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Metales refractarios
Metales refractarios que se caracterizan por sus puntos de fusión extremadamente altas, que van muy por encima de los de hierro, cobalto y níquel. Se utilizan en aplicaciones exigentes que requieren resistencia a alta temperatura y resistencia a la corrosión. El más utilizado de estos metales son de tungsteno, tántalo, molibdeno, y columbio (niobio). Ellos son mutuamente solubles y forma de disolución sólida de aleaciones entre sí en cualquier proporción. Estos cuatro metales refractarios y sus aleaciones están disponibles en formas de molino, así como productos tales como tornillos, pernos, pasadores, y los tubos.
Aunque los puntos de fusión de estos metales son todos muy por encima de 4.000 ° F, se oxidan a temperaturas mucho más bajas. Oxidación acelerada en el aire se produce a 190 ° C para el tungsteno, 395 ° C para el molibdeno, y 425 ° C para el tantalio y niobio. Por lo tanto, los revestimientos protectores deben ser aplicadas a estos metales si se van a usar a temperaturas más altas. Resistencias a la tracción y el rendimiento de los metales refractarios se retienen sustancialmente a alta temperatura.
Columbio y tantalio: Estos metales generalmente se consideran juntos porque la mayoría de sus características de trabajo son similares. Se puede fabricar por métodos más convencionales a temperatura ambiente. Perfiles pesados para el forjado se pueden calentar, sin protección, a aproximadamente 425 ° C.
Fuera de varias aleaciones de tántalo de grado comercial, los que contienen tungsteno, niobio, molibdeno y conservan generalmente la resistencia a la corrosión de tántalo y proporcionar mejores propiedades mecánicas. Columbio también está disponible en aleaciones que contienen tántalo, tungsteno, molibdeno, vanadio, hafnio, circonio o carbono. Aleaciones de proporcionar a la tracción mejorado, rendimiento y propiedades de fluencia, particularmente en el 1.100 a 1.650 ° C rango.
La mayoría de chapa fabricación de columbio y tantalio se realiza en el intervalo de espesor de 0,004 a 0,060 pulg columbio, como tántalo, se puede soldar a sí mismo y a algunos otros metales mediante soldadura por resistencia, soldadura de gas inerte de tungsteno (TIG), y a sí mismo mediante soldadura de arco de gas inerte. Soldadura por haz de electrones también se puede utilizar, en particular para unirse a otros metales. Sin embargo, las superficies que se calientan por encima de 315 ° C durante la soldadura debe ser protegido con un gas inerte para evitar la fragilización.
Principales aplicaciones de tantalio se encuentran en los ánodos de condensadores, filamentos, dispositivos gettering, equipo de químicos de procesos y componentes de alta temperatura del motor aeroespaciales. Columbio se utiliza en los materiales superconductores, sustratos de película delgada, contactos eléctricos, disipadores de calor, y como elemento de aleación en los aceros y las superaleaciones.
Molibdeno: Probablemente el más versátil de los metales refractarios, el molibdeno es también un recurso natural de los Estados Unidos. Es un excelente material estructural para aplicaciones que requieren alta resistencia y rigidez a temperaturas de hasta 3.000 ° F donde puede operar en vacío o bajo atmósfera inerte o reductora.
Molibdeno no aleado y su aleación principal, TZM, se producen por métodos de metalurgia de polvo y por fusión al vacío de arco. Ambos están disponibles comercialmente en forma ordinaria molino del producto: lingotes de forja, barras, varillas, alambres, tubos sin costura, chapas, bandas y láminas delgadas. En comparación con molibdeno puro, la aleación TZM (Mo-0.5% de Ti-0,1% de Zr) desarrolla una mayor resistencia a la temperatura ambiente y mucho más alto de rotura por fatiga y propiedades de fluencia a todas las temperaturas elevadas. A 1.800 a 2.000 ° F, TZM puede sostener una tensión de 30.000 psi durante más de 100 horas, tres veces mayor que la de molibdeno puro.
Molibdeno TZM y son fácilmente mecanizados con las herramientas convencionales. Hoja pueden ser procesados por punzonado, estampado, hilado, y de embutición profunda. Algunas partes pueden ser forjados a la forma. Alambre de molibdeno y el polvo de la llama puede ser rociado sobre sustratos de acero para salvar las piezas desgastadas o para producir superficies de larga duración, de baja fricción para herramientas.
En entornos no oxidante, el metal resistente al ataque por ácidos clorhídrico, fluorhídrico, sulfúrico y fosfórico. El molibdeno se oxida a altas temperaturas para producir volátil, trióxido no tóxico, molibdeno, sin embargo, las partes tales como las boquillas gimbled se han utilizado con éxito en sistemas de cohetes y de misiles de guía-cuando el tiempo de exposición a las temperaturas muy elevadas de gases-balísticos fue breve.
Partes de molibdeno se puede soldar por métodos inercia, la resistencia, y la mancha en el aire; por TIG y MIG bajo atmósferas inertes, y por medio de soldadura por haz de electrones en el vacío. Los mejores soldaduras son producidos por inercia (fricción) y soldadura por haz de electrones; soldaduras producidas por las otras técnicas son menos dúctil. En general, arco metal fundido desarrolla mejores soldaduras que hacer metalurgia de polvo productos. Perfiles pesados de molibdeno debe ser precalentado y postheated cuando se sueldan para reducir tensiones térmicas.
Debido a que el molibdeno tiene un módulo de elasticidad de 47 × 10 6 psi a temperatura ambiente, se utiliza para las barras de perforación y las plumas de alta velocidad amoladoras internos para evitar la vibración y la charla. Su conductividad eléctrica relativamente alta hace molibdeno aleado útil para aplicaciones eléctricas y electrónicas. Se utiliza en la fabricación de lámparas incandescentes, como sustratos en estado sólido de los dispositivos electrónicos, como electrodos para EDM y equipos para la fusión de vidrio, y como elementos de calefacción y los reflectores o escudos de radiación para los hornos de vacío de alta temperatura.
Debido a que retiene concentración utilizable a temperaturas elevadas, tiene un bajo coeficiente de expansión térmica, y resiste la erosión por metales fundidos, la aleación TZM se utiliza para los núcleos en fundición a presión de aluminio, y para morir en las cavidades de fundición de latón, bronce, e incluso acero inoxidable. Dies de la aleación TZM pesaje varios miles de libras se utilizan para isotérmica forja de componentes de superaleaciones para turbinas de gas de aeronaves, y mueren inserciones hechas de TZM se han utilizado para la extrusión de perfiles de acero. Piercer puntos de TZM se utilizan para producir acero inoxidable de tubos sin costura.
Tungsteno: En muchos aspectos, el tungsteno es similar a la de molibdeno. Los dos metales tienen aproximadamente la misma conductividad eléctrica y la resistividad, coeficiente de expansión térmica, y sobre la misma resistencia a la corrosión por ácidos minerales. Ambos tienen una alta resistencia a temperaturas superiores a 2.000 ° F, pero debido a que el punto de fusión del tungsteno es mayor, conserva una fuerza significativa a temperaturas más altas que hace molibdeno. El módulo de elasticidad para el wolframio es de aproximadamente 25% mayor que la de molibdeno, y su densidad es casi el doble que la de molibdeno. Todos tungsteno puro comercial es producido por métodos de metalurgia de polvo, que está disponible como una varilla, alambre, placa, hoja, y algunas formas forjadas. Para algunas aplicaciones especiales, el vacío de arco de tungsteno fundido se puede producir, pero es caro y limitado a las secciones relativamente pequeñas.
Varias aleaciones de tungsteno se producen mediante la sinterización en fase líquida de los compactos de polvo de tungsteno con aglutinantes de níquel-cobre, hierro-níquel, cobre-hierro, o combinaciones de níquel-cobalto-molibdeno; tungsteno generalmente comprende 85 a 95% de la aleación en peso . Estas aleaciones se identifica a menudo como metales pesados o aleaciones de tungsteno mecanizables. En las formas compactas, las aleaciones se pueden mecanizar por torneado, taladrado, fresado aburrido, y de conformación; no están disponibles en formas de productos de molino porque son incapaces de ser forjada a cualquier temperatura.
Las aleaciones de metales pesados son especialmente útiles para contrapesos de aeronaves y como ponderaciones en brújulas giratorias. De metales pesados inserciones se utilizan como los núcleos de alta masa proyectiles militares. Las aleaciones de tungsteno son ampliamente utilizados para contrapesos en material deportivo como palos de golf y raquetas de tenis. X-ray blindaje es otra aplicación importante de las aleaciones de tungsteno.
Filamentos para lámparas incandescentes son normalmente bobinas de alambre de tungsteno muy fino sin alear. Tubos electrónicos se construyen a menudo con tungsteno como los calentadores; algunos tubos avanzados usan calentadores hechos de una aleación de tungsteno que contiene 3% de renio. Un termopar clasificar a 4.350 ° F consta de un alambre de tungsteno aleado con 25% de renio y otro alambre aleado con 5% de renio.
Gargantas de toberas de tungsteno aleado forjado y mecanizado se han usado en motores de cohete de combustible sólido; al mismo tiempo, gargantas fueron mecanizadas a partir de consolidaciones porosas de polvo de tungsteno que se infiltraron con plata para la exposición a los gases a temperaturas cercanas a 3.500 º C. Tungsteno no aleado que se utiliza para rayos X blancos, para la metalización al vacío filamentos en los hornos, y para los contactos eléctricos, como los puntos de distribución en los sistemas de encendido de automóviles. Los electrodos de tungsteno forman la base para la soldadura TIG. Refrigerados por agua puntas de tungsteno se usan para electrodo no consumible vacío de arco de fusión de las aleaciones.
Las herramientas de corte y piezas que deben resistir la abrasión severa son a menudo hechos de carburo de tungsteno. Carburo de tungsteno chips o inserciones, con el suelo bordes de corte, se unen a los cuerpos de herramientas de acero por soldadura o por tornillos. Las velocidades de corte más altas y mayor duración de herramienta hecha posible por el uso de herramientas de carburo de tungsteno son tales que los insertos son desechados después de un uso. Carburo de tungsteno muere se han utilizado durante muchos años para la elaboración de alambre. Insertos de carburo de tungsteno se usan en bits giratorios para la extracción de petróleo y de gas y en las operaciones mineras. Fused carburo de tungsteno se aplica a las superficies de maquinaria de minería que se somete a desgaste severo.
