Нужно решить только 2 задание.
Операционное исчисление.
«МАТИ»-Российский Государственный Авиационно-Технологический Университет им.
Курсовая работа
По предмету: Материаловедение
«На тему :Тугоплавкие металлы
Курсовую работу подготовил
Петрунин Сергей
Группа: 3ТЭС-2ДБ-206
Москва 2013
Тугоплавкие редкие металлы относятся к переходным элементам IV, V и VI групп периодической системы, у которых происходит достройка электронного d-уровня. Эта особенность определяет ряд физических и химических свойств металлов рассматриваемой группы: тугоплавкость (температура плавления составляет от 1660 для титана до 3400 °С для вольфрама), высокую прочность, коррозионную стойкость, переменную валентность, обусловливающую многообразие химических соединений. Все тугоплавкие металлы образуют тугоплавкие и твердые карбиды, бориды, силициды.
В связи с высокими температурами плавления в технологии производства тугоплавких металлов широко используют методы дуговой и электронно-лучевой плавки, а также метод порошковой металлургии. Тугоплавкие металлы большей частью получают в виде порошка или пористой массы - губки, которые превращают в компактные металлы дуговой или электронно-лучевой плавкой или методом порошковой металлургии.
Для тугоплавких металлов характерна общность многих областей применения. Так, их используют как легирующие элементы в сталях и компоненты жаропрочных и твердых сплавов. Многие из них применяют в электротехнике и электровакуумной технике.
Ряд современных отраслей в крайней степени зависит от производства тугоплавких металлов и конструкционных материалов на их основе, а в некоторых областях приборо и машиностроения, металургической, химической и атомной промышленности, равноценной замены изделиям на основе тугоплавких металлов не существует.
Промышленное производство практически всех редких тугоплавких металлов было заложено в первой половине XX века, и особенно бурными темпами стало развиваться во второй его половине, в связи с возрастающими потребностями со стороны авиационной, ракетно-космической и атомной промышленности. В этот период Россия (СССР) вошла в число мировых лидеров по добыче и производству большинства тугоплавких материалов.
Вольфрам и его сплавы
Вольфрам был найден в 1781 г. Шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле. Вольфрам имеет самую высокую температуру плавления среди всех металлов — 3,422 °C. Рений используется в сплавах с вольфрамом в концентрации до 22 %, что позволяет повысить тугоплавкость и устойчивость к коррозии. Торий применяется в качестве легирующего компонента вольфрама. Благодаря этому повышается износостойкость материалов. В порошковой металлургии компоненты могут быть использованы для спекания и последующего применения. Для получения тяжёлых сплавов вольфрама применяются никель и железо или никель и медь. Содержания вольфрама в данных сплавах как правильно не превышает 90 %. Смешивание легирующего материала с ним низкое даже при спекании.
Вольфрам и его сплавы по-прежнему используются там, где присутствуют высокие температуры, но нужна однако высокая твёрдость и где высокой плотностью можно пренебречь. Нити накаливания, состоящие из вольфрама, находят свое применение в быту и в приборостроении. Лампы более эффективно преобразовывают электроэнергию в свет с повышением температуры. В вольфрамовой газодуговой сварке оборудование используется постоянно, без плавления электрода. Высокая температура плавления вольфрама позволяет ему быть использованным при сварке без затрат. Высокая плотность и твёрдость позволяют вольфраму быть использованным в артиллерийских снарядах. Его высокая температура плавления применяется при строении ракетных сопел, примером может служить ракета «Поларис». Иногда он находит свое применение благодаря своей плотности. Например, он находит свое применение в производстве клюшек для гольфа. В таких деталях применение не ограничивается вольфрамом, так как более дорогой осмий тоже может быть использован.
Сплавы молибдена
Широкое применение находят сплавы молибдена. Наиболее часто используемый сплав — титан-цирконий-молибден — содержит в себе 0,5 % титана, 0,08 % циркония и остальное молибден. Сплав обладает повышенной прочностью при высоких температурах. Рабочая температура для сплава — 1060 °C. Высокое сопротивление сплава вольфрам-молибден делает его идеальным материалом для отливки деталей из цинка, например, клапанов.
Молибден используется в ртутных герконовых реле, так как ртуть не формирует амальгамы с молибденом.
Молибден является самым часто используемым тугоплавким металлом. Наиболее важным является его использование в качестве усилителя сплавов стали. Применяется при изготовлении трубопроводов вместе с нержавеющей сталью. Высокая температура плавления молибдена, его сопротивляемость к износу и низкий коэффициент трения делают его очень полезным материалом для легирования. Его прекрасные показатели трения приводят его к использованию в качестве смазки где требуется надежность и производительность. Применяется при производстве ШРУСов в автомобилестроении. Большие месторождения молибдена находятся в Китае, США, Чили и Канаде.
Сплавы ниобия
Тёмная часть сопла Apollo CSM сделана из сплава титан-ниобий.
Ниобий почти всегда находится вместе с танталом; ниобий был назван в честь Ниобы, дочери Тантала в греческой мифологии. Ниобий находит множество путей для применения, некоторые он разделяет с тугоплавкими металлами. Его уникальность заключается в том, что он может быть разработан путем отжига для того, чтобы достичь широкого спектра показателей твёрдости и упругости; его показатель плотности самый малый по сравнению с остальными металлами данной группы. Он может применяться в электролитических конденсаторах и является самым частым металлом в суперпроводниковых сплавах. Ниобий может применяться в газовых турбинах воздушного судна, в электронных лампах и ядерных реакторах. Сплав ниобия C103, который состоит из 89 % ниобия, 10 % гафния и 1 % титана, находит свое применение при создании сопел в жидкостных ракетных двигателях, например таких как Apollo CSM. Из-за того, что ниобий начинает окисляться при температуре от 400 °C применявшийся сплав не позволяет ниобию окисляться.
Тантал
Тантал является самым стойким к коррозии металлом из всех тугоплавких металлов.
Важное свойство тантала было выявлено благодаря его применению в медицине — он способен выдерживать кислую среду. Иногда он используется в электролитических конденсаторах. Применяется в конденсаторах сотовых телефонов и компьютера.
Сплавы рения
Рений является самым последним открытым тугоплавким элементом из всей группы. Он находится в низких концентрациях в рудах других металлов данной группы — платины или меди. Может применяться в качестве легирующего компонента с другими металлами и придает сплавам хорошие характеристики — ковкость и увеличивает предел прочности. Сплавы с рением могут применяться в компонентах электронных приборов, гироскопах и ядерных реакторах. Самое главное применение находит в качестве катализатора. Может применяться при алкилировании, деалкилировании, гидрогенизации и окислении. Его столь редкое присутствие в природе делает его самым дорогим из всех тугоплавких металлов
Общие свойства тугоплавких металлов
Тугоплавкие металлы и их сплавы привлекают внимание исследователей из-за их необычных свойств и будущих перспектив в применении.
Физические свойства тугоплавких металлов, таких как молибден, тантал и вольфрам, их показатели твёрдости и стабильность при высоких температурах делает их используемым материалом для горячей металлообработки материалов как в вакууме, так и без него. Многие детали основаны на их уникальных свойствах: например, вольфрамовые нити накаливания способны выдерживать температуры вплоть до 3073K.
Однако, их сопротивляемость к окислению вплоть до 500 °C делает это одним из главных недостатков этой группы. Контакт с воздухом может существенно повлиять на их высокотемпературные характеристики. Именно поэтому их используют в материалах, в которых они изолированы от кислорода (например лампочка).
Сплавы тугоплавких металлов — молибдена, тантала и вольфрама — применяются в деталях космических ядерных технологий. Эти компоненты были специально созданы в качестве материала способного выдержать высокие температуры (от 1350K до 1900K). Как было указано выше, они не должны контактировать с кислородом.
Список используемой литературы
Сайты
www. inmetal. ru
ru. wikipedia. org
www. tmetally. ru
