей с пищей

При добавлении рутения золото приобретает чёрный цвет. Металл используется как добавка к сплавам при изготовлении деталей для космической отрасли, медицины, электроники.

Новости Партнеров

Новости

  • Народные новости
  • Фото
  • Видео
  • Новости Кемерова
  • Новости Новокузнецка
  • Новости Кузбасса
  • ДТП в Кемерове

Мы в соцсетях

  • ВКонтакте
  • Facebook
  • Twitter
  • Одноклассники
  • Youtube
  • Instagram
  • Viber

Реклама

  • Медиакит
  • Рекламная сетка страницы
  • pr@vse42.ru
  • +7 (3842) 75-55-55

Редакция

  • Выходные данные
  • news@vse42.ru
  • +7 (3842) 76-79-79

Все права на материалы, опубликованные на сайте VSE42.RU, принадлежат редакции и охраняются в соответствии с законодательством РФ.

Использование материалов, опубликованных на сайте VSE42.RU, допускается только с письменного разрешения правообладателя и с обязательной прямой гиперссылкой на страницу, с которой материал заимствован, при полном соблюдении требований Правил использования материалов. Гиперссылка должна размещаться непосредственно в тексте, воспроизводящем оригинальный материал VSE42.RU, до или после цитируемого блока.

О проекте VSE42.RU

VSE42.RU — Новости Кемерова, Кузбасса, России и мира — это информация о событиях, происходящих в городах Кемеровской области (Кемерово, Новокузнецк, Белово, Ленинск-Кузнецкий и др.) плюс выборка самых важных и интересных мировых и российских новостей.

Новости сайта дублируются в социальных сетях. К каждой новости можно добавить комментарий.

В разделе «Фоторепортажи», мы размещаем интересные фотографии, а также видеоролики со всего света. Раздел «Комментарии» — мнения известных людей по актуальным вопросам. Особый взгляд на факты и события в разделе «В цифрах». Мы проводим еженедельные «Опросы» среди наших читателей.

Удобная навигация, ежедневное обновление информации, ссылки на фото и видеорепортажи.

Новости в Кемерово и в Кузбассе — наш главный приоритет.

Адрес: 650000, Кемеровская Область, г.Кемерово, ул.Кузбасская 33а, 2 этаж
Техническая поддержка: support@vse42.ru