Nozares, sākot no kosmiskās aviācijas un beidzot ar enerģijas ražošanu, spēja izturēt ārkārtēju karstumu ir kritiska prasība materiāliem. Kad temperatūra palielinās - vai nu raķešu motoros, rūpnieciskajās krāsnīs vai kodolreaktoros - Tikai daži daži metāli var saglabāt to strukturālo integritāti. Starp tiem volframs izceļas kā metāls, kas vislabāk piemērots, lai izturētu ekstrēmu karstumu, bet arī citiem metāliem un sakausējumiem ir svarīga loma augstās - temperatūras lietojumprogrammās.
Metālu "ārkārtas karstuma" definēšana
Metāliem "ārkārtējs karstums" parasti attiecas uz temperatūru virs 1000 grādiem F (538 grādi), kur visizplatītākie metāli, piemēram, tērauds vai alumīnijs, sāk mīkstināties, zaudēt stiepes izturību vai pat izkausēt. Galvenās īpašības, kas nosaka metāla spēju izturēt šādu karstumu, ir:
Kušanas punkts: temperatūra, kurā metāls pāriet no cietas līdz šķidrumam. Lielāks kušanas temperatūra nozīmē, ka metāls var pretoties kausēšanai ārkārtējā temperatūrā.
Termiskā stabilitāte: spēja saglabāt mehāniskās īpašības (piemēram, izturību un cietību), ja to pakļauj ilgstošam karstumam.
Izturība pret oksidāciju: spēja pretoties reaģēšanai ar skābekli augstā temperatūrā, kas var izraisīt koroziju vai noārdīšanos.
Metāli, kas izceļas šajos apgabalos, ir Go -, lai izvēlētos ārkārtas siltuma lietojumprogrammas.
Volframs: augsto kausēšanas punktu čempions
Volframs ir nepārspējams ar jebkuru citu tīru metālu, kad runa ir par ārkārtēju karstumu, pateicoties tā neparastajam kušanas temperatūrai 6192 grādu F (3,422 grādu) - visaugstākais no visiem dabiski sastopamajiem metāliem. Tas ir vairāk nekā trīs reizes lielāks par tērauda kušanas temperatūru (apmēram 2500 grādu f/1 371 grādu) un vairāk nekā piecas reizes vairāk nekā alumīnija (1 221 grāds f/660 grādos).
Aiz tā kušanas punkta volframs saglabā savu izturību augstā temperatūrā. Pat ar 2000 grādu F (1 093 grādiem) tas uztur apmēram 50% no tās telpas - temperatūras stiepes izturību, padarot to ideālu lietojumiem, kur strukturāla integritāte ir kritiska.
Tomēr volfrektam ir ierobežojumi ārkārtējā karstumā. Kamēr tas pretojas kausēšanai, tas var oksidēt (reaģēt ar skābekli) temperatūrā virs 600 grādiem F (316 grādiem), ja tas nav aizsargāts. Tas nozīmē, ka tas bieži prasa aizsargājošu pārklājumu vai arī jāizmanto inertā vidē (piemēram, vakuumā vai gāzē - piepildītās kamerās), lai izvairītos no degradācijas.
Citi karstums - izturīgi metāli un sakausējumi
Kamēr volframa vadi kušanas temperatūrā, citi metāli un sakausējumi ir labāk piemēroti īpašiem augstiem - temperatūras scenārijiem, bieži sakarā ar siltuma izturības līdzsvaru, oksidācijas izturību un mehānisko izturību:
Molibdēns: ar kausēšanas punktu 4 753 grādu F (2 623 grādi), molibdēns ir otrais - augstākais kušanas tīrais metāls. Tas saglabā izturību temperatūrā līdz 2000 grādiem F (1 093 grādos) un ir kaļamāks nekā volframs, padarot to vieglāku mašīnai. To izmanto krāsns komponentos, elektriskos kontaktos un kosmiskās aviācijas daļās. Tāpat kā volframs, tas oksidējas augstā temperatūrā un prasa aizsardzību skābekļa - bagātīgā vidē.
Tantalum: Tantalum kušanas temperatūra ir 5 463 grādi F (2 996 grādi) un lieliska izturība pret koroziju, pat augstā temperatūrā. To izmanto ķīmiskās apstrādes iekārtās, kodolreaktoros un kā raķešu sprauslu pārklājumu. Tā spēja pretoties gan karstumam, gan ķīmiskajam uzbrukumam padara to vērtīgu skarbā, augstā - temperatūras vidē.
Niķeļa - balstīti superaloys: sakausējumi, piemēram, Inconel vai Hastelloy, nav tīri metāli, bet niķeļa, hroma un citu elementu kombinācijas. Viņiem nav ultra - augstu volframa vai molibdēna kušanas punktu (kausēšanas punkti ap 2300–2 500 grādu f/1,260–1,370 grādiem), bet tie izceļas ar termisko stabilitāti un oksidācijas izturību. Piemēram, Inconel var nepārtraukti darboties temperatūrā līdz 2000 grādiem F (1 093 grādiem) bez nozīmīgas degradācijas, padarot to par skavu strūklas motoros, gāzes turbīnās un krāsns starplikās.
Hroms: hroma kušanas temperatūra ir 3 465 grādi F (1,907 grādi), un tā karsējot veido aizsargājošu oksīda slāni uz tā virsmas, novēršot turpmāku oksidāciju. Tas bieži tiek pievienots tērauda sakausējumiem (piemēram, nerūsējošā tērauda), lai uzlabotu siltumu un izturību pret koroziju.
Rhenium: rets metāls ar kušanas temperatūru 5767 grādos F (3,186 grādi) - TIKAI TIKAI TULTENTEN - Tas bieži tiek liegts ar volframa vai molibdēna, lai uzlabotu nestabilitāti un oksidācijas pretestību. Rhenium - volframa sakausējumi tiek izmantoti raķešu virzītājos un augsti - temperatūras sensoros, kur ir nepieciešama gan karstuma pretestība, gan izturība.
Siltuma - izturīgu metālu pielietojums
Metāla izvēle ir atkarīga no piemērošanas īpašajām prasībām:
Aviācijas un aizsardzība: raķešu sprauslas un reaktīvo dzinēju komponenti paļaujas uz volframu (ārkārtas karstumam palaišanas laikā) un niķeļa - bāzes superaloys (ilgstošai augstai temperatūrai motora kodolos). Volfrācija tiek izmantota arī bruņās - caurduršanas munīcijā, kur berze rada intensīvu karstumu.
Enerģijas ražošana: atomelektrostacijās molibdēns un tantalums tiek izmantoti reaktora komponentos, kuriem jāiztur starojums un augsta temperatūra. Saules termiskās elektrības iekārtās siltums - izturīgi sakausējumi uztver un pārnes siltumu no koncentrētas saules gaismas.
Rūpnieciskā ražošana: krāsns sildīšanas elementi bieži izmanto volfrāciju vai molibdēnu (inertā atmosfērā), lai sasniegtu temperatūru virs 2000 grādu F. tērauda - izgatavošana un stikls - Pūšamās iekārtas paļaujas uz niķeļa -} balstītu sakausējumus, lai izturētu karstumu un oksidāciju.
Elektronika: volframa pavedieni kvēlspuldzēs un X - staru caurulēs Izmantojiet tā augsto kausēšanas punktu, lai mirdzētu bez kausēšanas. Molibdēns tiek izmantots elektriskos kontaktos ar augstiem - temperatūras slēdžiem.
Kā uzlabot metāla karstuma pretestību
Ekstremālos apstākļos var uzlabot pat siltumu - izturīgus metālus:
Leģēšana: metālu sajaukšana (piemēram, volframs ar rēniju vai niķeli ar hromu) var pastiprināt siltuma izturību, elastību vai pretestību oksidēt. Piemēram, pievienojot volfrektam 5–10% rēniju, augstā temperatūrā samazina tās trauslumu.
Pārklājumi: keramikas pārklājumi (piemēram, cirkonijs) vai metāla pārklājumi (piemēram, platīns) aizsargā metālus no oksidācijas augstā temperatūrā. Volframa detaļās, ko izmanto gaisā {- Atklātas lietojumprogrammas, bieži ir šādi pārklājumi.
Vides kontrole: Metālu izmantošana inertā gāzes vidē (piemēram, argons) vai vakuumi novērš oksidāciju, ļaujot volfristram vai molibddenum darboties ar pilnu siltumu - izturīgu potenciālu.
Secinājums
Runājot par izturīgu ārkārtēju karstumu, volframs ir caurspīdīgs līderis starp tīrajiem metāliem, pateicoties nepārspējamajam kausēšanas punktam un spējai saglabāt izturību augstā temperatūrā. Tomēr citi metāli un sakausējumi -, piemēram, molibdēns, niķeļa - balstīti superaloys un tantalum {- Excel noteiktos scenārijos, it īpaši, ja oksidācijas izturība vai elastība ir tikpat svarīga kā karstuma izturība.
Metāla izvēle ir atkarīga no pielietojuma: volframs augstākajai temperatūrai kontrolētā vidē, niķeļa sakausējumi ilgstošam karstumam gaisā un molibdēna vai tantalum siltuma izturības un tehniskās spējas līdzsvaram. Izmantojot šos metālus un to uzlabotās formas (izmantojot leģēšanu vai pārklājumu), nozares var risināt visprasīgākos - temperatūras izaicinājumus, sākot no kosmosa izpētes līdz rūpnieciskai ražošanai.
