Глава XXII. ТУГОПЛАВКИЕ МЕТАЛЛЫ

1. Общие сведения

К тугоплавким металлам, если принять за единственный показатель высокую температуру плавления, следует отнести все металлы, температура плавления которых выше температуры плавления железа Однако некоторые металлы с высокой температурой плавления обладают другими свойствами, роднящими их с металлами, близко расположенными с ними в периодической системе элементов, и поэтому их целесообразнее отнести к группе платиновых, урановых или редкоземельных металлов (см. с. 14). В этом случае к группе тугоплавких металлов относят: титан (температура плавления цирконий гафний ванадий ниобий тантал хром молибден вольфрам технеций рений

Все эти элементы расположены в одном месте периодической системы элементов (см. табл. 2), что и определяет общность их свойств.

Тем не менее типичными тугоплавкими металлами являются шесть из них, расположенных в середине участка периодической системы, занимаемой всеми тугоплавкими металлами, это , т. е. металлы V и VI группы. В левой части «тугоплавкой области» расположены (IV группа) со свойствами как бы промежуточными — между тугоплавкими металлами и металлами урановой группы и редкоземельными металлами, а (VII группа) по свойствам близки к металлам платиновой группы. Поэтому в этой главе мы познакомимся с типичными тугоплавкими металлами

Титан имеет широкое применение и описанию его свойств посвящена гл. XXI. Цирконий, гафний и рений имеют ограниченное применение в виду их малой

распространенности в природе (см. рис. 1) и, следовательно, высокой стоимости. Упоминание о их применении можно найти на с. 449—450.

Технеций в природе не встречается, он получен в настолько малых количествах, что невозможно изучить подробно его свойства даже в лабораторных условиях.

Чистые тугоплавкие металлы, хотя и обладают более высокой жаропрочностью, чем сплавы на основе железа, кобальта и никеля, тем не менее не используются для эксплуатации при высоких температурах, так как сплавы на их основе обладают более высокой жаропрочностью. Следует указать на высокую коррозионную стойкость сплавов этих металлов в крепких неорганических кислотах (см. рис. 353), что указывает на перспективность их применения в химическом машиностроении.

Важнейшие физические свойства основных тугоплавких металлов приведены в табл. 87.

Таблица 87. (см. скан) Физические свойства тугоплавких металлов

Кроме высокой температуры плавления, все указанные в табл. 87 тугоплавкие металлы имеют кристаллическую решетку о.ц.к., все металлы мономорфны (т. е. не обладают полиморфизмом), что существенно отличает их от других тугоплавких металлов.

Все перечисленные металлы редкие (см. рис. 1) и поэтому дорогие (см. табл. 5).

Технология обработки тугоплавких металлов сложна, так как температура обработки (термической, деформации) высока, в особенности для сплавов ниобия, тантала, молибдена и вольфрама.

Тугоплавкие металлы в виде компактной массы получают либо методом дуговой плавки, либо методами порошковой металлургии.

В первом случае плавка ведется в вакууме, и одним из электродов является расплавленный металл. Во втором случае получается (обычно путем восстановления оксидов) порошок чистого металла, который спекается при высокой температуре (сплавы молибдена при 1800 °С, сплавы вольфрама при 2000 °С) затем прессуется или прокатывается в необходимый профиль.

Приготовление сплавов литейным способом дороже, чем методом порошковой металлургии, но свойства (пластичность) выше.

Как указывалось, большинство тугоплавких металлов имеет (как и -железо) объемноцентрированную кубическую решетку, а для металлов, имеющих такое кристаллическое строение, характерно охрупчивание при определенных температурах. Температура этого перехода зависит от природы металла и его чистоты.

Рис. 366. Сериальные кривые относительного сужения тугоплавких металлов в рекриста ллизованном состоянии

Из рис. 366 видно, что пластичный металл (большое поперечное сужение) ниже определенной температуры становится хрупким. Эта температура для вольфрама и хрома лежит выше комнатной, для молибдена — в районе комнатной, а для ниобия, как и для железа — ниже комнатной.

Наибольшее применение из тугоплавких металлов имеют ниобий, тантал, молибден и вольфрам, часто именуемые «большой четверкой».