Jaký kov vydrží 3000 stupňů?

Žáruvzdorné kovy jsou zařazeny do samostatné kategorie podle jejich minimální teploty tání – od +200 °C. Kromě toho jsou všechny takové kovy klasifikovány jako vzácné zeminy, to znamená, že jejich procento v zemské kůře je extrémně malé – 2-3%. V čisté formě se obtížně zpracovávají, ale jejich význam ve slitinách je těžké přeceňovat. Například žárovky fungují díky žáruvzdorným kovům.

Důvod odolnosti vůči ultravysokým teplotám spočívá ve struktuře atomů, elektrony na jejich drahách jsou umístěny velmi blízko sebe. Žáruvzdorné kovy jsou také odolné vůči deformaci. Přečtěte si více o vlastnostech a aplikacích žáruvzdorných kovů v našem materiálu.

Získávání žáruvzdorných kovů

Žáruvzdorné kovy vykazují vysokou chemickou aktivitu, snadno interagují s jinými prvky. To komplikuje jejich extrakci, protože kovy této skupiny jsou zřídka zachovány v čisté formě.

Při těžbě prvků této skupiny se kov nejprve získává v práškové formě pomocí speciálního zařízení. Dnes neexistují žádné technologie, které by umožňovaly efektivně extrahovat kovy ze skupiny žáruvzdorných kovů a oddělovat je od nečistot. Chemické sloučeniny žáruvzdorných kovů jsou nestabilní, což komplikuje jejich použití v průmyslu a snižuje kvalitu konečného produktu.

Metody získávání žáruvzdorných kovů

Redukce pomocí oxidu vodíku

Tato technologie získávání žáruvzdorných kovů v práškové formě vyžaduje stálou teplotu v rozmezí od +800 do +1000 °C, k čemuž se používají speciální pece. Nejčastěji se tato vícestupňová technika používá pro extrakci wolframu a molybdenu.

Redukce rhenátů vodíkem

Izolace rhenia touto technologií v průmyslovém měřítku se provádí při teplotách v rozmezí +480 až +520 °C. K vymytí alkálie z prášku použijte směs kyseliny chlorovodíkové a horké vody.

Prostřednictvím solí kovů

Technologie se nejčastěji používá při těžbě molybdenu. V procesu separace kovů se směs soli kovu a kovového prášku zahřívá od +550 do +900 °C v ochranném prostředí inertního plynu. Dále se molybden redukuje vodíkem při +820…+980 °C

V podstatě všechny způsoby výroby žáruvzdorných kovů jsou založeny na tzv. práškové metalurgii. Po získání výchozího materiálu ve formě prášku se z něj pomocí chemické redukce vodíkem uvolní požadovaný kov. Dále se získá hexafluorid kovu a kov se z něj izoluje v čisté formě.

Tavení žáruvzdorných kovů v práškové formě se provádí ve speciálních pecích, po kterých je kov kován (tažen) do drátu nebo plechů. Kromě ohřevu speciální zařízení současně lisuje kov a dává mu požadovaný tvar. Veškeré operace, vzhledem k vysoké chemické aktivitě surovin, probíhají v ochranném prostředí inertních plynů.

Oblasti použití žáruvzdorných kovů

Žáruvzdorné kovy jsou široce používány v průmyslu:

1. Jako legující přísady při tavení oceli.
2. V obráběcím průmyslu, strojírenství a automobilové výrobě.
3. Při výrobě součástek pro elektrotechniku ​​- elektrody, vlákna a další žáruvzdorné díly.
4. V letecké výrobě při výrobě proudových motorů.
5. Ve vojenském průmyslu především ve výrobě raket.
6. Do výroby zvláště pevných slitin pro střely, pancéřové prvky vojenské techniky a další vojenské výrobky od zbraní po ochranné prostředky.
7. Při výrobě barev, ohnivzdorných nátěrů a mnoha dalších oblastech výroby.
8. V jaderné energetice, kde zařízení pracují v extrémních teplotních podmínkách. Použití kovů ze skupiny žáruvzdorných umožňuje stabilní a bezpečný provoz jaderných elektráren.

Vlastnosti rhenia (Re)

Rhenium se nachází na pozici 75 v periodické tabulce chemických prvků. Z hlediska žáruvzdornosti jsou kovy ve své čisté formě (nemluvíme o slitinách) na druhém místě za wolframem. Za standardních podmínek má hustou strukturu a stříbřitou barvu. Ložiska rhenia se nacházejí po celém světě, ale kov byl původně objeven v Německu, za svůj název vděčí řece Rýn.

Za oficiální datum objevení tohoto prvku je považován rok 1925, kdy Walter Noddack objevil prvek, jehož existenci předpověděl Mendělejev již dávno předtím. V roce 1928 byli Ida Tacke a Otto Berg schopni získat kilogram rhenia z molybdenové rudy, přičemž na každý gram získané látky utratili více než 650 g suroviny.

Fyzikální vlastnosti:

• S hustotou 21 g/cm3 se rhenium řadí na 4. místo v tvrdosti.
• Rhenium taje při teplotě +3200 °C a vře při +5600 °C.
• Čistý prášek rhenia je plastický, ale jak se zpracovává, jeho tvrdost začíná prudce narůstat. Tento kov snadno odolá opakovanému zahřívání a ochlazování, aniž by ztratil svou pevnost.
• Z hlediska měrného odporu je rhenium ve své skupině bezkonkurenční.

Kov se vyskytuje všude, ale v tak nepatrném množství, že je právem považován za jeden z nejvzácnějších prvků periodické tabulky. Z toho plynou náklady na kov: v závislosti na chemické čistotě stojí prášek od 1 300 do 12 000 dolarů za kilogram. Lídry v těžbě kovů jsou dnes Spojené státy americké a Ruská federace. Prokázané zásoby pro rok 2020 byly podle propočtů asi 13 000 tun, toto množství vystačí na 150–200 let.

Používá se rhenium:

• K vytvoření povlaků, které chrání kov před korozí a mechanickým poškozením. Nátěry na bázi slitin rhenia jsou však několikanásobně dražší než chromové.;
• V chemickém průmyslu se používá k zakrytí vnitřních stěn nádob na skladování kyselin.
• Jako přísada do žáruvzdorných slitin.
• Při konstrukci raket a letadel jako legující přísada a také k vytvoření tepelně odolného povlaku na povrchu lopatek turbín nebo trysek motorů.

Obecně se rhenium v ​​průmyslu používá relativně málo kvůli jeho vzácnosti a vysoké ceně.

Důvody poptávky po tantalu (Ta)

Tento kov zaujímá 73. pozici v periodické tabulce prvků. Za standardních podmínek je tantal stříbřitý kov, někdy s namodralým nádechem, který mu dodává oxidový film. V roce 1802 objevil švédský vědec A. G. Ekeberg tantal ve dvou vzorcích hornin: ze Švédska a Finska. Kov byl získán v čisté formě až po 42 letech. Odtud název – na počest bájného hrdiny, kterého bohové odsoudili k věčnému utrpení.

Téměř 100 let po Ekebergově objevu izoloval německý badatel Bolton plastickou formu tohoto kovu.

Fyzikální vlastnosti:

• bod tání tantalu je +3000 °C a bod varu +5500 °C;
• s tažností srovnatelnou se zlatem má tantal velmi vysokou hustotu – asi 17 g/cm3;
• tantal dokonale absorbuje plyn a při zahřátí na +800 °C je schopen absorbovat 740 objemů plynu;
• při ochlazení na teplotu pod 4,5 K přechází tantal do supravodivého stavu;
• tantal je paramagnetický při teplotách do -3420 °C při nižších teplotách se stává feromagnetickým.

Hlavní ložiska tantalové rudy se nacházejí ve Francii, Egyptě a Thajsku. V zemské kůře je procento tohoto vzácného kovu 0,0002 %. Jeden kilogram tantalu stojí v průměru asi 250 amerických dolarů. Pokud mluvíme o kovu vyčištěném na 99,9 %, jeho cena přesahuje 4000 dolarů.

Aplikace tantalu v průmyslu:

• složka antikorozních a tepelně odolných nátěrů;
• laboratorní sklo odolné vůči agresivním chemickým činidlům;
• výměníky tepla jaderných elektráren (tantal nereaguje s parami cesia);
• supravodivé tyče v kryotronech.

V posledních letech našel tantal další neobvyklé využití. Díky schopnosti tohoto prvku vytvořit na povrchu odolný a krásný duhový oxidový film si klenotníci tento kov zamilovali.

Abyste získali 1 tunu čistého (80% nebo více) tantalu, budete muset zpracovat asi 3 tun horniny.

Žáruvzdorný kov Niob (Nb)

Niob, který zaujímal 41. pozici v periodické tabulce, izoloval z kolumbitu na začátku 1844. století Angličan Hatchet. Nejprve byl niob považován za variantu tantalu, protože tyto dva kovy jsou velmi podobné. V roce XNUMX výzkumník z Německa Heinrich Rose pojmenoval kov na počest své milované dcery.

Extrakce niobu z rudy probíhá ve třech fázích: otevření koncentrátu, separace niobu a tantalu a chemická redukce čistého niobu. Průmysl využívá karbotermické, aluminotermické a sodíkové tepelné technologie pro získávání niobu z rudy. Až na jeden izotop niobu je radioaktivní. Interakce člověka s kovovým prachem vede k podráždění sliznic, otravě a v těžkých případech až ochrnutí končetin.

Aplikace niobu:

• legovací přísady do oceli používané v leteckém průmyslu;
• legovací přísada do slitin neželezných kovů;
• výroba supravodivého drátu pro kryotrony;
• výroba elektrolytických kondenzátorů s vysokou měrnou tepelnou kapacitou;
• ražba pamětních mincí.

Hlavní objemy niobu se těží v Severní Americe, Japonsku a Brazílii. U nás se těžba niobu provádí na poloostrově Kola.

Aplikace molybdenu (Mo)

Čest objevit tento žáruvzdorný kov patří švédskému vědci Karlu Scheelemu, který v roce 1778 kalcinací kyseliny molybdenové získal oxid molybdenový. Kovový molybden získal v práškové formě v roce 1817 Jens Jakob Berzelius redukcí oxidu vodíkem. Molybden je měkký, tažný, stříbřitě bílý kov. Podle vědců obsahuje zemská kůra 3×10−4 % molybdenu.

Fyzikální vlastnosti:

• měkký tvárný kov s tvrdostí podle Mohse 4.5;
• paramagnetické;
• extrémně nízký koeficient tepelné roztažnosti;
• bod tání +2 600 °C, bod varu +4 650 °C.

Největší moderní ložiska molybdenu jsou v USA, Kanadě, Mexiku, Austrálii, Norsku, Rusku a Chile. Velké zásoby molybdenu (7 % světového celku) byly nalezeny v Arménii.

Aplikace molybdenu:

• jako legovací přísada při tavení žáruvzdorných nerezových ocelí;
• reakční katalyzátor v chemickém průmyslu;
• jako součást plynově dynamických laserových zrcadel;
• jako topný článek ve vysokoteplotních vakuových pecích.

V lidském těle hraje molybden mimořádně důležitou roli: podílí se na tkáňovém dýchání a posiluje práci antioxidantů. Ale inhalace molybdenového prachu vede k pneumokonióze, nevyléčitelné plicní chorobě.

Nejvíce žáruvzdorný kov je wolfram (W)

Wolfram vede skupinu žáruvzdorných kovů. Tepelnou odolností mu může konkurovat pouze jeden nekovový prvek periodické tabulky – uhlík. V periodické tabulce patří wolframu 74. pozice. Název kovu, přeložený jako „vlčí pěna“, pochází z minerálu wolframitu, který ztěžoval tavení cínu a přeměňoval rudu na strusku. Wolfram objevili v roce 1783 bratři Eluardové, podle jiné verze patří pocta objevu Karlu Scheelemu.

Fyzikální rysy vlastností wolframu:

• lesklý kov, šedavý odstín;
• bod tání +3400 °C, bod varu + 5 °C;
• hustota 19,25 g/cm3, což z něj dělá jeden z nejhustších prvků;
• paramagnetické;
• tvrdost 7,5 na Mohsově stupnici;
• plastické, snadno kovatelné, tažené do závitů nebo desek.

doporučené články

• Slitina železa a mědi: rozsah
• Uhlík v kovu a jeho vliv na vlastnosti materiálu
• Legované konstrukční oceli: vlastnosti a použití

Wolfram je vysoce odolný vůči korozi. Po zahřátí do červena tento kov pomalu vytváří oxidový film.

Aplikace wolframu:

• jako legovací přísada do žáruvzdorných a žáruvzdorných ocelí;
• jako legující přísada do nejlepších jakostí nástrojových ocelí;
• elektrody pro argonové obloukové svařování;
• topné články ve vakuových odporových pecích;
• ochrana před ionizujícím zářením.

Kilogram tohoto žáruvzdorného kovu se prodává za 110 dolarů. Nekvalitní kov kontaminovaný nečistotami lze zakoupit za 70 USD.

Vedoucí obchodního oddělení

Nejnovější články tohoto autora:

• Six Sigma a Lean Manufacturing: Lean Six Sigma jako způsob, jak zlepšit efektivitu podnikání
• Eloxování kovů: metody, vlastnosti, výhody
• Žíhání oceli: druhy, technologie, možné vady
• Výrobky z kovové sítě: všestrannost použití

Žáruvzdorná ocel se používá při výrobě různých dílů, které přicházejí do styku s agresivním prostředím a jsou vystaveny značnému zatížení, vibracím a vysokým tepelným účinkům. Patří sem například následující produkty: turbíny, pece, kotle, kompresory atd. Níže jsou uvedeny charakteristiky žáruvzdorných, žáruvzdorných slitin, klasifikace, jakosti a vlastnosti jejich použití.

Žáruvzdorná ocel (nebo odolná proti okují) je kovová slitina používaná v nezatíženém nebo mírně zatíženém stavu a schopná odolávat plynové korozi po dlouhou dobu při vysokých teplotách (více než 550 ºС). Žáruvzdorné kovy jsou výrobky, které si při vysokých tepelných vlivech zachovávají svou strukturu, nehroutí se a nejsou náchylné k plastické deformaci. Důležitou vlastností těchto kovů je podmíněná mez tečení a dlouhodobá pevnost. Žáruvzdorné slitiny mohou být žáruvzdorné, ale ne vždy tomu tak je, takže v agresivním prostředí se mohou rychle poškodit oxidací.

Vlastnosti žáruvzdorných a žáruvzdorných slitin

Pro zvýšení tepelné odolnosti se používají legující přísady, které zlepšují i ​​pevnost kovů. Díky legování se na povrchu slitin vytváří ochranný film, který snižuje rychlost oxidace produktů. Hlavní legující prvky: nikl, chrom, hliník, křemík. Během procesu ohřevu se tvoří ochranné oxidové filmy (Cr,Fe)2O3, (Al,Fe)2O. Při obsahu 5–8 % chrómu se tepelná odolnost oceli zvyšuje na 700–750 stupňů Celsia, u 17 % chrómu – až 1000 stupňů, u 25 % chrómu – až 1100 stupňů.

Žáruvzdorné druhy kovů jsou slitiny na bázi železa, niklu, titanu, kobaltu, zpevněné vysrážením přebytečných fází (karbidy, karbonitridy atd.). Chromniklové a chromniklmanganové oceli mají tepelnou odolnost. Při vystavení vysokým teplotám nejsou náchylné k tečení (pomalá deformace při konstantním zatížení). Teplota tavení žáruvzdorné oceli je 1400-1500 °C.

Klasifikace žáruvzdorných a žáruvzdorných slitin

Při teplotách do 300 ºС se používá běžná konstrukční (uhlíková) ocel – odolný a tepelně odolný kov. Pro práci v podmínkách nad 350 ºС je vyžadováno použití tepelně odolných kovů. Hlavní typy slitin se zvýšenou tepelnou odolností a tepelnou pevností:

• perlitické, martenzitické a austenitické;
• slitiny kobaltu a niklu;
• žáruvzdorné kovy.

Perlitické žáruvzdorné oceli zahrnují kotlové oceli a silchromy obsahující malé procento uhlíku. Teplota rekrystalizace materiálu se zvyšuje v důsledku legování molybdenem, chromem a vanadem. Slitiny se vyznačují dobrou svařitelností. Výroba martenzitických ocelí se provádí pomocí perlitických a chromových přísad, kalení při 950–1100 ºС. Obsahují více než 0,15% uhlíku, 11-17% chrómu, malá množství niklu, wolframu, molybdenu, vanadu. Martenzitické oceli jsou odolné vůči korozi v alkalických a kyselých roztocích, vysoké vlhkosti a při tepelném zpracování při 1050 stupních mají vysokou tepelnou odolnost.

Žáruvzdorné austenitické oceli mohou mít homogenní nebo heterogenní strukturu. Slitina s homogenní strukturou, která není tepelně zpracována, obsahuje minimum uhlíku a mnoho legujících prvků, což zajišťuje odolnost proti tečení. Takové materiály jsou vhodné pro použití při teplotách do 500 °C. V heterogenních tuhých roztocích, zpevněných tepelným zpracováním, vznikají karbidové, intermetalické a karbonitridové fáze, což zajišťuje použití žáruvzdorných slitin při namáhání při teplotách do 700 °C.

Slitiny niklu a kobaltu se používají při teplotách do 900 °C: používají se při výrobě turbín proudových motorů a jsou to nejlepší tepelně odolné materiály. Slitiny kobaltu mají o něco horší tepelnou odolnost než slitiny niklu a jsou vzácnější. Vyznačují se vysokou tepelnou vodivostí, odolností proti korozi při vysokých teplotách a strukturální stálostí při dlouhodobém provozu.

Obsah niklu ve slitině niklu je přes 55 %, uhlíku 0,06-0,12 %. V závislosti na struktuře existují homogenní (nichromy) a heterogenní (nimonické) slitiny niklu. Nichromy na bázi niklu obsahují chrom jako legovací přísadu. Vyznačují se nejen tepelnou odolností, ale také vysokou tepelnou odolností. Nimonics se skládá z 20 % chrómu, 2 % titanu, 1 % hliníku. Třídy slitin: KhN77TYU, KhN55VMTFKYu, KhN70MVTYUB.

Při teplotách do 1500 stupňů a vyšších mohou pracovat žáruvzdorné slitiny vyrobené z žáruvzdorných kovů: wolfram, niob, vanad atd.

Teplota tání žáruvzdorných kovů.
kov	Teplota tání, ºC
Wolfram	3410
Tantal	O společnosti 3000
Vanad	1900
Niobium	2415
Zirkonium	1855
Rénium	3180
Molybden	O společnosti 2600

Nejoblíbenější je slitina molybdenu. Pro legování se používají prvky jako titan, zirkonium a niob. Aby se zabránilo korozi, je produkt silikonizován, což má za následek vytvoření ochranného povlaku na povrchu. Ochranná vrstva umožňuje používat tepelně odolné zařízení při teplotě 1700 stupňů po dobu 30 hodin. Dalšími běžnými žáruvzdornými slitinami jsou wolfram a 30 % rhenium, 60 % vanad a 40 % niob, slitina železa, niobu, molybdenu a zirkonu, tantal a 10 % wolframu.

Druhy žáruvzdorných a žáruvzdorných ocelí

Podle stavu struktury se rozlišují austenitické, martenzitické, perlitické a martenziticko-feritické žáruvzdorné kovy. Žáruvzdorné slitiny se dělí na feritické, martenzitické nebo austeniticko-feritické typy.

Aplikace martenzitických ocelí.
Třídy oceli	Výrobky ze žáruvzdorných ocelí
4Х9С2	Ventily automobilového motoru, provozní teplota 850–950 ºC.
1Х12H2ВМФ, Х6СМ, Х5М, 1Х8ВФ, Х5ВФ	Jednotky a díly pracující při teplotách do 600 ºC po dobu 1000–10000 hodin.
X5	Potrubí provozované při provozních teplotách do 650 ºC.
1Х8ВФ	Součásti parní turbíny, které pracují při teplotách až 500 ºC po dobu 10000 XNUMX hodin nebo déle.

Perlitické třídy se složením chrom-křemík a chrom-molybden z žáruvzdorné oceli: Kh13N7S2, Kh10S2M, Kh6SM, Kh7SM, Kh9S2, Kh6S. Sloučeniny chrom-molybdenu 12МХ, 12ХМ, 15ХМ, 20ХМЛ jsou vhodné pro použití při 450-550 °С, chrom-molybden vanadium 12Х1МФ, 15Х1М1Ф-15ФЛ při teplotách -1ФФХ. Používají se při výrobě turbín, uzavíracích armatur, pouzder přístrojů, parovodů, potrubí a kotlů.

Feritická ocel se vyrábí vypalováním a tepelným zpracováním, díky čemuž získává jemnozrnnou strukturu. Patří sem značky X28, X18SYU, 0X17T, X17, X25T, 1X12SYU. Obsah chrómu v takových slitinách je 25-33%. Používají se při výrobě výměníků tepla, zařízení pro chemickou výrobu (zařízení na pyrolýzu), zařízení pecí a dalších konstrukcí, které pracují dlouhou dobu při vysokých teplotách a nepodléhají velkému zatížení. Čím více chrómu je ve složení, tím vyšší je teplota, při které si ocel zachovává své výkonové vlastnosti. Žáruvzdorná feritická ocel nemá vysokou pevnost ani tepelnou odolnost, ale vyznačuje se dobrou tažností a dobrými technologickými parametry.

Martenziticko-feritická ocel obsahuje 10-14% chrómu, legující přísady vanad, molybden, wolfram. Materiál se používá při výrobě strojních prvků, parních turbín, zařízení jaderných elektráren, výměníků tepla pro jaderné a tepelné elektrárny, dílů určených pro dlouhodobý provoz při 600 ºC. Třídy oceli: 1Х13, Х17, Х25Т, 1Х12В2МФ, Х6СУ, 2Х12ВМБФР.

Austenitické oceli jsou široce používány v průmyslu. Žáruvzdorné a žáruvzdorné vlastnosti materiálu zajišťují nikl a chrom a legující přísady (titan, niob). Takové oceli si zachovávají technické vlastnosti, které jsou odolné vůči korozi při vystavení teplotám do 1000 ºC. Ve srovnání s feritickými oceli mají austenitické slitiny zvýšenou tepelnou odolnost a schopnost lisování, tažení a svařování. Tepelné zpracování kovů se provádí kalením při 1000–1050 °C.

Aplikace austenitických tříd.
Třídy oceli	Aplikace žáruvzdorných ocelí
08X18Н9Т, 12Х18Н9Т, 20Х25Н20С2, 12Х18Н9	Výfukové systémy, plechové a profilové díly, potrubí pracující při nízkém zatížení a teplotách do 600–800 °C.
36Х18Н25С2	Pecní nádoby, armatury, provozované při teplotách do 1100 °C.
Х12Н20Т3Р, 4Х12Н8Г8МФБ	Ventily motoru, díly turbín.

Austeniticko-feritické oceli mají zvýšenou tepelnou odolnost ve srovnání s konvenčními slitinami s vysokým obsahem chrómu. Tyto kovy se používají při výrobě nezatížených výrobků, provozní teplota je 1150 ºC. Pyrometrické trubky jsou vyrobeny z třídy X23N13 a dopravníky pece, nádrže na cementaci, trubky jsou vyrobeny z třídy X20N14S2, 0X20N14S2

Alfa-Steel je:

• Široká nabídka všech typů půjčoven dostupných skladem.
• Profesionální logistika: – minimální doba dodání objednávky – 1 hodina; — minimální náklady na doručení – 800 rublů. (konsolidovaný náklad).
• Profesionální poradenství ohledně jakéhokoli produktu a služby.