W – היסטוריה של גילוי, יישום והשפעה של וולפרם (טונגסטן) על פלדה

טונגסטן - היסטוריה של גילוי, השפעה על פלדה

מסיסות של טונגסטן בברזל α הוא עד כ-32%, יורד עם ירידה בטמפרטורה, טונגסטן בברזל γ מתמוסס לכ-6% aw אוסטניט ב-0,25% פחמן עד 11%. רכיב זה מגביר חוזק הזחילה של פלדה ומתיחה, מעט, גם משפרת את דקיקות הפלדה.
פלדה עם תכולת טונגסטן גבוהה יותר עמידה בפני אפקט הרפיה של חום, ובכך שומרת על קשיות גבוהה עד לטמפרטורה של 600 מעלות צלזיוס.^oג. הוא יוצר קרבידים קשים מאוד ועמידים בפני שחיקה בפלדה. זהו המרכיב הבסיסי פלדות מהירות גבוהה וכמה פלדות כלים.

טונגסטן - תכונות פיזיקוכימיות

עובדות מפתח על טונגסטן (W):

יש לו את נקודת ההיתוך הגבוהה ביותר מבין כל המתכות הטהורות (3422 מעלות צלזיוס).
צפיפות גבוהה במיוחד (19,25 גרם/סמ"ק) - דומה לאורניום וזהב.
חיוני בפלדות מהירות ובפלדות כלים (משפר את קשיות החמה).

גילוי טונגסטן

טונגסטן התגלה בשנת 1781 על ידי הרוקח והכימאי השוודי, קרל וילהלם שילה (1742-1786), במינרל בשם טונגסטן, שבשפת מגלהו פירושו "אבן כבדה". עד סוף המאה ה-18, טונגסטן נחשב לסוג של עפרת בדיל. רק מחקרו וניתוחו של שילה הובילו לקביעה שמדובר בתרכובת של סידן ויסוד כימי חדש לחלוטין, המופיע בטונגסטן בצורת חומצה טונגסטית. בן ארצו, טורברן ברגמן (1735-1784), זיהה שניתן לייצר את המתכת שהתגלתה מחומצה זו.

טונגסטן (CaWO4) נקרא מאוחר יותר סְכֵלִיט (על שם מגלה הטונגסטן). הראשונים שבודדו טונגסטן מתכתי היו האחים פאוסטו דה אלהויאר (1755–1833) וחואן חוסה אלהויאר (1754–1796) בשנת 1783. האנגלי רוברט אוקסלנד מצא יישומים מעשיים לטונגסטן בשנת 1847. הוא רשם פטנט על שיטה לייצור טונגסטט נתרן ושיטה להשגת טונגסטן טהור. טונגסטט נתרן ותרכובות שמקורן בו שימשו בייצור צבעי קרמיקה, הספגה של בדים ועץ להגנה מפני אש, טונגסטן לבן וריאגנטים רבים המשמשים בכימיה.

אוקסלנד הבין במהרה שהשימוש העתידי בטונגסטן הוא במטלורגיה, ובשנת 1859 הוא הגיש פטנט נוסף להפקת סגסוגות פרו-טונגסטן, אך קדם לו בכמה שנים הכימאי והמטלורג האוסטרי פרנץ קולר , אשר בשנת 1855 יצק פלדת טונגסטן.

טונגסטן - יתרונות

היתרונות המלאים של הוספת טונגסטן לפלדה הודגמו רק על ידי בנו של יצרן פלדה, רוברט מושט (1811-1891), בשנת 1868. הפלדה שיצר מושט הכילה 5% טונגסטן, 2,5% מנגן, 2% פחמן , 1,3% סיליקון ו-0,5% כרום . כאשר התברר כי לפלדת טונגסטן תכונות טובות משמעותית על סוגי פלדה אחרים, היא החלה לשמש ללוחות שריון, קנים לתותחים וכדורים המסוגלים לחדור שריון פלדה.

פלדת טונגסטן מצא שימוש (בתחילת המאה ה-19/20) כ"מה שנקרא" פלדה מהירה (HSS מודרנית – פלדה מהירה).
כלים העשויים מפלדה כזו לא התקהו אפילו בטמפרטורות גבוהות, מה שאפשר שימוש במהירויות חיתוך גבוהות לחריטה, כרסום וקידוח. בשנת 1900, האמריקאי אלווד היינס (1857 – 1925) יצר סגסוגת שיכולה להכיל 35-55% קובלט, 25-35% כרום, 10-20% טונגסטן, 2-4% פחמן ו-0-10% בַּרזֶל.

סטליט

זה היה שמה של סגסוגת זו, היה לה חוזק מתיחה של כ-200 ק"ג/מ"מ ^רבוע , היא הייתה עמידה בפני קורוזיה ושחיקה, ושמרה על תכונות אלו עד לטמפרטורה של כ-900 מעלות צלזיוס. רגע לפני מלחמת העולם הראשונה, הגרמנים לוהמן ווויגטלידר רשמו פטנט על ייצור טונגסטן קרביד, ובשנת 1923 חברת "אוסראם" שיפרה ורשמה פטנט על המצאה זו, שכללה סינטור של אבקת טונגסטן קרביד עם תוספת אבקת קובלט בכמות של 5-6%.

קרביד צמנט,

כפי שכונה, היא הפכה פופולרית מאוד בשנות ה-30, כאשר קרופ החלה לייצר לוחות אשר, כאשר התקשו על להבי כלים, הציגו תכונות יוצאות דופן. קשיותן הגבוהה ועמידותן בפני שחיקה עלו משמעותית על אלו של סטליט והחזיקו מעמד עד לטמפרטורות של כ-1000 מעלות צלזיוס. המוצר של קרופ נקרא " Widia ", שבגרמנית היה קיצור של "wie diamant", שפירושו "כמו יהלום".

בפולין שלפני מלחמת העולם השנייה יוצרו קרבידים צמנטיים באיכות גבוהה מאוד, אשר זכו להערכה גם בחו"ל: "דיסטאר" כלומר, יהלום סטארכוביצה, המיוצר במפעל המתכת סטארכוביצה, ו "ביילדונייט" הפקה מפעלי הפלדה של ביילדון.
ייצור אבקות מתכת וסינטור שלהן הובילו ליצירת ענף חדש של מטלורגיה, הנקרא מטלורגיה אבקתית.