Le terme `` métal réfractaire '' est utilisé pour décrire un groupe d'éléments métalliques qui ont des points de fusion exceptionnellement élevés et sont résistants à l'usure, corrosionet la déformation.
Les utilisations industrielles du terme métal réfractaire se réfèrent le plus souvent à cinq éléments couramment utilisés:
- Molybdène (Mo)
- Niobium (Nb)
- Rhénium (Re)
- Tantale (Ta)
- Tungstène (W)
Cependant, des définitions plus larges ont également inclus les métaux les moins couramment utilisés:
- Chrome (Cr)
- Hafnium (Hf)
- Iridium (Ir)
- Osmium (Os)
- Rhodium (Rh)
- Ruthénium (Ru)
- Titane (Ti)
- Vanadium (V)
- Zirconium (Zr)
Les caractéristiques
La caractéristique distinctive des métaux réfractaires est leur résistance à la chaleur. Les cinq métaux réfractaires industriels ont tous des points de fusion supérieurs à 3632 ° F (2000 ° C).
La résistance des métaux réfractaires à des températures élevées, en combinaison avec leur dureté, les rend idéales pour les outils de coupe et de perçage.
Les métaux réfractaires sont également très résistants aux chocs thermiques, ce qui signifie qu'un chauffage et un refroidissement répétés ne causeront pas facilement de dilatation, de contrainte et de fissuration.
Les métaux ont tous des densités élevées (ils sont lourds) ainsi que de bonnes propriétés de conduction électrique et thermique.
Une autre propriété importante est leur résistance au fluage, la tendance des métaux à se déformer lentement sous l'influence des contraintes.
En raison de leur capacité à former une couche protectrice, les métaux réfractaires sont également résistants à la corrosion, bien qu'ils s'oxydent facilement à des températures élevées.
Métaux réfractaires et métallurgie des poudres
En raison de leurs points de fusion et de leur dureté élevés, les métaux réfractaires sont le plus souvent traités sous forme de poudre et jamais fabriqués par coulée.
Les poudres métalliques sont fabriquées selon des tailles et des formes spécifiques, puis mélangées pour créer le bon mélange de propriétés, avant d'être compactées et frittées.
Le frittage consiste à chauffer la poudre métallique (dans un moule) pendant une longue période de temps. Sous la chaleur, les particules de poudre commencent à se lier, formant une pièce solide.
Le frittage peut lier les métaux à des températures inférieures à leur point de fusion, un avantage significatif lors du travail avec les métaux réfractaires.
Poudres de carbure
L'une des premières utilisations de nombreux métaux réfractaires est apparue au début du XXe siècle avec le développement des carbures cémentés.
Widia, le premier carbure de tungstène disponible dans le commerce, a été développé par Osram Company (Allemagne) et commercialisé en 1926. Cela a conduit à d'autres tests avec des métaux également durs et résistants à l'usure, conduisant finalement au développement de carbures frittés modernes.
Les produits en matériaux carbures bénéficient souvent de mélanges de différentes poudres. Ce processus de mélange permet l'introduction de propriétés bénéfiques à partir de différents métaux, produisant ainsi des matériaux supérieurs à ce qui pourrait être créé par un métal individuel. Par exemple, la poudre de Widia d'origine était composée de 5 à 15% de cobalt.
Remarque: pour en savoir plus sur les propriétés des métaux réfractaires, consultez le tableau en bas de page.
Applications
Les alliages et carbures à base de métaux réfractaires sont utilisés dans pratiquement toutes les grandes industries, y compris électronique, aérospatiale, automobile, produits chimiques, mines, technologie nucléaire, traitement des métaux et prothèses.
La liste suivante des utilisations finales des métaux réfractaires a été établie par la Refractory Metals Association:
Métal de tungstène
- Filaments de lampes à incandescence, fluorescentes et automobiles
- Anodes et cibles pour tubes à rayons X
- Supports semi-conducteurs
- Électrodes pour le soudage à l'arc au gaz inerte
- Cathodes haute capacité
- Les électrodes pour xénon sont des lampes
- Systèmes d'allumage automobile
- Buses de fusée
- Émetteurs à tubes électroniques
- Creusets de traitement d'uranium
- Éléments chauffants et écrans anti-rayonnement
- Eléments d'alliage dans les aciers et superalliages
- Renforcement dans les composites à matrice métallique
- Catalyseurs dans les processus chimiques et pétrochimiques
- Lubrifiants
Molybdène
- Additions d'alliage dans les fers, aciers, aciers inoxydables, aciers à outils et superalliages à base de nickel
- Broches de meules de haute précision
- Métallisation par pulvérisation
- Die-casting meurt
- Composants de moteurs de missiles et de fusées
- Électrodes et bâtonnets d'agitation dans la fabrication du verre
- Éléments chauffants de four électrique, bateaux, écrans thermiques et doublure de silencieux
- Pompes de raffinage du zinc, laveurs, vannes, agitateurs et puits de thermocouple
- Production de barres de commande de réacteurs nucléaires
- Commutez les électrodes
- Supports et supports pour transistors et redresseurs
- Filaments et fils de support pour phare automobile
- Getters de tube à vide
- Jupes, cônes et boucliers thermiques de fusée
- Composants de missiles
- Supraconducteurs
- Équipement de traitement chimique
- Boucliers thermiques dans les fours sous vide à haute température
- Additifs d'alliage dans les alliages ferreux et les supraconducteurs
Carbure de tungstène cimenté
- Carbure de tungstène cimenté
- Outils de coupe pour l'usinage des métaux
- Équipement de génie nucléaire
- Outils d'exploitation minière et de forage pétrolier
- La formation meurt
- Rouleaux de formage de métal
- Guides de fil
Métal lourd de tungstène
- Douilles
- Sièges de soupape
- Lames pour couper les matériaux durs et abrasifs
- Pointes de stylo à bille
- Scies et perceuses à maçonnerie
- Heavy métal
- Boucliers anti-rayonnement
- Contrepoids d'aéronefs
- Contrepoids de montre à remontage automatique
- Mécanismes d'équilibrage des caméras aériennes
- Poids d'équilibrage des pales de rotor d'hélicoptère
- Inserts de poids club or
- Corps de fléchettes
- Fusibles d'armement
- Amortissement des vibrations
- Ordnance militaire
- Granulés de fusil de chasse
Tantale
- Condensateurs électrolytiques
- Échangeurs de chaleur
- Chauffages à baïonnette
- Puits de thermomètre
- Filaments de tube à vide
- Équipement de traitement chimique
- Composants de fours haute température
- Creusets pour la manipulation du métal fondu et des alliages
- Outils de coupe
- Composants de moteurs aérospatiaux
- Implants chirurgicaux
- Additif d'alliage dans les superalliages
Propriétés physiques des métaux réfractaires
| Type | Unité | Mo | Ta | Nb | W | Rh | Zr |
| Pureté commerciale typique | 99.95% | 99.9% | 99.9% | 99.95% | 99.0% | 99.0% | |
| Densité | cm / cc | 10.22 | 16.6 | 8.57 | 19.3 | 21.03 | 6.53 |
| lb / pouce2 | 0.369 | 0.60 | 0.310 | 0.697 | 0.760 | 0.236 | |
| Point de fusion | Celcius | 2623 | 3017 | 2477 | 3422 | 3180 | 1852 |
| ° F | 4753.4 | 5463 | 5463 | 6191.6 | 5756 | 3370 | |
| Point d'ébullition | Celcius | 4612 | 5425 | 4744 | 5644 | 5627 | 4377 |
| ° F | 8355 | 9797 | 8571 | 10,211 | 10,160.6 | 7911 | |
| Dureté typique | DPH (vickers) | 230 | 200 | 130 | 310 | -- | 150 |
| Conductivité thermique (à 20 ° C) | cal / cm2/cm°C/sec | -- | 0.13 | 0.126 | 0.397 | 0.17 | -- |
| Coefficient de dilatation thermique | ° C x 10 -6 | 4.9 | 6.5 | 7.1 | 4.3 | 6.6 | -- |
| Résistivité électrique | Micro-ohm-cm | 5.7 | 13.5 | 14.1 | 5.5 | 19.1 | 40 |
| Conductivité électrique | % IACS | 34 | 13.9 | 13.2 | 31 | 9.3 | -- |
| Résistance à la traction (KSI) | Ambiant | 120-200 | 35-70 | 30-50 | 100-500 | 200 | -- |
| 500 ° C | 35-85 | 25-45 | 20-40 | 100-300 | 134 | -- | |
| 1000 ° C | 20-30 | 13-17 | 5-15 | 50-75 | 68 | -- | |
| Allongement minimum (jauge de 1 pouce) | Ambiant | 45 | 27 | 15 | 59 | 67 | -- |
| Module d'élasticité | 500 ° C | 41 | 25 | 13 | 55 | 55 | |
| 1000 ° C | 39 | 22 | 11.5 | 50 | -- | -- |
La source: http://www.edfagan.com