W – Wolfram (wolframium) historia odkrycia, zastosowanie, wpływ na stal

Wolfram – historia odkrycia, wpływ na stal

Rozpuszczalność Wolframu w żelazie α wynosi do około 32% ,maleje wraz ze spadkiem temperatury, wolfram w żelazie γ rozpuszcza się do około 6% a w austenicie przy 0,25% węgla do 11%. Składnik ten zwiększa wytrzymałość stali na pełzanie i rozciąganie, nieznacznie, poprawia także drobnoziarnistość stali.
Stal o większej zawartości wolframu jest odporna na odpuszczające działanie ciepła przez co zachowuje wysoką twardość do temperatury 600^oC. Tworzy w stali bardzo twarde i odporne na ścieranie węgliki. Jest podstawowym składnikiem stali szybkotnących i niektórych stali narzędziowych.

Wolfram – właściwości fizykochemiczne

Najważniejsze fakty o wolframie (W):

Ma najwyższą temperaturę topnienia spośród wszystkich czystych metali (3422 °C).
Wyjątkowo wysoka gęstość (19,25 g/cm³) – porównywalna z uranem i złotem.
Niezastąpiony w stalach szybkotnących i narzędziowych (poprawia twardość na gorąco).

Odkrycie Wolframu

Wolfram został odkryty w roku 1781, przez szwedzkiego aptekarza i chemika, Karola Wilhelma Sheele (1742 -1786), w minerale zwanym tungstenem, co w języku jego odkrywcy oznaczało „ciężki kamień”. Do końca XVIII wieku, tungsten uznawany był za jedną z odmian rudy cyny i dopiero badania i analizy Sheele, doprowadziły do ustalenia, że jest to związek wapnia i całkiem nowego pierwiastka chemicznego, który występował w tungstenie w postaci kwasu wolframowego, a jego rodak – Torbern Bergman (1735-1784) uznał, że odkryty metal może być wytwarzane z tego kwasu.

Tungsten (CaWO4) został później nazwany szelitem (od nazwiska odkrywcy wolframium) Jako pierwsi, metaliczny wolfram, wyodrębnili bracia Fausto de Elhuyar 1755 –1833 i Juan José Elhuyar ( 1754 – 1796), w roku 1783. Praktyczne zastosowanie dla wolframu znalazł anglik Robert Oxland w roku 1847. Opatentował on sposób wytwarzania wolframianu sodowego oraz metodę otrzymywania czystego wolframu. Wolframian sodowy oraz związki z niego otrzymywane, stosowano do wytwarzania farb ceramicznych, impregnacji tkanin i drewna w celach przeciwpożarowych, bieli wolframowej oraz wielu odczynników stosowanych w chemii.

Oxland dość szybko zorientował się, że przyszłością do zastosowania wolframu jest metalurgia, w roku 1859 złożył kolejny patent na otrzymywanie stopów żelazowolframu, jednak wyprzedził go o kilka lat Austriacki chemik i metalurg Franz Köller, który w roku 1855 odlał stal wolframową.

Wolfram – zalety

Wszelkie zalety, jakie niesie dodatek wolframu do stali, udało się dopiero wykazać synowi hutnika, Robertowi Muchet (1811-1891) w roku 1868. Stal odlana przez Muschet’a zawierała 5% wolframu, 2,5% manganu, 2% węgla, 1,3% krzemu i 0,5 % chromu. Kiedy zrozumiano, że stal wolframowa, przewyższa znacznie swoimi właściwościami, pozostałe rodzaje stali, zaczęto ją stosować na płyty pancerne, lufy armatnie i pociski zdolne przebijać stalowe pancerze.

Stal wolframowa znalazła zastosowanie (przełom XIX / XX wiek), jako tak zwana stal szybkotnąca (współczesne HSS – high speed steel).
Narzędzia z takiej stali nie tępiły się nawet przy wysokich temperaturach, dzięki czemu można było zastosować wysokie prędkości skrawania przy toczeniu, frezowaniu, wierceniu. W roku 1900 Amerykanin Elwood Haynes (1857 – 1925) stworzył stop, który mógł składać się z 35-55% kobaltu, 25-35% chromu, 10-20% wolframu, 2-4%węgla i 0-10% żelaza.

Stellit

taką nosił nazwę ów stop, posiadał wytrzymałość na rozciąganie około 200kg/mm², był odporny na korozję i ścieranie, a właściwości te zachowywał do temperatury około 900 st. C. Zaraz przed I wojną światową, Niemcy Lohmann i Voigtleader, opatentowali wytwarzanie węglika wolframu, a w roku 1923 firma „Osram” udoskonaliła i opatentowała ten wynalazek, którym były spiekane razem proszek węglika wolframu z dodatkiem proszku kobaltu w ilości 5-6%.

Węglik spiekany,

bo taką nosił nazwę, stał się bardzo popularny w latach trzydziestych XX wieku, kiedy to firma Krupp zaczęła produkcję płytek, które napawane na ostrza narzędzi, wykazywały nadzwyczajne własności. Bardzo wysoka twardość i odporność na ścieranie, przewyższały znacznie właściwości stellitów i zachowywały się aż do temperatury około 1000 st. C. Produkt Kruppa nosił nazwę „Widia”, co w języku niemieckim było skrótem od „wie diament”, czyli „jak diament”.

W Polsce przed II wojną światową produkowane był bardzo wysokiej jakości, cenione również za granicą węgliki spiekane: „Distar” czyli diament starachowicki, wytwarzany w Starachowickich Zakładów Metalurgicznych, oraz „Baildonit” produkcji Huty Baildon.
Wytwarzanie proszków metali i ich spiekanie, doprowadziło do stworzenia nowego działu metalurgii, nazwanego metalurgią proszków.