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El tungsteno también pertenece al grupo de metales caracterizados por índices de alta refractariedad. Fue descubierto en Suecia por un químico llamado Scheele. Fue él quien primero logró, en 1781, extraer un óxido de un metal desconocido del mineral wolframita. El tungsteno puro fue obtenido por el científico después de 3 años.

Descripción

El tungsteno pertenece al grupo de materiales que se utilizan a menudo en diversas industrias. Se indica con la letra W y tiene un número de serie 74 en la tabla periódica. Se caracteriza por un color gris claro. Una de sus cualidades características es la alta refractariedad. El punto de fusión del tungsteno es 3380 grados centígrados. Si lo consideramos desde el punto de vista de la aplicación, entonces las cualidades más importantes de este material son:

  • densidad
  • punto de fusión;
  • resistencia electrica
  • Coeficiente de expansión lineal.

Al calcular sus cualidades características, es necesario seleccionar un alto punto de ebullición, que se encuentra a un nivel de 5, 900 grados Celsius . Otra característica de la misma es la baja tasa de evaporación. Es bajo incluso en condiciones de temperatura de 2000 grados centígrados. Por propiedades como la conductividad eléctrica, este metal es 3 veces mayor que una aleación común, como el cobre.

Factores que limitan el uso de tungsteno.

Hay una serie de factores que limitan el uso de este material:

  • alta densidad
  • tendencia significativa a la rotura a bajas temperaturas;
  • Baja resistencia a la oxidación.

El tungsteno es similar en apariencia al acero ordinario . Su uso principal está relacionado principalmente con la producción de aleaciones con características de alta resistencia. Este metal puede ser procesado, pero solo si está precalentado. Dependiendo del tipo de tratamiento elegido, el calentamiento se realiza a una cierta temperatura. Por ejemplo, si la tarea es forjar barras de tungsteno, entonces la pieza de trabajo debe precalentarse a una temperatura de 1450-1500 grados Celsius.

Durante más de 100 años, el tungsteno no se ha utilizado para fines industriales. Su uso en la producción de diversas técnicas se vio limitado por su alto punto de fusión.

El inicio de su aplicación industrial está asociado con el año 1856, cuando se utilizó por primera vez para aleaciones de acero para herramientas. Durante su producción, comenzaron a agregar tungsteno con una fracción total de hasta el 5%. La presencia de este metal en el acero nos permitió aumentar la velocidad de corte en máquinas de torneado de 5 a 8 m por minuto .

El desarrollo de la industria en la segunda mitad del siglo XIX se caracteriza por el desarrollo activo de la industria de la máquina-herramienta. La demanda de equipos ha aumentado constantemente cada año, lo que obligó a los fabricantes de máquinas a obtener las características de calidad de las máquinas, además de aumentar su velocidad de trabajo. El primer impulso para mejorar la velocidad de corte fue el uso de tungsteno.

Ya a principios del siglo XX, la velocidad de corte se incrementó a 35 metros por minuto . Esto se logró mediante el dopaje con acero, no solo con tungsteno, sino también con otros elementos:

  • molibdeno;
  • cromo
  • vanadio

Posteriormente, la velocidad de corte en las máquinas aumentó a 60 metros por minuto. Pero, a pesar de tasas tan altas, los expertos entendieron que existe una oportunidad para mejorar esta característica. ¿Qué forma de elegir para aumentar la velocidad de corte, los expertos no han pensado durante mucho tiempo. Recurrieron al uso de tungsteno, pero ya en forma de carburos en unión con otros metales y sus tipos. Actualmente, es bastante habitual cortar metal en máquinas a 2000 metros por minuto.

Propiedades de tungsteno

Como cualquier otro material, el tungsteno tiene sus propias propiedades especiales, debido a que cayó en el grupo de metales estratégicos. Ya hemos dicho que una de las ventajas de este metal es la alta refractariedad. Es debido a esta propiedad que el material se puede utilizar para la fabricación de filamentos.

Su punto de fusión es a 2500 grados centígrados . Pero solo con esta calidad, las propiedades positivas de este material no están limitadas. Tiene otras ventajas que deben mencionarse. Una de ellas es la alta resistencia, demostrada en condiciones de temperaturas ordinarias y elevadas. Por ejemplo, cuando el hierro y las aleaciones basadas en él se calientan a una temperatura de 800 grados Celsius, la resistencia disminuye en un factor de 20. En las mismas condiciones, la fuerza del tungsteno se reduce solo tres veces. Bajo las condiciones de 1500 grados centígrados, la resistencia del hierro se reduce prácticamente a cero, mientras que en tungsteno se encuentra al nivel del hierro a temperaturas normales.

Hoy en día, el 80% del tungsteno producido en el mundo se utiliza principalmente en la fabricación de acero de alta calidad. Más de la mitad de los grados de acero utilizados por las empresas de construcción de maquinaria contienen tungsteno. Los utilizan como material principal para piezas de turbinas, cajas de engranajes, y también usan dichos materiales para la fabricación de máquinas compresoras. Desde aceros de ingeniería que contienen tungsteno, ejes fabricados, engranajes, así como rotor forjado sólido.

Además, se utilizan para la fabricación de cigüeñales, bielas. La adición de la composición del acero de ingeniería, además del tungsteno y otros elementos de aleación, aumenta su capacidad de endurecimiento. Además, brinda la oportunidad de obtener una estructura de grano fino. Junto con esto, características como la dureza y la resistencia aumentan en los aceros de construcción de maquinaria producidos.

En la producción de aleaciones resistentes al calor, el uso de tungsteno es uno de los requisitos previos. La necesidad de usar este metal en particular se debe al hecho de que es el único que es capaz de soportar cargas significativas a altas temperaturas que exceden la cantidad de fundición de hierro. El tungsteno y los compuestos basados en este metal son muy duraderos y tienen buenos indicadores de elasticidad. En este sentido, son superiores a otros metales que se incluyen en el grupo de materiales refractarios.

Contras

Sin embargo, al enumerar las ventajas del tungsteno, debe tenerse en cuenta y las desventajas que son inherentes a este material .

  • Como principal, es posible llamar su baja resistencia a la oxidación en condiciones de temperatura por encima de los 700 grados centígrados. Por lo tanto, para materiales hechos de tungsteno es necesario proporcionar adicionalmente una protección adecuada.
  • Otra desventaja de las aleaciones basadas en tungsteno es su baja ductilidad a temperaturas de 500 grados centígrados.
  • El tungsteno es un material deficiente, que también puede considerarse una desventaja de este metal.

El tungsteno, que se produce actualmente, contiene torio en la composición del 2%. Tal aleación se llama tungsteno toriado. Se caracteriza por una resistencia a la tracción de 70 MPa a una temperatura de 2420 grados Celsius. Si bien el valor de este indicador es bajo, observamos que solo 5 metales junto con tungsteno no cambian su estado sólido a esa temperatura.

Este grupo incluye molibdeno, cuyo punto de fusión es de 2625 grados. Otro metal es el tecnecio. Sin embargo, es poco probable que las aleaciones basadas en ella se produzcan en un futuro próximo. El renio y el tantalio no tienen alta resistencia en estas condiciones de temperatura. Por lo tanto, el tungsteno es el único material que puede proporcionar suficiente resistencia a altas temperaturas. Por la razón de que está entre los escasos, si hay una oportunidad para reemplazarlo, entonces los fabricantes usan una alternativa.

Sin embargo, en la producción de componentes individuales no hay materiales que puedan reemplazar completamente al tungsteno. Por ejemplo, en la fabricación de filamentos de bombillas eléctricas y ánodos de lámparas de arco de CC, solo se utiliza tungsteno, ya que simplemente no hay sustitutos adecuados. También se utiliza en la fabricación de electrodos para soldadura de argón-arco y atómico-hidrógeno. También el uso de este material está hecho de un elemento de calefacción utilizado en condiciones de 2000 grados centígrados.

Aplicación

El tungsteno y las aleaciones fabricadas en su base se utilizan ampliamente en diversas industrias. Se utilizan en la fabricación de motores de avión, utilizados en el campo de la producción de cohetes, así como para la producción de tecnología espacial. Usando estas aleaciones, las boquillas de chorro se hacen en estas áreas, insertando secciones críticas en los motores de cohetes. Además, estos materiales se utilizan como los principales para la fabricación de aleaciones de cohetes.

La producción de aleaciones a partir de este metal tiene una característica que está asociada con la refractariedad de este material. Bajo altas temperaturas, muchos metales cambian de estado y se convierten en gases o líquidos altamente volátiles. Por lo tanto, para obtener aleaciones, en las que se encuentra tungsteno, se utilizan métodos de pulvimetalurgia.

Dichos métodos implican presionar una mezcla de polvos metálicos, sinterizar posteriormente y exponerlos a la fusión por arco llevada a cabo en hornos de electrodos. En algunos casos, el polvo de tungsteno sinterizado se impregna además con una solución líquida de algún otro metal. Por lo tanto, se utilizan pseudoaleaciones de tungsteno, cobre y plata, que se utilizan para contactos en instalaciones eléctricas. En comparación con el cobre, la durabilidad de estos productos es 6-8 veces mayor.

Este metal y sus aleaciones tienen grandes posibilidades de una mayor expansión del ámbito de aplicación. En primer lugar, debe señalarse que, a diferencia del níquel, estos materiales pueden funcionar en límites ardientes. El uso de productos de tungsteno en lugar de níquel conduce al hecho de que las centrales eléctricas aumentan los parámetros operativos. Y esto conduce a un aumento en la eficiencia del equipo . Además, los productos basados en tungsteno resisten fácilmente el funcionamiento en condiciones difíciles. Por lo tanto, podemos declarar con confianza que el grupo de tungsteno continuará encabezando el grupo de dichos materiales en un futuro próximo.

Tungsteno en ingeniería eléctrica

El tungsteno contribuyó al proceso de mejora de la lámpara incandescente eléctrica. Hasta el período de 1898, el filamento de carbón fue utilizado en estos dispositivos de iluminación eléctrica.

  • ella era fácil de hacer;
  • Su producción fue barata.

El único inconveniente del filamento de carbón era que tenía una vida útil corta. Después de 1898, un filamento de carbono de lámparas incandescentes tenía un competidor en forma de osmio. A partir de 1903, el tantalio se utilizó para producir lámparas eléctricas. Sin embargo, en 1906, el tungsteno reemplazó estos materiales y comenzó a utilizarse para la fabricación de filamentos para lámparas incandescentes. Se utiliza hoy en día en la fabricación de bombillas modernas.

Para proporcionar a este material una alta resistencia al calor, se aplica una capa de renio y torio a la superficie del metal. En algunos casos, el filamento de tungsteno se fabrica con la adición de renio. Esto se debe al hecho de que a altas temperaturas, este metal comienza a evaporarse, y esto lleva al hecho de que el hilo de este material se vuelve más delgado. La adición de renio a la composición reduce el efecto de la evaporación en 5 veces.

Hoy en día, el tungsteno se usa activamente no solo en la producción de ingeniería eléctrica, sino también en varios productos militares-industriales . Su adición a la pistola de acero proporciona materiales de alta eficiencia de este tipo. Además, le permite mejorar las características de la protección de armadura, así como hacer carcasas de perforación de armadura más efectivas.

Conclusión

El tungsteno es uno de los materiales más populares utilizados en la metalurgia. Agregarlo a la composición del acero producido mejora sus características. Se vuelven más resistentes a las cargas térmicas y, además, la temperatura de fusión aumenta, lo que es especialmente importante para los productos utilizados en condiciones extremas a altas temperaturas . El uso en la producción de diversos equipos, productos y componentes, componentes de este metal o aleaciones basadas en él permite mejorar las características del equipo y aumentar la eficiencia de su trabajo.

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Categoría:

Metalurgia