Gustoća fero-volframa jedno je od rijetkih svojstava legure koje se može pouzdano predvidjeti prije nego što se tali jednom toplinom, jer izravno proizlazi iz omjera dvaju metala koje sadrži. Brojka je važna kako komercijalno tako i tehnički: gustoća utječe na ponašanje taloženja i otapanja u loncu za proizvodnju čelika i to je razlog zašto se legura pojavljuje u balastnim utezima, žiro rotorima i zaštiti od zračenja. Ovaj članak daje radne vrijednosti, pokazuje kako se izračunavaju i objašnjava što odmiče izmjerenu gustoću od izračunate.
Od čega se sastoji ferro volfram
Fero volfram je glavna legura volframa i željeza koja se koristi za uvođenje volframa u čelik i lijevano željezo. Komercijalni materijal nastaje karbotermičkom redukcijom koncentrata volframove rude u električnoj peći, s materijalom koji-sa željezom napunjen tako da se reducirani volfram otapa u tekućem željezu umjesto da se proizvodi kao čisti metal. Rezultat je gusta, krhka legura koja se skrućuje kao mješavina intermetalnih faza, prvenstveno spojeva FeW i Fe2W, zajedno s ograničenom količinom matrice -bogate željezom.
Glavni element:volfram, obično 70 do 85 posto mase u komercijalnim klasama.
Stanje:željezo, s malim i kontroliranim količinama ugljika, silicija, fosfora i sumpora.
Oblici proizvoda:lijevane grude, drobljene i prosijane frakcije i fini prah za proizvodnju žice s jezgrom i briketa.
Ponašanje pri otapanju:legura se tali u određenom rasponu, a ne u jednoj točki, jer se prisutne faze razlikuju u sastavu.
Tipične vrijednosti gustoće po stupnju
Budući da je legura smjesa, njezina gustoća leži između gustoće čistog volframa, oko 19,25 g/cm³, i gustoće čistog željeza, oko 7,87 g/cm³. Pravilo mješavine za gustoću nije jednostavan ponderirani prosjek dviju brojki, budući da je ono što je sačuvano volumen, a ne gustoća:
1 / ρlegura=(w(W) / ρ(W)) + (w(Fe) / ρ(Fe)), gdje w označava maseni udio.
| Razred | Sadržaj volframa | Izračunata gustoća (g/cm³) |
|---|---|---|
| FeW70 | 70 posto | 13.43 |
| FeW75 | 75 posto | 14.14 |
| FeW80 | 80 posto | 14.93 |
| FeW85 | 85 posto | 15.82 |
Izračunate vrijednosti stoga rastu s oko 13,4 na oko 15,8 g/cm³ u cijelom komercijalnom rasponu. Čvrsti komercijalni materijal u uobičajenom prozoru FeW75 do FeW80 obično se navodi na približno 14,0 do 15,5 g/cm³, pri čemu izračunata brojka predstavlja-leguru bez pora točno navedenog sastava. U kontekstu, obični ugljični i niskolegirani čelik ima 7,75 do 8,05 g/cm³, a olovo oko 11,34 g/cm³, tako da je glavna legura koja sadrži volfram-otprilike 1,8 puta gušća od čelika i znatno gušća od olova.
Čimbenici koji mijenjaju izmjerenu gustoću
Laboratorijska brojka uzeta iz isporučene serije rijetko točno odgovara izračunatoj vrijednosti. Razlike su objašnjive, a svaka ukazuje na svojstvo koje vrijedi navesti u narudžbenici:
Omjer volframa i željeza:dominantni faktor. Svaki dodatni postotak volframa povećava gustoću legure.
Sadržaj ugljika:dodaci ugljika neznatno smanjuju gustoću, i zato što je ugljik lagan i zato što ugljik mijenja udio prisutnih faza.
Preostali elementi:molibden i drugi teški ostaci mogu zamijeniti volfram i pomaknuti rezultat u bilo kojem smjeru, tako da se ocjene kupuju prema kemijskoj specifikaciji, a ne prema nazivu.
Poroznost i skupljanje:lijevani ingoti i grudice sadrže šupljine, tako da izmjerena gustoća komada može pasti ispod izračunate vrijednosti čak i kada je kemijski sastav točan.
Zarobljena troska i ne-metalni uključci:lakši od legure, oni smanjuju prosječnu gustoću i također smanjuju obnavljanje volframa u loncu.
Nasipna gustoća usitnjenih partija:kada se proizvod drobi i prosijava, masa po izlivenom volumenu pakiranog sloja uvijek je niža od čvrste gustoće čestica i ovisi o raspodjeli veličine i obliku čestica, a ne o kemiji.
Iz tog posljednjeg razloga brojka gustoće je besmislena ako nije navedena osnova. Kupci bi trebali zahtijevati da certifikat razlikuje gustoću krutih čestica od nasipne gustoće, te bi trebali odrediti veličinu frakcije u isto vrijeme, jer se fina frakcija i gruba frakcija identičnog kemijskog sastava neće ponašati na isti način u talini.
Zašto je gustoća važna u praksi
U loncu za proizvodnju čelika iu peći, visoka gustoća je operativna prednost. Gusti dodatak prodire kroz sloj troske, brzo dolazi do tekućeg metala i tamo se otapa, dok lagani dodatak može lebdjeti, oksidirati na površini i izgubiti se u troski. To je razlog zašto se volfram puni kao fero-volfram, a ne kao oksid ili kao fini prah, i zašto se veličina usklađuje s praksom: grudva za punjenje u peći, fine frakcije za žicu s jezgrom gdje je potrebna kontrolirana stopa dodavanja.
Izvan talionice, gustoća legure je razlog zašto je uopće odabrana:
Balast i protuutezi:najveću masu u najmanjem volumenu, za kontrolne površine zrakoplova, protuutege dizalica i dizalica i utrke.
Rotacijska inercija:žiroskopski rotori i obruči zamašnjaka, gdje je potrebna kompaktna masa velike-gustoće.
Zaštita od zračenja:materijal koji nosi-volfram nudi zaštitnu izvedbu blisku olovu pri mnogo manjoj debljini, bez toksičnosti olova i ograničenja rukovanja.
Dijelovi gradijenta gustoće:komponente namjerno izgrađene s lakšom vanjskom ljuskom i gustom jezgrom, ili obrnuto, da smjeste masu na mjesto gdje kontrolira vibracije ili ravnotežu.
Strojna obrada i obrada slijede istu logiku. Gusta, tvrda i krhka legura sporo se reže, pa se obično dovršava brušenjem s abrazivnim stupnjevima koji odgovaraju tvrdim obradcima niske-duktilnosti, a rijetko se zavariva. Tamo gdje je potreban gotov dio, brojka gustoće ulazi izravno u izračun težine, a time i u veličinu naručene gredice.
Često postavljana pitanja
P: Kolika je gustoća fero volframa?
Čvrsti komercijalni materijal obično se navodi na oko 14,0 do 15,5 g/cm³ za sadržaj volframa od 70 do 85 posto. Izračunate vrijednosti bez pora za iste stupnjeve kreću se od oko 13,4 do 15,8 g/cm³.
P: Zašto gustoća fero volframa nije prosjek volframa i željeza?
Gustoća je masa po jedinici volumena, tako da se volumeni kombiniraju umjesto gustoće. Pravilo mješavine dodaje volumen koji svaka komponenta zauzima, zbog čega je legura lakša od volframa koji sadrži.
P: Je li fero volfram teži od olova?
Da. Olovo ima oko 11,34 g/cm³ naspram otprilike 14 g/cm³ ili više za leguru, zbog čega je materijal koji nosi-volfram favoriziran za kompaktne protuutege i zaštitu.
P: Znači li veći sadržaj volframa uvijek veću gustoću?
Unutar raspona FeW70 do FeW85, da. Stvarne serije mogu odstupati ako su prisutni poroznost, uključci troske ili teški zaostali elementi, tako da se gustoća provjerava uz kemijsku analizu.
P: Koja je razlika između čvrste gustoće i nasipne gustoće fero volframa?
Gustoća čvrste tvari opisuje materijal same čestice. Nasipna gustoća opisuje pakiranu hrpu zdrobljenog proizvoda i niža je jer se praznine između čestica računaju u volumen.
P: Zašto se fero volfram mora drobiti na graduiranu veličinu?
Brzina otapanja, način punjenja i oporavak ovise o veličini čestica. Punjenje u peći tolerira grudice, dok dodaci lonca i žice s jezgrom zahtijevaju užu i sitniju frakciju.
