все вместе (1223103), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Как и было отмечено ранее вольфрам коррозиестоек и при невысоких температурах не окисляется на воздухе, или окисление достаточно незначительно и представлено лишь оксидной пленкой на поверхности. Но если температуру поднять до красного каления вольфрам начнет медленно окисляется VI оксид. Так как вольфрам в ряду напряжений стоит сразу после водорода, в таких веществах как разбавленная серная и плавиковая кислоты вольфрам почти не растворяется. В азотной кислоте и царской водке окисление вольфрама начинается с поверхности, также вольфрам возможно растворить в перекиси водорода.

Достаточно легко протекает процесс растворения в смеси азотной и плавиковой кислот [7]:

2W+4HNO3+10HF → WF6+WOF4+4NO↑+7H2O. (3.1)

Также в расплаве щелочи и присутствии окислителей достаточно легко растворяется в соль [8]:

2W+4NaOH+3O2 → 2Na2WO4 +2H2O. (3.2)

W+2NaOH+3NaNO3 → 2Na2WO4 +3NaNO2+H2O. (3.3)

При нагреве до температуры порядка от 400 °C до 500 °C, вышеуказанные реакции протекают более интенсивно что, позволяет разложить вольфрам благодаря саморазогреванию. При таких условиях реакции протекают достаточно бурно в виде экзотермической реакции.

При растворении в смеси азотной и плавиковой кислот, образуется гексафторвольфрамовая кислота H₂[WF₆]. Так к примеру наиболее необходимыми в промышленности являются соединения вольфрама, в виде триоксид вольфрама или вольфрамовый ангидрид, вольфраматы, перекисные соединения с общей формулой Me₂WO_X, а также соединения с галогенами, серой и углеродом. Реакции с использованием вольфрамитов приводят к получению всевозможных полимерных соединений анионов, в том числе гетерополисоединений с включением других переходных металлов и немиталов.

При использовании шеелитового концентрата в сварочно-наплавочных процессах основной элемент концентрата вольфрам, легирует метал, изменяя его химические и физические свойства. В связи с чем приобретенные металлом новые свойства, можно применять в различных отраслях промышленности и народном хозяйстве.

Основная специфика исследования электрошлакового переплава с использованием вольфрамсодержащего концентрата заключается в наделении основного метала такими свойствами как:

- повышение жаропрочность и жаростойкость;

- повышение свойств износостойкости;

- повышение агрессотойких качеств металла к различным кислотным и щелочным средам.

Так в промышленности уже известны всевозможные соединения вольфрама с углеродом и другими химическими элементами.

Например применение вольфрама в соединениях для получения специальных сталей применяют как основной элемент так и легирующий элемент для получения и производства быстрорежущих сталей (содержат 9–24 % вольфрама W), а также инструментальных сталей (0,8–1,2 % вольфрама W – вольфрамовые инструментальные стали; 2–2,7 % вольфрама W – хромвольфрамкремнистые инструментальные стали (также содержат хром Cr и кремний Si); 2–9 % вольфрама W – хромвольфрамовые инструментальные стали (также содержат хром Cr); 0,5–1,6 % вольфрама W – хромвольфраммарганцевые инструментальные стали (также содержат хром Cr и марганец Mn). Так из перечисленных сталей производят и изготавливают различные сверла, фрезы, пуансоны, штампы и др. В качестве примеров быстрорежущих сталей можно привести Р6М5, Р6М5К5, Р6М5Ф3. Буква “Р” означает, что сталь быстрорежущая, буквы “М” и “К” – что сталь легирована молибденом и кобальтом соответственно. Также вольфрам входит в состав магнитных сталей, которые делятся на вольфрамовые и вольфрамкобальтовые.

Примером твердых сплавов с использованием вольфрама можно назвать различные сплавы карбида вольфрама с кобальтом, где основным соединением является твердый сплав карбида вольфрама и бикарбида вольфрама WC, W₂C - соединение вольфрама с углеродом. Такой сплав обладает повышенной износостойкостью, твердостью и тугоплавкостью. На его основе созданы самые производительные инструментальные твердые сплавы, которые содержат 85–95 % WC и 5–14 % Co. Из твердых сплавов изготовляют рабочие части режущих инструментов для токарных, фрезерных и т.д., работ, а также для буровых инструментов в качестве специального слоя, к примеру, на буровых коронках.

Для изготовления жаропрочных и износостойких сплавов также используют как основной или легирующий элемент вольфрам за его исключительные свойства тугоплавкости. Наибольшее распространение получили такие сплавы как вольфрам+кобальт+хромом, с названием стеллиты (3–5 % W, 25–35 % Cr, 45–65 % Co). Такой сплав используют в виде наплавленного на поверхности наиболее изнашиваемых деталей машин и механизмов. Для производства контактных сплавов и тяжелых сплавов к которым относятся в основном сплавы вольфрама с медью и вольфрама с серебром, также основным и легирующим элементом остаётся вольфрам. Такой сплав эффективен для производства контактных материалов при изготовлении рабочих частей рубильников, выключателей, электродов, использующихся для точечной сварки и т.д.

Так для производства электровакуумной и электроосветительной техники используют вольфрам в виде проволоки, а также ленты, и различных кованых деталей, при производстве электроламп, в радиоэлектронике и рентгенотехнике. Вольфрам из лучших материалов для получения и производства нитей и спиралей накаливания. Также вольфрамовая проволока и прутки служат для производства электронагревательных приборов, применяемых в высокотемпературных печах (до ~3000 °С). Для корректной работы данные электронагревательные приборы из вольфрама работают в среде защитного газа водорода, или инертного газа, а также в вакууме. Ну неимение важная часть народного хозяйства где применяются великолепные свойства вольфрама – это производство сварочных электродов, к примеру, в виде неплавящихся электродов в аргонодуговой и контактных сварочных процессах при варке цветных металлов алюминия, бронзы и т.д.

3.2. Оборудование и материалы при проведении экспериментов.

При работе над исследовательской частью дипломного проекта должное внимание было отдано оборудованию и материалом, использующимся в экспериментах. Оборудование, использовавшееся при проведении экспериментальной части указано в главе 2 данного дипломного проекта, а расположение представлено схематично на рисунке 3.1. Так для проведения экспериментов была использована питающая установка типа многопостового сварочного выпрямителя ВДМ–6307, расположенного на схеме под цифрой 9. Так кристаллизатор 10 был подключен на знак «-», а сварочная проволока на знак «+». Для проведения эксперимента по электрошлаковому переплаву была использована проволока типа СВ–08. Стереохимический состав использованной проволоки представлен достаточно низким содержанием примесей различных элементов, а общая доля углерода составила порядка 0,10 %.

Рисунок 3.1 – Схема расположения оборудования на стенде по электрошлаковому переплаву, где: 1 – бобина с проволокой; 2 – подача проволоки; 3 – электродвигатель подачи проволоки; 4 – головка подачи проволоки с трубкой; 5 – трубопроводы подачи охлаждающей жидкости (воды); 6 – тумблер переключения направления подачи (реверс); 7 – светодиод подачи питания; 8 – латр скорости подачи; 9 – питающая установка

Данная проволока заряжалась в бобину 1 конец которой пропускался через механизм катков, а затем в трубку, выполненную из латуни и медного наконечника.

Кристаллизатор 10 выполнен из меди что позволяло достаточно уверенно поддерживать высокотемпературный процесс электрошлаковой переплавки проволоки со специально приготовленным составом флюса. Выполнен кристаллизатор из двух половинок с проточенными в них полостями для подведения охлаждающей жидкости и отвода тепла от рабочей зоны. Регулировка потока ОЖ производилась системой вентилей, где при уменьшении подачи и изменялась скорость отвода тепла от стенок кристаллизатора. На рисунке 3.2, показано схематичное расположение слоев в электрошлаковой плавке. Так верхний слой плавки представлен расплавом флюса определенного состава, далее идет расплав металла, который вбирает в себя легирующие элементы из флюса, затем идет слой уже кристаллизирующегося металла. Температура расплавленного флюса достигала порядка 1400–1900 К.

Температура внешней поверхности кристаллизатора в момент технологического процесса достегал порядка 80–110 ⁰С. Температура воды на выходе была также измерена и составляла порядка 50–85 ⁰С, а на входе этот показатель составлял 3–6 ⁰С.

Так по причине существенной разницы температур поверхности кристаллизатора и расплава, жидкий флюс и металл постоянно циркулировали в стакане кристаллизатора, по траектории концентрических окружностей. Этот процесс позволял не только однородно перемешать металл, но и захватить больше легирующего элемента из расплавленного флюса.

В дальнейшем в процессе плавления метал по мере подъёма по желобу кристаллизатора из-за воздействия более холодных стенок застывает. Скорость кристаллизации на прямую зависит от подачи охлаждающей жидкости, также от температуры внешних стенок и зависит интенсивность перемешивания.

Рисунок 3.2 – Схема процесса электрошлакового переплава со схематичным расположением слоев, где: 1 – проволока типа СВ08–А, СВ08; 2 – стенка кристаллизатора; 3 – слой расплавленного флюса; 4 – жидкий металл; 5 – концентрические окружности и направление конвекции металла; 6 – кристаллизующийся металл; 7 – кристаллизованный метал; 8 – полость подвода охлаждающей жидкости

Тумблерами 6 и латр 8 позволяли производить настройку скорости подачи проволоки в процесс, и направление.

Так в среднем сила тока процесса электрошлакового переплава достигала порядка 400 А. Время электрошлаковой плавки составляло порядка 20 минут. На фотографии (рисунок 3.3), зафиксирован процесс электрошлакового плавления. Так процесс продолжался до тех пор, пока вместо расплавленного флюса до верхних кромок стакана не подходил расплавленный метал.

По завершению процесса кристаллизатор раскалывался на 2 половинки, а полученная плавка в виде цилиндра вынималась и остывала до комнатной температуры в течении 2–4 часов, либо остывала в тигле. Всего было сделано три плавки с использованием флюса в состав которого входило вольфрамсодержащее минеральное сырье. Фото полученного образца представлено на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 – Фотографии полученного образца

Рисунок 3.4 – Фотографии процесса электрошлакового переплава с использованием вольфрамсодержащего минерального сырья

Для проведения экспериментов был использован вольфрамсодержащий концентрат-шеелит, в составе которого присутствовало от общей массы порядка 50 % легирующего основного элемента W – вольфрама.

3.3. Получение флюса с использованием минерального вольфрамсодержащего многокомпонентного сырья.

Для проведения экспериментов по электрошлаковому переплаву с использованием в качестве основного легирующего элемента вольфрама – W, был использован вольфрамсодержащий концентрат-шеелит. Процентная доля основного легирующего элемента составляет порядка 50 %, что является достаточно низким по качеству показателем.

Процесс подготовки флюса на основе шеелита проходил в несколько стадий и включал в себя: завешивание каждого компонента, перемешивание всех компонентов, и подготовка флюса со связующим материалом в качестве которого был использован силикатный клей (жидкое стекло). Так в табл. 3.2, представлен состав флюса, приготовленного для проведения экспериментов.

Характеристики

Список файлов ВКР