Изделия из тугоплавких металлов - GazSnabStroy.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Изделия из тугоплавких металлов

Тугоплавкие металлы

Тугоплавкие металлы были выделены в отдельный класс благодаря объединяющему их свойству — высокой температуре плавления. Она выше, чем у железа, которая равна 1539 °C. Поэтому металлы данной группы и получили такое название. Они принадлежат к числу так называемых редкоземельных элементов. Так, например, по распространённости в земной коре ниобий и тантал составляют 3%, а цирконий только 2%.

По температурному показателю плавления кроме перечисленных, к ним относятся металлы, так называемой платиновой группы. Ещё их называют благородными или драгоценными.

Определённая схожесть строения атома обусловила схожесть их свойств. На основании этого можно обобщить некоторые черты проявления таких металлов в земной коре и определиться с технологией их добычи, производства и переработки.

Свойства тугоплавких металлов

За счёт того, что они расположены в соседних группах периодической таблицы, физические свойства у тугоплавких металлов достаточно близкие:

  • Плотность металла колеблется в интервале от 6100 до 10000 кг/м 3 . По этому показателю выделяется только вольфрам. У него он равен 19000 кг/м 3 .
  • Температура плавления. Она превышает температуру плавления железа и колеблется от 1950 °С у ванадия до 3395 °С у вольфрама.
  • Удельная теплоёмкость у них незначительно отличается друг от друга и находится в пределах от 200 до 400 Дж/(кг-град).
  • Коэффициент теплопроводности сильно меняется от элемента к элементу. Если у ванадия он равен 31 Вт/(м-град), то у вольфрама он достигает величины в 188 Вт/(м-град).

Физические свойства тугоплавких металлов

Химические свойства также достаточно схожие:

  • Очень похожее строение атома.
  • Обладают высокой химической активностью. Это свойство определяет основные трудности при сохранении стабильности их соединений.
  • Прочность межатомных связей определяет высокую температуру плавления. Это обстоятельство объясняет высокую механическую прочность, твёрдость и электрические характеристики (в частности сопротивление).
  • Проявляют хорошую устойчивость при воздействии различных кислот.

К основным недостаткам тугоплавких металлов относятся:

  • Низкая коррозийная стойкость. Процесс окисления происходит достаточно быстро. Его разделяют на две последовательные стадии. Непосредственное взаимодействие металла с кислородом окружающего воздуха, что приводит к образованию оксидной плёнки. На второй стадии происходит процесс диффузии (проникновения) атомов кислорода через образовавшуюся оксидную плёнку.
  • Трудности со свариваемостью тугоплавких металлов. Это вызвано высокой химической активностью к окружающему воздуху при высоких температурах, хрупкостью при насыщении различными примесями. Кроме того, трудно определить точку перегрева и практически невозможно контролировать повышение предела текучести.
  • Трудности их получения использования в чистом виде без примесей.
  • Необходимость применения специальных покрытий от быстрого окисления. Для сплавов, основу которых составляет вольфрам и молибден, разработаны силицидные покрытия.
  • Трудности, связанные с механической обработкой. Для качественной обработки их сначала необходимо нагреть.

Производство тугоплавких металлов

Все способы производства тугоплавких металлов основаны на методиках так называемой порошковой металлургии. Сам процесс происходит в несколько этапов:

  1. На начальном этапе получают порошок металла.
  2. Затем методами химического восстановления (обычно аммонийных солей или оксидов) выделяют требуемый металл. Такое выделение получается в результате воздействия на порошок водорода.
  3. На завершающем этапе получают химическое соединение, называемое гексафторидом соответствующего металла, и уже из него сам металл.

Применение тугоплавких металлов

Начиная со второй половины двадцатого века тугоплавкие металлы стали применяться во многих отраслях промышленного производства. Порошки тугоплавких металлов используются для производства первичной продукции. Тугоплавкие металлы вырабатывают в виде проволоки, слитков, арматуры, прокатного металла и фольги.

Отдельное место такие металлы занимают в технологии выращивания лейкосапфиров. Они относятся к классу монокристаллов и называются искусственными рубинами.

Изделия из тугоплавких металлов входят в состав бытовых и промышленных электрических приборов, огнеупорных конструкций, деталей для двигателей авиационной и космической техники. Особое место занимают тугоплавкие металлы при производстве деталей сложной конфигурации.

Вольфрам

Этот металл открыли в далёком 1781 г. Его температура плавления равна 3380 °С. Поэтому он на сегодняшний день является самым тугоплавким металлом. Получают вольфрам из специального порошка, подвергая его химической обработке. Этот процесс основан на прессовании с последующим спеканием при высоких температурах. Далее его подвергают ковке и волочению на станках. Это связано с его наибольшей тугоплавкостью. Так получают волокнистую структуру (проволоку). Она достаточно прочная и практически не ломается. На конечном этапе его раскатывают в виде тонких нитей или гибкой ленты. Для проведения механической обработки необходимо создать защитную среду из инертного газа. В этой среде температура должна превышать 400 °С. При температуре окружающей среды он приобретает свойства парамагнетика. Ему присущи следующие недостатки:

  • сложность в создании условий для механической обработки;
  • быстрое образование на поверхности оксидных плёнок. Если в контакте имеются серосодержащие вещества, образуются сульфидные плёнки;
  • создание хорошего электрического контакта между несколькими деталями возможно только при создании большого давление.

Для улучшения свойств вольфрама (тугоплавкости, устойчивости к коррозии, износостойкости) в него добавляют легирующие металлы. Например, рений и торий.

Металл используется для производства нитей накаливания для осветительных и сушильных ламп. Его добавляют в сварочные электроды, элементы электронных ламп и рентгеновских трубок. Также применяется при производстве элементов ракет, в реактивных двигателях, артиллерийских снарядах.

Молибден

По внешнему виду и характеристикам очень похож на вольфрам. Главным отличием является то, что его удельный вес почти в два раза меньше. Его получают аналогичным образом. Он широко применяется в радиоэлектронной промышленности, для изготовления различных испарителей в вакуумной технике, разрывных электрических контактов. Как и вольфрам, он является парамагнетиком. Для изготовления электродов стекловаренных (стеклоплавильных) печей он просто незаменим.

Ниобий

Температура плавления ниобия составляет 2741 °С. По своим химическим, физическим и механическим свойствам очень напоминает тантал. Он достаточно пластичен. Обладает хорошей свариваемостью и высокой теплопроводностью даже без дополнительного нагрева. Как и все остальные металлы его получают из порошка. Конечные заготовки из ниобия – проволока, лента, труба.

Сам металл и его сплавы демонстрируют эффект сверхпроводимости. Его широко применяют для изготовления анодов, экранных и антидинатронных сеток в электровакуумных приборах. Благодаря хорошей пористости, его успешно применяют в качестве газопоглотителей. В микроэлектронике он идёт на изготовление резисторов в микросхемах.

Ниобий хорошо себя проявил в качестве легирующей добавки. Используется при создании различных жаростойких конструкций, агрегатов работающих в агрессивных и радиоактивных средах. Из сплава стали и ниобия изготавливают некоторые элементы реактивных двигателей. Благодаря его свойству не взаимодействовать с радиоактивными веществами при высоких температурах, например, с ураном, применяется при изготовлении оболочек для урановых элементов, отводящих тепло в реакторах.

Тантал

Внешне имеет светло-серый цвет с небольшим голубоватым оттенком. Температура плавления близка к 3000 °С. Хорошо поддается основным видам обработки. Его можно ковать, прокатывать, производить волочение для изготовления проволоки. Эти операции не требуют значительного нагрева. Для удобства дальнейшего использования тантал изготавливают в форме фольги и тонких листов. Повышение температуры вызывает активное взаимодействие со всеми газами, кроме инертных – с ними никаких реакций не наблюдается.

Из тантала производят внутренние элементы генераторных ламп (магнетронов и клистронов). Он активно используется при производстве пластин в электролитических конденсаторах. Очень удобен для изготовления пленочных резисторов. Активно применяется для изготовления так называемых лодочек в испарителях, в которых осуществляется термическое напыление различных материалов на тонкие пленки.

Ввиду ряда своих уникальных качеств, считается незаменимым в ядерной, аэрокосмической и радиоэлектронной промышленности.

Рений

Был открыт позже всех из перечисленных ранее металлов. Он полностью оправдывает свое название «редкоземельный металл», потому что находится в небольших количествах в составе руды других металлов, таких как платина или медь. В основном его используют как легирующую добавку. Полученные сплавы приобретают хорошие характеристики прочности и ковкости. Это один из самых дорогих металлов, поэтому его применение приводит к резкому увеличению цены всего оборудования. Те не менее, его применяют в качестве катализатора.

Хром — уникальный металл. Широко применяется в промышленности благодаря своим замечательным свойствам: прочности, устойчивости к внешним воздействиям (нагреву и коррозии), пластичности. Достаточно твердый, но хрупкий металл. Имеет серо-стальной цвет. Весь необходимый хром извлекают из руды двух видов хромита железа или окиси хрома.

Основными его свойствами являются:

  • Даже при нормальной температуре обладает почти идеальным антиферромагнитным упорядочением. Это придаёт ему отличные магнитные свойства.
  • По-разному реагирует на воздействие водорода и азота. В первом случае сохраняет свою прочность. Во втором, становится хрупким и полностью теряет все свои пластические свойства.
  • Обладает высокой устойчивостью против коррозии. Это происходит благодаря тому, что при взаимодействии с кислородом на поверхности образуется тонкая защитная плёнка. Она служит для защиты от дальнейшей коррозии.

Он используется в металлургической, химической, строительной индустриях. Хром, как легирующая добавка, обязательно используется для производства различных марок нержавеющей стали. Особое место занимает при изготовлении такого материала как нихром. Этот материал способен выдерживать очень высокие температуры. Поэтому его используют в различных нагревательных элементах. Хромом активно покрывают поверхности различных деталей (металла, дерева, кожи). Это процесс осуществляется с помощью гальваники.

Токсичность некоторых солей хрома используют для сохранения древесины от повреждения, вредного воздействия грибков и плесени. Они также хорошо отпугивают муравьёв, термитов, насекомых разрушителей деревянных конструкций. Солями хрома обрабатывают кожу. Хром применяется при изготовлении различных красителей.

Благодаря высокой теплостойкости его используют как огнеупорный материал для доменных печей. Каталитические свойства соединений хрома успешно используют при переработке углеводородов. Его добавляют при производстве магнитных лент наивысшего качества. Именно он обеспечивает низкий коэффициент шума и широкую полосу пропускания.

Тугоплавкие металлы – описание, изделия из тугоплавких Металлов

Определение “тугоплавкие металлы” не требует дополнительных пояснений в силу исчерпывающей информативности самого термина. Единственным нюансом остается пороговая температура плавления, после которой вещество можно считать тугоплавким.

Читайте также:  Изделия из пластика своими руками

Разногласия в критическом параметре

Одни источники устанавливают пороговую величину как 4000 F. В переводе на привычную шкалу это дает 2204 0 С. Согласно этому критерию, к жаропрочным относятся только пять элементов: вольфрам, ниобий, рений, тантал и молибден. Например, температура плавления вольфрама составляет 3422 0 С.

Видео – плавка вольфрама водородной горелкой

Другое утверждение позволяет расширить класс температуростойких материалов, поскольку принимает за точку отсчета температуру плавления железа – 1539 0 С. Это позволяет увеличить список еще на девять элементов, включив в него титан, ванадий, хром, иридий, цирконий, гафний, родий, рутений и осмий.

Существует еще несколько пороговых величин температуры, однако они не получили широкого распространения.

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:

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

Общие свойства жаропрочных материалов

Относительная схожесть физико-химических характеристик данных элементов, обусловлена общностью атомного строения и тем, что они оказываются переходными металлами. Напротив, различия в свойствах, связаны с их принадлежностью к широкому спектру групп Периодической таблицы: IV – VII.

Базовая общая характеристика тугоплавких материалов – прочные межатомные связи. Для их разрыва требуется высокая энергия, которая и обуславливает температуру плавления в тысячи градусов по Цельсию. Дополнительно, данное свойство сказывается на высоких значениях таких параметров тугоплавких металлов, как: твердость, механическая прочность, электрическое сопротивление.

Следующая характеристика, объединяющая данные элементы, – высокая химическая активность. Она связана с общей тенденцией тугоплавких металлов образовывать химические связи посредством свободной p- и частично заполненной d-орбитали, отдавая электроны с наружных уровней s и d. Это свойство затрудняет получение чистых тугоплавких металлов, разбивая технологическое производство на несколько этапов.

Строение жаропрочных элементов также идентично, все они характеризуются объемно-центрированной кубической кристаллической решеткой. Для этой структуры характерно “охрупчивание”. Исключение составляет рений, обладающий гексагональной ячейкой. Переход в хрупкое состояние для каждого металла происходит при определенной температуре, регулирование которой достигается при помощи легирования.

Каждый тугоплавкий металл, по определению жаропрочный, однако не любой из них жаростойкий. Большинство тугоплавких металлов устойчивы к окислению и действию агрессивных сред: кислоты, щелочи; в обычных условиях. Однако, с повышением температуры до 400 0 С их активность аномально возрастает. Это требует создания определенных условий эксплуатации. Поэтому, изделия из тугоплавких металлов, при повышенных температурах использования, часто помещают в атмосферу инертных газов или добиваются степени разреженности воздуха до условий вакуума.

Получение тугоплавких материалов

Как отмечалось ранее, основной препятствующий фактор производству жаропрочных металлов их высокая химическая активность, препятствующая выделению элементов в чистом виде.

Основной технологией получения остается порошковая металлургия. Данная методика позволяет получать порошки тугоплавких металлов различными способами:

  1. Восстановление триоксидом водорода. Процесс производится в несколько этапов, внутри многотрубных печей при 750 – 950 °С. Технология применима под порошки тугоплавких металлов: вольфрам и молибден.
  2. Восстановлением водородом перрената. Схема реализуется в производстве металлического рения. Рабочие температуры составляют около 500 °С. Заключительная стадия предусматривает отмывание порошка от щелочи. Для этого последовательно используется горячая вода и раствор соляной кислоты.
  3. Использование солей металлов. Технология развита для выделения молибдена. Основным сырьем выступает аммонийная соль металла и его металлический порошок, вводимый в смесь на уровне 5 – 15% от массы. Состав проходит термическую обработку 500 – 850 °С в проточном инертном газе. Восстановление металла проходит в атмосфере водорода при температурах 800 – 1000 °С.

Производство тугоплавких металлов – порошковая металлургия

Экскурсия на производство

Способы получения жаропрочных металлов продолжают совершенствоваться, как и химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов, что связано с развитием ядерной энергетики, авиастроения, появлением новых моделей ракетных двигателей.

Одно из крупнейших предприятий по производству вольфрама на территории РФ – унечский завод тугоплавких металлов. Этот предприятие относительно молодое, строительство его началось в 2007 году на территории населенного пункта Унеча. Производственный акцент завода направлен на порошки тугоплавких металлов, точнее вольфрама и его карбидов.

В дальнейшем, для получения слитков рассыпчатую массу спекают или сдавливают прессом. Подобным образом порошки тугоплавких металлов обрабатываются для производства жаропрочных изделий.

Применение тугоплавких материалов

Применение чистых жаропрочных металлов имеет приоритеты по ряду направлений:

  • сверхзвуковая авиация;
  • производство космических кораблей;
  • изготовление управляемых снарядов, ракет;
  • электронная и вакуумная техника.

Последний пункт затрагивает электроды электровакуумных радиоламп. Например, высокочистый ниобий используется для производства сеток, трубок электронных деталей. Также из него изготавливаются электроды – аноды электровакуумных приборов.

Аналогичное применение свойственно молибдену, вольфраму. Эти металлы в чистом виде используются не только как нити накаливания, но и под электроды радиоламп, крючки, подвески электровакуумного оборудования. Монокристаллы вольфрама, напротив, эксплуатируются как подогреватели электродов, в частности катодов, а также при изготовлении электрических контактов, предохранителей.

Чистые ванадий и ниобий используются в ядерной энергетике, где их них изготовлены трубы атомных реакторов, оболочки тепловыделяющих элементов. Область применения высокочистого тантала – химия (посуда и аппаратура), поскольку металл обладает высокой стойкостью к коррозии.

Отдельно следует рассматривать тугоплавкий припой, поскольку он не включает металлов, имеющих высокие температуры плавления. Например, тугоплавкое олово не содержит порошки тугоплавких металлов. В качестве добавок тут используются медь, серебро, никель или магний.

Тугоплавкие металлы и сплавы востребованы как прокат, так и в других сферах. В частности, применение сплавов обусловлено способностью, модифицировать определенные свойства металла: понизить температуру охрупчивания, улучшить жаропорочные характеристики.

Прокат из тугоплавких металлов достаточно широк по ассортименту и включает:

Термоэлектродная проволока вольфрам-рениевая

Наиболее крупным отечественным производителем данного типа продукции выступает опытный завод тугоплавких металлов и твердых сплавов.

Изделия из тугоплавких металлов

Группа компаний «Вольфрамофф» предлагает свои услуги по производству готовых изделий из тугоплавких металлов, отражая потребительский спрос, повышая удобство сотрудничества для организаций различного формата. На данной странице сайта Вы можете ознакомиться с перечнем доступной для покупки продукции, в числе которой:

  • Поликор (современный нетканый материал, использующийся в качестве наполнителя/подложки). Данный вид изделий имеет востребованность в изготовлении строительных материалов, судостроительстве, автомобилестроении, различных промышленных направлениях.
  • Мишени из титана, вольфрама, тантала, молибдена, ниобия, циркония, никеля, меди, ванадия. Главное назначение – обеспечение процесса нанесения современных покрытий, в том числе с неметаллической основой. Распыляемые мишени могут отличаться материалом изготовления, формой, целевой направленностью.
  • Термопары (используются для измерения высоких температур, работы в агрессивных условиях, в том числе в составе измерительных приборов промышленного назначения). На нашем сайте можно приобрести термозонды, термоэлектрические преобразователи, а также сырьевые материалы для изготовления термопар.
  • Тепловые экраны. Применение тугоплавких металлов позволяет создавать специальные защитные сооружения, которые ограждают детали, механизмы и электронные компоненты от воздействия высоких температур. Тепловые экраны чаще всего изготавливаются на основе вольфрама и молибдена, их сплавов и некоторых других материалов.
  • Нагреватели (электрические компоненты, способные переносить экстремально высокие температуры). Данный вид продукции используется в составе промышленных нагревательных установок, печей и т.д. Твердые сплавы и тугоплавкие металлы могут работать в условиях до 2500°C.
  • Вакуумные печи (рабочие камеры промышленного назначения). Такое оборудование является незаменимым во многих производственных направлениях, используясь для термообработки, пайки, закалки, литья, отжига деталей из стекла, металла, керамики в условиях вакуума, безокислительной среды.

Каждый раздел включает в себя несколько подкатегорий, упрощая процесс выбора готовых изделий из тугоплавких металлов. Не нашли нужный вам товар? Вы можете приобрести сырьевые материалы для самостоятельного его изготовления, в виде порошка, полуфабриката (ленты, проволоки, круга и т.д.).

Производство конечной продукции под заказ

Узкая специализация сайта, а также высокая стоимость металлов не позволяет иметь в наличии все разнообразие изделий из тугоплавких сплавов. Поэтому на данной площадке представлены только самые востребованные виды изделий, как правило, обладающие стандартными параметрами (техническими характеристиками, свойствами, размерами, формой). Эта особенность хорошо известна нашим постоянным клиентам, многие из которых основывают сотрудничество на индивидуальном взаимодействии. Они заказывают изготовление конкретной продукции по собственным чертежам, отражая в заказе не только требования к геометрии, но и составу, свойствам, условиям эксплуатации и т.д.

Применение тугоплавких металлов в силу их плохой обрабатываемости требует использования особого оборудования. Группа компаний «Вольфрамофф» обладает самой современной производственной базой, позволяющей:

  • выполнять конкретные виды работ (нарезать прутки нужной длины, сверлить отверстия конкретного размера и т.д.);
  • восстанавливать/обновлять старые детали, ленту;
  • формировать обмотку из тугоплавкой проволоки нужного диаметра, плотности и длины;
  • изготавливать любые виды электродов, стандартные изделия из редких марок тугоплавких сталей, внедрять уникальные разработки;
  • находить оптимальные составы, формы и размеры для решения поставленных перед нами конкретных задач;
  • изготавливать продукцию с высокой геометрической точностью, что особенно важно в работе с профессиональными станками, приборами, техникой.
Читайте также:  Как изготовить ворота из профнастила своими руками

Наша команда состоит из специалистов разного профиля, что позволяет решать самые сложные задачи в короткие сроки. Зачем покупать дорогостоящее оборудование для работы с твердыми сплавами и тугоплавкими металлами, когда можно поручить ряд работ сторонней организации? Данный подход в 90% случает имеет хорошие финансовые перспективы, делая сотрудничество с группой компаний «Вольфрамофф» взаимовыгодным и перспективным.

В данном разделе сайта вы можете купить: поликор разных марок и размеров, вольфрамовый волновод, тугоплавкие мишени, термопарную проволоку, готовые термопары, преобразователи, экранные блоки печей, клепанные нагреватели, молибденовые и вольфрамовые экраны, электроды, испарители, гнутые, прямые, ленточные, пластинчатые нагреватели, вакуумные печи и многое другое. Вопросы по наличию продукции и её выбору можно задать нашим менеджерам.

Шлифовщик изделий из твердых сплавов и тугоплавких металлов

§ 45. Шлифовщик изделий из твердых сплавов и тугоплавких металлов 2-го разряда

Характеристика работ. Шлифование, доводка и виброабразивная обработка пластин из твердых сплавов и тугоплавких металлов с нормальной степенью точности и шероховатостью Ra 1,25 – 0,63 (7 – 8 классам чистоты) на шлифовальных, плоскодоводочных станках и станках объемной виброабразивной обработки по технологии, не содержащей дополнительных требований к установленным режимам обработки и обрабатываемым пластинам. Установка и выверка деталей на станках и приспособлениях. Очистка пылесборников, циклонов, влагоуловителей и другого обслуживаемого оборудования. Сбор и сортировка отходов. Транспортировка материалов, заготовок и готовой продукции.

Должен знать: устройство однотипных шлифовальных станков; наименование, назначение и условия применения наиболее распространенных приспособлений; устройство простого и средней сложности контрольно-измерительного инструмента; основные сведения о шлифовальных кругах, о допусках и посадках, степенях точности и параметрах шероховатости (классах чистоты обработки); назначение и свойства охлаждающих и смазывающих жидкостей.

§ 46. Шлифовщик изделий из твердых сплавов и тугоплавких металлов 3-го разряда

Характеристика работ. Шлифование, доводка и виброабразивная обработка пластин из твердых сплавов и тугоплавких металлов с нормальной и повышенной степенью точности и шероховатостью Ra 0,63 – 0,32 (8 – 9 классам чистоты) на шлифовальных, плоскодоводочных станках и станках объемной виброабразивной обработки по технологии, не содержащей дополнительных требований к установленным режимам обработки и обрабатываемым пластинам. Подналадка обслуживаемых станков. Установка и правка шлифовальных кругов, юстировка дисков и носителей с применением грузоподъемных механизмов и приспособлений. Установка приспособлений и оснастки, деталей на станках с выверкой по индикатору. Исправление формы резцов заточкой на станках. Контроль качества обработки с помощью стандартных инструментов и специальных приспособлений. Приготовление обрабатывающих смесей, суспензий и паст стандартного состава по установленной технологии. Очистка и обезжиривание обрабатываемых изделий.

Должен знать: теоретические основы технологии обработки изделий из твердых сплавов и тугоплавких металлов; устройство, правила подналадки и проверки на точность обслуживаемого оборудования; устройство и правила применения универсальных и специальных приспособлений и оснастки; назначение и правила пользования применяемыми контрольно-измерительного инструмента и приборов; способы правки шлифовальных кругов и условия их применения в зависимости от обрабатываемых материалов и чистоты обработки; параметры процесса обработки и влияние их на качество и однородность продукции; правила выбора режимов обработки в зависимости от марки сплава, формы и требуемых свойств изделий; характеристики применяемых материалов, шлифовальных кругов и отходов; основные свойства, обозначения и состав обрабатываемых материалов; обозначения, классификацию и технические требования, предъявляемые к заготовкам и изделиям из твердых сплавов; виды и причины брака, способы его устранения; состав и свойства стандартных абразивных смесей, суспензий, паст, очистных и моющих растворов; допуски и посадки, степени точности и параметры шероховатости (классы чистоты обработки).

§ 47. Шлифовщик изделий из твердых сплавов и тугоплавких металлов 4-го разряда

Характеристика работ. Шлифование, доводка и виброабразивная обработка пластин, прокатных валков, деталей штампов и других изделий из твердых сплавов и тугоплавких металлов с высокой степенью точности и шероховатостью Ra 0,32 – 0,16 (9 – 10 классам чистоты) на шлифовальных, плоскодоводочных станках и станках объемной виброабразивной обработки по технологии, содержащей дополнительные требования к установленным режимам обработки и обрабатываемым изделиям. Наладка обслуживаемых станков. Выбор и правка шлифовальных кругов фасонного профиля, дисков и носителей с выверкой по индикатору. Исправление форм фасонных резцов заточкой на станке. Выбор параметров процессов шлифования и доводки, регулирование их в зависимости от дополнительных требований, предъявляемых к изделиям, в том числе при использовании нестандартных заготовок и при исправлении брака. Установка деталей на станках с выверкой по индикатору в двух плоскостях. Контроль качества обработки и размеров изделий с помощью специальных приборов и оптических устройств. Очистка и промывка изделий на ультразвуковых очистных установках. Приготовление обрабатывающих смесей, паст, суспензий и моющих растворов по специальным техническим требованиям. Выявление и устранение неисправностей в работе обслуживаемого оборудования и участие в его ремонте.

Должен знать: устройство, кинематические схемы, правила подналадки и проверки на точность обслуживаемых станков, контрольно-измерительных приборов и приспособлений, применяемых для обработки изделий высокой степени точности; параметры процесса обработки и способы их корректировки для обеспечения дополнительных требований к изделиям из твердых сплавов или при применении специальных абразивных паст и смесей; характеристики материалов и шлифовальных кругов, применяемых при обеспечении специальных требований к изделиям из твердых сплавов; технические требования, предъявляемые к изделиям высокой степени точности.

§ 48. Шлифовщик изделий из твердых сплавов и тугоплавких металлов 5-го разряда

Характеристика работ. Шлифование с высокой и особо высокой степенью точности, притирка и доводка с параметром шероховатости Ra 0,16 – 0,04 (10 – 12 классам чистоты) пластин, прокатных валков, деталей штампов из твердых сплавов и тугоплавких металлов на шлифовальных, плоскодоводочных станках различных типов. Обработка твердых сплавов специального нестандартного состава с особыми свойствами. Выбор параметров обработки и регулирование их в зависимости от изменения температуры изделия (оснастки) или свойств материалов, применяемых в процессе обработки. Установка деталей на станках с выверкой в трех плоскостях. Изготовление эталонов и контрольных изделий.

Должен знать: основы производства и правила применения твердых сплавов; физические свойства твердых сплавов и влияние на них режимов обработки; конструктивные особенности и правила проверки на точность шлифовальных и плоскодоводочных станков, применяемых для обработки изделий с особо высокой степенью точности; расчеты, связанные с наладкой обслуживаемых станков; правила настройки и регулирования сложного контрольно-измерительного инструмента и приборов; правила определения режимов обработки нестандартных сплавов или изделий для обеспечения заданных свойств изделий из твердых сплавов.

§ 49. Шлифовщик изделий из твердых сплавов и тугоплавких металлов 6-го разряда

Характеристика работ. Шлифование с особо высокой степенью точности, притирка и доводка с параметром шероховатости Ra 0,02 – 0,01 (13 – 14 классам чистоты) пластин, копиров, эталонов, элементов матриц, пуансонов, эксцентриков, валков, деталей штампов, а также экспериментальных, уникальных, дорогостоящих деталей и инструмента из твердых сплавов и тугоплавких металлов по отработанной технологии и технологии, требующей подбора режимов обработки и обрабатывающего инструмента, на специальных и универсальных станках, в т.ч. на автоматических и полуавтоматических. Наладка станка с выполнением необходимых расчетов.

Должен знать: конструкцию и правила проверки на точность шлифовальных станков различных типов; способы установки, крепления и выверки особо сложных деталей и инструмента; методы определения последовательности обработки; методы подбора алмазного инструмента: выбор формы инструмента, зернистости, связки, концентрации и характеристики алмазного зерна; правила и способы заправки алмазных шлифовальных кругов для обработки сложных профилей; физико-механические свойства обрабатываемых материалов; причины возникновения брака при установке и обработке деталей; способы достижения точности и чистоты обработки.

Комментарии к профессии

Приведенные тарифно-квалификационные характеристики профессии «Шлифовщик изделий из твердых сплавов и тугоплавких металлов» служат для тарификации работ и присвоения тарифных разрядов согласно статьи 143 Трудового кодекса Российской Федерации. На основе приведенных выше характеристик работы и предъявляемых требований к профессиональным знаниям и навыкам составляется должностная инструкция шлифовщика изделий из твердых сплавов и тугоплавких металлов, а также документы, требуемые для проведения собеседования и тестирования при приеме на работу. При составлении рабочих (должностных) инструкций обратите внимание на общие положения и рекомендации к данному выпуску ЕТКС (см. раздел «Введение»).

Обращаем ваше внимание на то, что одинаковые и схожие наименования рабочих профессий могут встречаться в разных выпусках ЕТКС. Найти схожие названия можно через справочник рабочих профессий (по алфавиту).

3. Достоинства и недостатки тугоплавких металлов. Области применения тугоплавких металлов

Благодаря уникальному сочетанию свойств в технике особое внимание отводится ниобию, танталу, молибдену и вольфраму. Их объединяет:

высокая температура плавления;

высокая прочность и жаростойкость;

высокая коррозионная стойкость при низких температурах;

доступность – рудные запасы этих металлов достаточно велики.

По уровню абсолютной и удельной жаропрочности они превосходят лучшие суперсплавы на никелевой и кобальтовой основах. Они могут применяться при температурах 1300-2500°C и выше, при которых другие сплавы работать уже не могут.

Однако эти металлы имеют ряд существенных недостатков, которые сдерживают более широкое применение их в технике.

К таким недостаткам следует отнести:

1. Их высокую склонность к хладноломкости. Особенно ярко она выражена у металлов VIA группы – Cr, Mo, W. У этих металлов технической чистоты температура перехода из хрупкого состояния в пластичное (tхр) находится выше комнатной (Cr, W) или близка к комнатной (Mo). Это создает трудности при их производстве и применении.

2. Другой существенный недостаток ТМ заключающейся в их высокой склонности к окислению и к взаимодействию с другими газами воздуха при нагреве, т.е. низкая жаростойкость. Это делает их нетехнологичными, требует применения защитных сред в виде инертных газов (Ar, He) или вакуума при производстве полуфабрикатов и изделий.

Читайте также:  Изделия из ДСП своими руками

Большинство ТМ имеют высокую плотность (кроме V и Cr).

Применение чистых тугоплавких металлов развивается по двум главным направлениям:

1) для сверхзвуковой авиации, управляемых снарядов, ракет и космических кораблей;

2) для электронной техники.

В обоих случаях необходимы чистейшие металлы, обладающие весьма высокой пластичностью, что достигается глубокой очисткой тугоплавких металлов от примесей внедрения.

Для изготовления обшивки сверхзвуковых самолетов и ракет требуются листы из чистых молибдена и ниобия, обладающие большей удельной прочностью, чем тантал и вольфрам, до 1300° С.

В более тяжелых условиях работают детали воздушно-реактивных, ракетных и турбореактивных турбин. Для изготовления этих деталей, работающих при температурах до 1370° С, целесообразно применять чистые молибден и ниобий, но при более высоких температурах пригодны лишь тантал и вольфрам. Для работы при температуре выше 1370° С наибольший интерес представляет чистый тантал и его сплавы, которые имеют сравнительно высокую пластичность при таких температурах, а по жаропрочности не уступают вольфраму.

В наиболее жестких условиях работают детали газовых турбин. Для таких деталей наиболее подходят чистый ниобий и сплавы на его основе, обладающие приемлемым сопротивлением окислению.

Чистейшие тугоплавкие металлы находят разнообразное применение в электронной и вакуумной технике. Тантал является хорошим геттером и широко используется при производстве электровакуумных радиоламп. Ниобий применяется в электровакуумной технике для изготовления анодов, сеток, трубок и других деталей. Молибден и вольфрам используют в электровакуумных приборах и радиолампах для изготовления нитей накаливания, электродов, крючков, подвесок, анодов и сеток.

Высокочистые и беспористые монокристаллы вольфрама находят применение в качестве подогревателей катодов в электровакуумных приборах, для электрических контактов, в вакуумных переключателях, в вводах в вакуумные установки — там, где отсутствие газов является важным фактором.

Чистые тугоплавкие металлы, изготовляемые с применением электронно-лучевой плавки, найдут непосредственное применение в производстве миниатюрных электронных приборов. Интерес представляют покрытия из чистых тугоплавких металлов, получаемые напылением или термическим разложением соединений тугоплавких металлов.

Чистые ванадий и ниобий благодаря малому поперечному сечению захвата тепловых нейтронов успешно применяются и в ядерной энергетике. Из ванадия изготовляют тонкостенные трубы для атомных реакторов, оболочки тепловыделяющих элементов, так как он не сплавляется с ураном и имеет хорошую теплопроводность и достаточную коррозионную стойкость.

Чистый ниобий не взаимодействует с расплавленным натрием и висмутом, которые часто применяют в качестве теплоносителей, и не образует с ураном хрупких соединений.

Чистый тантал благодаря его высокой коррозионной стойкости применяют для изготовления деталей химической аппаратуры, работающих в кислых агрессивных средах, например при производстве искусственного волокна. В последнее время тантал здесь часто заменяют чистым ниобием, который дешевле и более распространен в природе. Аналогичные области применения имеет и чистый хром. Этими примерами далеко не исчерпываются все расширяющиеся области применения чистейших тугоплавких металлов.

Тугоплавкие металлы

По технической классификации — металлы, плавящиеся при температуре выше 1650—1700 °С; в число Т. м. (таблица) входят Титан Ti, Цирконий Zr, Гафний Hf (IV группа периодической системы), Ванадий V, Ниобий Nb, Тантал Ta (V группа), Хром Cr, Молибден Mo, Вольфрам W (VI группа), Рений Re (VII группа). Все эти элементы (кроме Cr) относятся к редким металлам (См. Редкие металлы), a Re — к рассеянным редким металлам. (Высокой температурой плавления характеризуются также металлы платиновой группы и торий, но они по технической классификации не относятся к Т. м.)

НазваниеХимический знакАтомный номерВнешняя электронная оболочкаТемпература плавления
ТитанTi223d 2 4s 21688
ВанадийV233d 3 4s 21900
ХромCr243d 5 4s 11903
ЦирконийZr404d 2 5s 11852
НиобийNb414d 4 5s 12500
МолибденMo424d 5 5s 12620
ГафнийGf725d 2 6s 22222
ТанталTa735d 3 6s 22996
ВольфрамW745d 4 6s 23410
РенийRe755d 5 6s 23180

Т. м. имеют близкое электронное строение атомов и являются переходными элементами (См. Переходные элементы) с достраивающимися d-oболочками (см. табл.). В межатомных связях Т. м. участвуют не только наружные s-электроны, но и d-электроны, что определяет большую прочность межатомных связей и, как следствие, высокую температуру плавления, повышенные механические прочность, твёрдость, электрическое сопротивление. Т. м. имеют близкие химические свойства. Переменная валентность Т. м. обусловливает многообразие их химических соединений; они образуют металлоподобные тугоплавкие твёрдые соединения.

В природе Т. м. в свободном виде не встречаются, в минералах часто изоморфно замещают друг друга: Hf изоморфно ассоциирован с Zr, Ta с Nb, W с Mo; разделение этих пар — одна из весьма трудных задач химической технологии, решаемая обычно методами экстракции (См. Экстракция)или сорбции (См. Сорбция) из растворов либо ректификации (См. Ректификация) хлоридов.

Физические и химические свойства. Кристаллические решётки Т. м. IV группы и Re гексагональные, остальных, а также Ti выше 882 °C, Zr выше 862 °C и Hf выше 1310°C — объёмно-центрированные кубические. Ti, V и Zr — относительно лёгкие металлы, а самые тугоплавкие из всех металлов — Re и W — по плотности уступают лишь Os, lr и Pt. Чистые отожжённые Т. м. — пластичные металлы, поддаются как горячей, так и холодной обработке давлением, особенно хорошо — Т. м. IV и V групп. Для применения Т. м. важно, что благоприятные механические свойства их и сплавов на их основе сохраняются до весьма высоких температур; это позволяет рассматривать их, в частности, как жаропрочные конструкционные материалы. Однако механические свойства Т. м. в значительной мере зависят от их чистоты, степени деформации и условий термообработки. Так, Cr и его сплавы даже при малом содержании некоторых примесей становятся непластичными, a Re, имеющий высокий модуль упругости, подвержен сильному наклёпу, вследствие чего даже при небольшой степени деформации его необходимо отжигать. Особенно сильно на свойства Т. м. влияют примеси углерода (исключая Re), водорода (для металлов IV и V групп), азота, кислорода, присутствие которых делает Т. м. хрупкими. Характерные свойства всех Т. м.— устойчивость к действию воздуха и многих агрессивных сред при комнатной температуре и небольшом нагревании и высокая реакционная способность при больших температурах, при которых их следует нагревать в вакууме или в атмосфере инертных к ним газов. Особенно активны при нагревании Т. м. IV и V групп, на которые действует также водород, причём при 400—900 °C он поглощается с получением хрупких гидридов, а при нагревании в вакууме при 700—1000 °C вновь выделяется; этим пользуются для превращения компактных металлов в порошки путём гидрирования (и охрупчивания) металлов, измельчения и дегидрирования. Т. м. VI группы и Re химически менее активны (их активность падает от Cr к W), они не взаимодействуют с водородом, a Re — и с азотом; взаимодействие Mo с азотом начинается лишь выше 1500 °C, а W — выше 2000 °C. Т. м. способны образовывать сплавы со многими металлами.

Получение. Примерно 80—85% V, Nb, Mo (США, 1973) и значительные количества других Т. м., кроме Hf, Ta и Re, получают из рудных концентратов или технических окислов алюмино- или силикотермическими способами в виде ферросплавов (См. Ферросплавы) для введения в стали с целью легирования (См. Легирование); молибденовые концентраты при этом предварительно обжигают. Чистые Т. м. получают из рудных концентратов по сложной технологии в 3 стадии: вскрытие концентрата, выделение и очистка химических соединений, восстановление и рафинирование металла. Основой производства компактных Nb, Ta, Mo и W и их сплавов является Порошковая металлургия, которая частично используется в производстве и др. Т. м. В металлургии всех Т. м. всё шире применяют дуговую, электроннолучевую и плазменную плавки. Т. м. и сплавы особо высокой чистоты производят в виде монокристаллов бестигельной электроннолучевой или плазменной зонной плавкой. Полуфабрикаты из Т. м. — листы, фольгу, проволоку, трубы и т.д. изготовляют обычными методами обработки металлов давлением с промежуточной термообработкой.

Применение. Огромное значение Т. м., сплавов и соединений связано с их исключительно благоприятными свойствами и сочетаниями свойств, характерными для отдельных Т. м. Важнейшая область применения большинства Т. м. — использование их в виде сплавов в качестве жаропрочных материалов, прежде всего в самолётостроении, ракетной и космической технике, атомной энергетике, высокотемпературной технике. Детали из сплавов Т. м. при этом обычно предохраняют жаростойкими покрытиями.

Т. м. и их сплавы используются в качестве конструкционных материалов также в машиностроении, морском судостроении, электронной, электротехнической, химической, атомной промышленности и в др. отраслях техники. Широкое применение находят окислы и многие др. химические соединения Т. м. Более подробно о свойствах, способах получения и практического использовании Т. м. см. в статьях об отдельных элементах и их сплавах.

Лит.: Тугоплавкие материалы в машиностроении. Справочник, М., 1967; Основы металлургии, т. 4, М., 1967; Савицкий Е. М., Бурханов Г. С., Металловедение сплавов тугоплавких и редких металлов, 2 изд., М., 1971; Крупин А. В., Соловьев В. Я., Пластическая деформация тугоплавких металлов, М., 1971; 3еликман А. Н., Меерсон Г. А., Металлургия редких металлов, М., 1973; Савицкий Е. М., Клячко В. С., Металлы космической эры, М., 1972; Химия и технология редких и рассеянных элементов, т. 1—2, М., 1965—69; «Engineering and Mining Journal», 1974, v. 175, March.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector