Wolfram Werkstoffeigenschaften und Anwendungen Tungsten Material Properties and Applications
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Wolfram
Werkstoffeigenschaften und Anwendungen
Tungsten
Material Properties and ApplicationsWolfram Tungsten Wolfram zählt zu den Refraktärmetallen. Tungsten counts as one of the refractory Es besitzt den höchsten Schmelzpunkt metals. It has the highest melting und geringsten Dampfdruck aller point and lowest vapour pressure of all Metalle. metallic elements. Es war das Metall Wolfram mit dem It was with the production of tungsten 1921 die Firmengeschichte von that the story of the PLANSEE company PLANSEE begann. Auch heute noch began in 1921. Also today tungsten bestimmt Wolfram neben anderen takes its place in our production hochschmelzenden Metallen wie programme, along with other high mel- Molybdän, Tantal und dessen ting point metals such as molybdenum, Legierungen unser Produktprogramm. tantalum and their alloys. Wolfram und Wolframlegierungen PLANSEE produces tungsten and werden bei PLANSEE durch tungsten alloys by powder metallurgical pulvermetallurgische Verfahren processes. An advantage of powder erzeugt. Ein Vorteil der metallurgy against other manufacturing Pulvermetallurgie gegenüber methods is the fine grain size of the anderen Herstellungsvarianten ist die tungsten powder obtained. The Feinkörnigkeit des pulvermetallurgisch fine-grained nature of tungsten manuf- hergestellten Wolframs. Sie erleichtert actured by powder metallurgy simplifies die Weiterverarbeitung und verleiht dem further processing and conveys better Fertigprodukt bessere mechanische mechanical properties to the finished Eigenschaften. product. Titelseite: Bild Lampe mit freundlicher Genehmigung der Firma OSRAM Coverpage: Lamp photo reproduced by courtesy of OSRAM
INHALT
Wolfram Seite
Herstellung von Halbzeug 4
Produktionsprogramm und
garantierte Analyse 6
Hinweise zur Werkstoffauswahl 8
Eigenschaften von Wolfram
und seinen Legierungen 14
Chemisches Verhalten von
Wolfram und seinen Legierungen 20
Bearbeitung von Wolfram 25
Verbindungstechnik 29
Oberflächenbehandlung von
Wolfram und seinen Legierungen 32
PLANSEE-Lieferformen 34
CONTENTS
Tungsten Page
Manufacture of Semi-finished Products 4
Product Range and
Chemical Composition 6
Basis for Material Selection 8
Properties of Tungsten
and its Alloys 14
Chemical Behaviour of Tungsten
and its Alloys 20
Machining of Tungsten 25
Joining Techniques 29
Surface Treatment of Tungsten
and its Alloys 32
Available Products 34
Angaben über die Beschaffenheit bzw. Data concerning the condition or recommendations
Empfehlungen zur Verwendbarkeit von for the use of materials and products are given for
Werkstoffen und Erzeugnissen dienen der information only. All data are based on practical
Beschreibung. Sie beruhen auf praktischen experience. Information referring to the existence
Erfahrungen. Angaben in Bezug auf das of specific properties is given to the best of our
Vorhandensein bestimmter Eigenschaften knowledge, but does not imply any guarantee. Any
erfolgen nach bestem Wissen, jedoch ohne assurances in this respect must always be obtained
Gewähr. Diesbezügliche Zusagen bedürfen specifically in writing.
stets gesonderter schriftlicher Vereinbarung.
All rights reserved, in particular for translation into
Alle Rechte, insbesondere das der Übertragung foreign languages. Reproduction of any part of
in fremde Sprachen, vorbehalten. Ohne this brochure is not permitted without the express
ausdrückliche Genehmigung von PLANSEE consent of PLANSEE.
ist es nicht gestattet, diese Broschüre oder
Teile daraus zu vervielfältigen.Herstellung von Halbzeug
Manufacture of Semi-finished Products
Der durchschnittliche Gehalt von On average the Earth’s crust contains
Wolfram in der Erdkruste beträgt around 1.25 g/tonne of tungsten.
1.25 g/Tonne.
Along with the minerals Ferberite
Neben den Mineralien Ferberit (FeWO4), Hubnerite (MnWO4) and
(FeWO4), Hübnerit (MnWO4) und Wolframite ((Fe,Mn)WO4), Scheelite
Wolframit ((Fe, Mn)WO4) ist vor (CaWO4) is the most important ore
allem der Scheelit (CaWO4) involved in tungsten production. The
wichtigstes Ausgangsprodukt für largest deposits are found in China,
die Herstellung von Wolfram. Russia, Canada and North America,
Die größten Wolframvorkommen although tungsten is also mined in
sind in China, Russland, Kanada Austria.
und Nordamerika, aber auch in W-Bleche
Österreich wird Wolfram abgebaut. The ores are separated from their Tungsten sheets
by-products mainly by crushing
Die Erze werden vorwiegend über and grinding, followed by flotation.
Brechen, Mahlen und anschließende Ammonium paratungstate
Flotation von den Begleitmineralien (APT-(NH4)2WO4) is recovered
getrennt. Über mehrere Zwischen- after several intermediate steps,
schritte wird das Ammoniumpara- and this is converted to tungsten
wolframat (APW-(NH4)2WO4) oxide (WO3) or tungsten blue oxide
gewonnen, welches durch Erhitzen (WO3-x) by heating to evaporate
unter Abdampfung des Ammoniaks ammonia.
zu Wolframoxid (WO3) oder Wolfram-
blauoxid (WO3-x) umgewandelt wird. Tungsten powder is obtained from
ammonium paratungstate ((NH4)2WO4),
Die Ausgangsmaterialien für die tungsten oxide (WO3) and tungsten blue
Wolframpulverherstellung über Wasser- oxide (WO3-x) by hydrogen reduction at
stoffreduktion sind das Ammonium- temperatures in the range 700 °C -
parawolframat ((NH4)2WO4), das 1100 °C (973 - 1373K). Various grain
Wolframoxid (WO3) und das Wolfram- sizes can be produced depending on
blauoxid (WO3-x). Die Reduktion erfolgt the reduction temperature and the W-Stäbe mit geschliffener Oberfläche
Tungsten rods with ground surface
bei Temperaturen zwischen 700 °C - hydrogen dew-point. Purity of the metal
1100 °C (973 - 1373 K). In Abhängigkeit powder is above 99.97 %.
von der Reduktionstemperatur und des In the manufacture of doped or alloyed
Wasserstofftaupunktes können tungsten products, the doping or
unterschiedliche Korngrößen eingestellt alloying elements are either introduced
werden. Die Reinheit der Metallpulver into the raw materials prior to reduction
liegt über 99.97 %. using the sol-gel process, or they can
Zur Produktion von gedopten Wolfram- be added to the metal powder after
werkstoffen und Wolframlegierungen reduction.
werden die Dotier- bzw. Legierungsele-
mente entweder vor der Reduktion über Following the reduction stage the
Sol-Gel-Verfahren in die Ausgangsstoffe powder is sieved and homogenised.
eingebracht oder danach dem Metall- The initial densification of the powder
pulver beigemischt. to various plate and rod geometries
takes place predominantly through die
Nach der Reduktionsstufe wird das pressing and cold isostatic pressing.
Pulver gesiebt und homogenisiert.
Vorwiegend über Matrizenpressen
und kaltisostatisches Pressen (CIP)
erfolgt die erste Verdichtungsstufe des
Pulvers zu unterschiedlichen
Platten- und Stabgeometrien.
4Schematischer Ablauf der Herstellung von Halbzeug
Schematic flow of the production of semi-finished products
Die Presslinge werden anschließend The pressed compacts are subsequently
meist in H2 gefluteten Öfen bei sintered at temperatures between
Temperaturen zwischen 2000 - 2500 °C 2000 - 2500 °C (2273 - 2773K), mostly
(2273 - 2773 K) gesintert. Die Dichte using furnaces with hydrogen flow. This
und Festigkeit der Presslinge wird increases the density and the strength
dabei erhöht. of the pressed blanks.
Die Umformung der Sinterlinge durch Deformation of the sintered blanks
unterschiedliche Umformverfahren, takes place at temperatures up to
wie beispielsweise Walzen, Schmieden 1600 °C (1873K), using for example
und Hämmern erfolgt bei Temperaturen rolling, forging and swaging.
bis zu 1600 °C (1873 K). Zwischen- Intermediate annealing, leading
glühungen zur Erholung und Rekristalli- to recovery and recrystallization,
sation sind notwendig, um ausreichende is necessary to maintain sufficient
Umformgrade aufbringen zu können. workability. The working temperature
Mit zunehmendem Umformgrad kann can be reduced as the degree of
die Verarbeitungstemperatur gesenkt deformation increases. In this way
werden. Auf diese Weise werden forged parts, sheets and foils are
Schmiedeteile, Bleche und Folien produced. Wires are produced from
erzeugt. Drähte werden durch Walzen rods by rolling and drawing.
und Ziehen von Rundstäben hergestellt.
5Produktionsprogramm und garantierte Analyse
Production Programme and guaranteed Analysis
Nachstehend angeführte Werkstoffe werden gefertigt.
The following materials are produced.
Chemische Zusammensetzung (Angaben in Gew.%)
Werkstoffbezeichnung / Material designation
Chemical composition (weight%)
W (rein / pure) > 99.97 %
W-UHP (hochrein / ultra high purity) > 99.9999 %
- W 30 - 70 ppm K
WVM WVMW W 15 - 40 ppm K
(Vakuum-Metallisieren /
vacuum metallizing) S-WVMW W 15 - 40 ppm K
WVMT10 W 30 - 70 ppm K 1.0 % ThO2
WVMWT W 5 - 30 ppm K 2.0 % ThO2
WC WC20 W 2.0 % CeO2
WL10 W 1.0 % La2O3
WL
WL15 W 1.5 % La2O3
WT20 W 2.0 % ThO2
WT WVMT10 WVM 1.0 % ThO2
WVMWT WVMW 2.0 % ThO2
W5Re W 5.0 % Re
WRe
W26Re W 26.0 % Re
WCu - W 10 - 50 % Cu
W-Schwermetall-Legierungen Densimet® > 90 % W, Rest/balance Ni, Fe (Mo)
mit hoher Dichte
Tungsten heavy metall alloys
(high density) Inermet® > 90 % W, Rest/balance Ni, Cu
66Chemische Spezifikation festen metallischen Wolframs
Chemical specification of solid metallic tungsten
Element Garantierte Analyse max. [µg/g] Typische Analyse [µg/g]
Element Guaranteed analysis max. [μg/g] Typical analysis [μg/g]
Ag 10Hinweise zur Werkstoffauswahl
Basis for Material Selection
Die richtige Werkstoffauswahl hängt The correct choice of material
vom konkreten Anwendungsfall ab. depends on the exact application.
Wichtige Kriterien können dabei sein: Important selection criteria can be:
• Physikalische Eigenschaften • Physical properties (e.g. melting point,
(z.B. Schmelzpunkt, Dampfdruck, vapour pressure, density, electrical
Dichte, elektrische Leitfähigkeit, and thermal conductivity, thermal
Wärmeleitfähigkeit, Wärmeaus- expansion coefficient, heat capacity,
dehnung, Wärmekapazität, wetting behaviour)
Benetzungsverhalten) • Mechanical properties (e.g. strength,
• Mechanische Eigenschaften toughness, creep resistance, ductility)
(z.B. Festigkeiten, Bruchverhalten, • Chemical properties (corrosion
Kriechverhalten, Duktilität) resistance, etching behaviour)
• Chemische Eigenschaften • Workability (machinability, formability,
(Korrosionsbeständigkeiten, suitability for welding)
Ätzverhalten) • Structure and recrystallization
• Bearbeitbarkeit behaviour (recrystallization
(spanabhebende Bearbeitung, temperature, embrittlement tendency,
Verformungsverhalten, aging effects, grain size)
Schweißeignung)
• Gefüge und Rekristallisations- Tungsten exhibits the highest operating
verhalten temperature of all metals at around
(Rekristallisationstemperatur, 2900 °C (3173K). Its properties can be
Versprödungsneigung, varied widely by suitable alloy composi-
Alterungseffekte, Korngröße) tions and production processes. There-
fore PLANSEE has developed various
Die maximale Einsatztemperatur grades of tungsten for differing applicati-
von Wolfram liegt bei etwa 2900 °C ons. Pure and doped tungsten is used in
(3173 K) und stellt damit die höchst- the lighting industry, electronics, medical
mögliche Anwendungstemperatur applications and thin-film technology as
aller Metalle dar. Durch geeignete well as for welding electrodes and in the
Legierungszusammensetzung und construction of high-temperature fur-
Herstellprozesse lassen sich die naces. Additionally tungsten is the main
Eigenschaften der Wolframwerkstoffe component of tungsten-rhenium alloys,
in weitem Maße variieren. PLANSEE composite materials (tungsten-copper)
hat daher verschiedene Wolfram- and for high-density heavy-metal alloys
legierungen für unterschiedliche An- (Densimet® and Inermet®).
wendungsfälle entwickelt. Reine und
dotierte Wolframwerkstoffe werden
in der Lichtindustrie, Elektroindustrie,
Medizintechnik, Dünnschichttechnik, als
Schweißelektroden und im Hochtempe-
raturofenbau genutzt. Außerdem wird
Wolfram als Hauptkomponente für Wolf-
ram-Rhenium-Legierungen, Verbund-
werkstoffe (Wolfram-Kupfer) und für
Wolfram-Schwermetall-Legierungen mit
hoher Dichte (Densimet® und Inermet®)
eingesetzt.
8Die am häufigsten verwendeten The most commonly used grades of
Wolframwerkstoffe werden tungsten are briefly described below:
nachfolgend kurz beschrieben:
W (Wolfram) als reines Metall zeigt W (Tungsten) as a pure metal exhibits
folgende Eigenschaften: the following properties:
• Hoher Schmelzpunkt von • High melting point of 3420 °C (3693K)
3420 °C (3693 K) • Low vapour pressure
• Niedriger Dampfdruck • High hot strength
• Hohe Warmfestigkeit • Low thermal expansion
• Geringe thermische Dehnung • High thermal conductivity
• Hohe Wärmeleitfähigkeit • High Young‘s modulus
• Hoher Elastizitätsmodul • High density
• Hohe Dichte • High absorption capacity for
• Hohes Absorptionsvermögen ionising radiation
für ionisierende Strahlung • High corrosion resistance W-Drähte
• Hohe Korrosionsbeständigkeit gegen against acids and molten metals Tungsten wires
Säuren und Metallschmelzen • Recrystallization temperature
• Rekristallisation zwischen between 1100 °C and 1400 °C
1100 °C und 1400 °C (1373K and 1673K)
(1373 K und 1673 K)
Wolfram kommt meistens dotiert zum Tungsten is commonly used a as doped
Einsatz. Reines Wolfram wird nur in metal. Pure tungsten is used only in a
wenigen Anwendungen, wie z.B. in der few application fields such as the coa-
Beschichtungsindustrie mit Tiegeln und ting industry with crucibles and sputter
Sputtertargets sowie im Hochtempera- targets and high-temperature
turofenbau mit Heizeinrichtungen und furnace construction with heating
Wärmestrahlabschirmungen verwendet. elements and heat shields. For
Für spezielle Anwendungen wird special applications, tungsten with a
Wolfram auch mit einer definierten defined residual porosity of up to
Restporosität bis 35 Vol.-% angeboten. 35 volume percent is also produced.
Sputtertarget für die Mikroelektronik
Sputtering target for microelectronics
W-UHP (Wolfram-Ultra-High-Purity) W-UHP (Ultra high purity Tungsten)
Durch Verwendung von Wolframpulver By using tungsten powder with a purity
mit einer Reinheit von 99.9999 % wird of 99.9999 % outgassing of impurities
ein Ausgasen von Fremdstoffen verhin- can be avoided. This material quality
dert. Diese Werkstoffqualität wird für is used for electrodes in HID lamps
Elektroden in Hochdruckentladungslam- and through its high purity guarantees
pen verwendet und garantiert infolge der consistent lamp quality and increased
hohen Werkstoffreinheit eine gleichblei- lifetimes.
bende Lampenqualität bei verlängerter
Lebensdauer.
9WVM (Wolfram-Vacuum-Metallizing) WVM (Vacuum-Metallising Grade
Tungsten)
WVM ist ein im ppm-Bereich mit Alumi-
nium-Kalium-Silikat gedoptes Wolfram, WVM material is tungsten doped with
das überwiegend in Stab- und Drahtform ppm levels of aluminium potassium sili-
angeboten wird. Durch die Dotierung cate and is produced principally as rod
in Zusammenspiel mit starker orientie- and wire. The combination of doping and
rungsabhängiger Verformung stellt sich highly directional deformation develops
ein Stapelgefüge ein, welches erhöhte a longitudinal grain structure, which
Formstabilität bei hohen Temperaturen results in an increased recrystallization
und eine bessere Korrosionsbeständig- temperature, improved high-temperature
keit gegenüber geschmolzenen Metallen sag-resistance and greater corrosion
bewirkt. WVM wird als Einzeldraht oder resistance against molten metals. WVM WVM-Drähte in mehrfach gedrillter Ausführung
in mehrfach verdrillter Ausführung für is used as single or multiple-stranded Multiple-stranded WVM wire
Verdampferwendeln, Glühdrähte, bzw. wire for evaporation coils and furnace
als Einzelstab für Lampenelektroden elements. WVM rods also find applica-
sowie für Stehanoden in der Röntgen- tions as lamp electrodes and stationary
diagnostik eingesetzt. anodes for X-ray diagnostics.
WVMW / S-WVMW WVMW / S-WVMW (WVM Tungsten /
(WVM-Wolfram / Super-WVMW) Super WVM Tungsten)
Diese Werkstoffgruppe weist durch Because of its fine grain size this group
die Feinkörnigkeit und Kornstabilität of materials shows better ductility,
eine bessere Duktilität, ein besseres improved arcing resistance and better
Abbrandverhalten und eine bessere working characteristics than pure tungs-
Bearbeitbarkeit im Vergleich zu reinem ten. In the case of the S-WVMW quality,
Wolfram auf. Bei der Qualität S-WVMW a special production process results in a
wird durch ein spezielles Fertigungs- significant increase in the density in the
verfahren eine deutliche Erhöhung core of the material, especially for larger
der Dichte im Stabzentrum erreicht, rod diameters. The principal application
Anode aus WVMW insbesondere bei größeren Stabdurch- of this material is as anodes in short arc
WVMW anode messern. Vorwiegend werden diese lamp manufacturing.
Werkstoffe als Anodenmaterial in der
Lichtindustrie für Kurzlichtbogenlampen
eingesetzt.
WVMT10 / WVMWT WVMT10 / WVMWT
(dotiertes WVM) (Thoriated WVM)
Eine kombinierte Dotierung mit Alumi- Doping with a combination of aluminium
nium-Kalium-Silikat und Thoriumoxid potassium silicate and thoria (ThO2)
(ThO2) bewirkt eine hohe Hochtempera- gives rise to increased high-tempera-
turformstabilität bei gleichzeitiger Absen- ture sag resistance and a reduction of
kung der Elektronenaustrittsarbeit. Damit the electron work function. This makes
eignen sich diese Werkstoffe hervorra- these materials ideally suited for highly-
gend für den Einsatz als hochbelastete loaded cathodes.
Kathoden. WVMT, which is doped with 1 weight-
Das mit 1 Gew.-% ThO2 dotierte WVM ist percent ThO2, can be drawn to wire
zu Drähten mit einem Durchmesser with diameter ≤ 0.5 mm. The more
≤ 0.5 mm verformbar. Das höher dotierte highly doped WVMWT is used for
WVMWT wird für größere Stabdurch- larger-diameter rods.
messer eingesetzt.
10WT20 (Wolfram-Thoriumoxid) WT20 (Thoriated Tungsten)
Dieser Werkstoff wurde speziell für This material was developed specially
Lampen- und Schweißelektroden for lamp and welding electrodes. Doping
entwickelt. Das Dotieren mit 2 Gew.-% with 2 weight-percent thorium oxide
führt zu einer Verringerung der leads to a reduction in the electron work
Elektronenaustrittsarbeit und bewirkt function and increases the recrystalliza-
eine höhere Rekristallisationstemperatur tion temperature and high-temperature
bei verbesserter Warmfestigkeit. strength. Additionally the material can
Der Werkstoff lässt sich zudem gut be readily machined.
mechanisch bearbeiten.
Thorierte W-Kathoden
Thoriated tungsten cathodes
WC20 (Wolfram-Ceroxid) WC20 (Ceriated Tungsten)
WC20 stellt eine Alternative zu WT20 WC20 is an alternative to the WT20
als Lampen- und Schweißelektroden- lamp and welding electrode. Doping with
werkstoff dar. Durch das Dotieren mit 2 weight-percent cerium oxide reduces
2 Gew.-% Ceroxid wird neben der the electron work function and improves
Verminderung der Elektronenaustrittsar- the ignition behaviour and the lifetime by
beit auch das Zündverhalten verbessert reducing the rate of arcing erosion.
und die Standzeit durch eine geringere
Abbrandrate verlängert.
Schweißelektroden aus WC20
WC20 welding electrodes
WL10 / WL15 (Wolfram-Lanthanoxid) WL10 / WL15 (Lanthanated Tungsten)
Durch das Dotieren mit 1 - 1,5 Gew.-% Doping with 1 - 1.5 weight % lanthanum
Lanthanoxid (La2O3) wird die Kriechbestän- oxide increases the creep strength and
digkeit und die Rekristallisationstemperatur recrystallization temperature in compa-
gegenüber reinem Wolfram erhöht. Zudem rison to pure tungsten. In addition the
führen die Oxidpartikel im Gefüge zu einer oxide particles in the structure help to
wesentlichen Verbesserung der mecha- eliminate the poor machinability
nischen Bearbeitbarkeit, die bei reinem associated with pure tungsten. The
Wolfram sehr schwierig ist. Darüber hinaus addition of lanthanum oxide also
wird durch die Zugabe von Lanthanoxid significantly reduces the electron work
die Elektronenaustrittsarbeit deutlich abge- function. WL10 is preferred for machined
Ionenimplanterteile senkt. Bevorzugtes Einsatzgebiet für WL10 components in a wide variety of applica-
Parts for ion implantation stellen mechanisch zu bearbeitende Teile tions (e.g. ion source components, lamp
für verschiedenste Anwendungen (z.B. electrodes) whereas WL15 is used for
Ionenquellen, Lampenelektroden) sowie im welding electrodes.
Fall von WL15 Schweißelektroden dar.
WRe (Wolfram-Rhenium) WRe (Tungsten-Rhenium)
Durch das Zulegieren von Rhenium wird Alloying with rhenium improves the
eine Duktilisierung des Wolframs mit ductility of tungsten and reduces the
herabgesetzter Übergangstemperatur ductile-to-brittle transition temperature.
(Übergang vom spröden in den duktilen It also increases the recrystallization
Werkstoffzustand) erreicht. Zudem wird temperature and creep strength. WRe
eine Erhöhung der Rekristallisations- is used for high-temperature thermo-
temperatur und Kriechfestigkeit erzielt. couples (application temperature above
WRe wird als Thermoelementmaterial 2000 °C / 2273K) in standard compositi-
für Einsätze bis über 2000 °C (2273 K) ons W5Re and W26Re. It also has
in den Standardzusammensetzungen applications in lamps and in the
W5Re und W26Re, aber auch in der aerospace industry.
Lampen-, Luft- und Raumfahrtindustrie
verwendet.
11WCu WCu (Tungsten Copper Composite
(Wolfram-Kupfer-Verbundwerkstoffe) Materials)
WCu-Verbundwerkstoffe stellen eine WCu composite materials represent
eigene Werkstoffgruppe innerhalb der a distinct group of products within the
PLANSEE-Hochleistungswerkstoffe dar. range of PLANSEE high-performance
Sie werden vorzugsweise im Hoch- materials. Their preferred applicati-
spannungsschalterbau (Markenname ons are in high-voltage circuit breaker
Elmet), als passive Kühlelemente construction (brand name Elmet), as
(Wärmesenken) in der Elektronikindus- heat sinks in the electronics industry
trie und für Erodierelektroden (Marken- and for spark-erosion electrodes (brand
name Sparkal®) eingesetzt. Bei diesen name Sparkal™). In these composite
Wärmesenken aus WCu Verbundwerkstoffen ist eine poröse materials a porous tungsten matrix is
WCu heat sinks Wolfram-Matrix mit 10 - 40 Gew.-% infiltrated with 10 - 40 weight % copper.
Kupfer infiltriert. Aus dieser Struktur und The special properties of WCu, which
Werkstoffkombination resultieren die result from its structure and material
besonderen Eigenschaften von WCu: combination, are high arcing resistance,
Hohe Abbrandfestigkeit in Verbindung good electrical conductivity, high thermal
mit guter elektrischer Leitfähigkeit, hohe conductivity and low thermal expansion,
Wärmeleitfähigkeit und geringe Wärme- as well as good machinability.
ausdehnung sowie einfache mechani-
scher Bearbeitbarkeit.
W-Schwermetall-Legierungen mit Tungsten Heavy
hoher Dichte Metal Alloys
Die Werkstoffgruppe der hochdichten This group of high-density tungsten-
Wolframlegierungen umfasst unter- based materials contains a wide range
schiedliche Legierungen auf Basis der of tungsten-nickel-iron and tungsten-
Systeme Wolfram-Nickel-Eisen, Wolf- nickel-copper alloys. Useful properties
ram-Nickel-Kobalt und Wolfram-Nickel- are high density, vibration damping
Kupfer. Bei diesen Werkstoffen werden capability and high capacity to absorb
die hohe Dichte, die mechanischen X-rays and gamma radiation. The main
Dämpfungseigenschaften und das hohe applications are balance weights and
Absorptionsvermögen gegen Rönt- vibration-damping components in engi-
gen- und Gammastrahlen von Wolfram nes and turbines as well as collimators
ausgenutzt. Zum Einsatz kommen diese (for focussing X-rays) and shielding
Werkstoffe bei Ausgleichsgewichten und components in nuclear medicine. These
Dämpfungselementen in Motoren und materials are significantly more ductile
Triebwerken sowie bei der Abschirmung and easier to machine than pure tungs-
von Gammastrahlen und der Fokussie- ten, because of the additions of nickel,
rung von Strahlungen (Kollimatoren und iron and copper. PLANSEE supplies Kollimator aus Densimet®
Densimet® collimator
Abschirmungen in der Nuklearmedizin high-density tungsten alloys with a vari-
und in Röntgendetektoren). Durch die ety of properties under the brand names
Zugabe von Nickel, Eisen, Kobalt und Densimet™ and Inermet™. Detailed
Kupfer wird erreicht, dass die Werkstoffe information on these alloys can be found
wesentlich duktiler und leichter in our brochure Densimet™ - Inermet™
mechanisch zu bearbeiten sind als Tungsten Alloys.
reines Wolfram. PLANSEE bietet
hochdichte Wolframlegierungen mit The following table gives an overview
verschiedenen Eigenschaften unter den of the properties of the various tungsten
Markennamen Densimet® und Inermet® alloys in comparison to pure tungsten.
an. Detaillierte Informationen zu diesen
Legierungen sind der Broschüre Densi-
met®-Inermet®-Wolframlegierungen zu
entnehmen.
Die folgende Tabelle vermittelt einen
Überblick über die Eigenschaften der
Wolframlegierungen im Vergleich zu
Ausgleichsgewichte aus Densimet®
reinem Wolfram. Densimet® balance weight
12Eigenschaft WVMW
W W-UHP WVM WVMT10 WVMWT
Property S-WVMW
Legierungsbestandteile
W W
(in Gew.-%) W W
99.97 99.9999 W 30 - 70 ppm K 5 - 30 ppm K
Alloy constituents 30 - 70 ppm K 15 - 40 ppm K
1.0 % ThO2 2.0 % ThO2
(in weight%)
Wärmeleitfähigkeit
Thermal conductivity
Hochtemperatur-Festigkeit
Kriechfestigkeit
High temperature strength
Creep resistance
Rekristallisationstemperatur
Recrystallization temperature
Feinkörnigkeit / Fine grained
Duktilität / Ductility
Bearbeitbarkeit / Verformbarkeit
Machinability / Formability
Elektronenaustrittsarbeit
Electron work function
W-Legierungen
Eigenschaft WL10 mit hoher Dichte
WT20 WC20 WRe WCu
Property WL15 High-density
W Alloys
W
Legierungsbestandteile W 5 % Re; W-Ni-Fe
(in Gew.-%) W W 1.0 % La2O3 W 10 - 50 % >90 % (Ni, Fe, Mo);
Alloy constituents 2.0 % ThO2 2.0 % Ce02 1.5 % La2O3 Cu W-Ni-Cu
(in weight%) 26 % Re >90 % (Ni, Cu)
Wärmeleitfähigkeit
Thermal conductivity
Hochtemperatur-Festigkeit
Kriechfestigkeit
High temperature strength
Creep resistance
Rekristallisationstemperatur
Recrystallization temperature
- -
Feinkörnigkeit / Fine grained -
Duktilität / Ductility
Bearbeitbarkeit / Verformbarkeit
Machinability / Formability
Elektronenaustrittsarbeit
Electron work function
- -
= vergleichbar zu reinem W / comparable with pure W, = größer als bei reinem W / more than with pure W
= viel größer als bei reinem W / far more than with pure W, = geringer als bei reinem W / less than with pure W,
= viel kleiner als bei reinem W / far less than with pure W, - = keine Angaben / no details
13Eigenschaften von Wolfram und seinen Legierungen
Properties of Tungsten and its Alloys
Physikalische Eigenschaften des reinen Wolframs
Physical properties of pure tungsten
Eigenschaften / Properties
Ordnungszahl / Atomic number 74
Atommasse / Atomic mass 183.85 [g/mol]
3420 [°C]
Schmelzpunkt / Melting point
3693 [K]
5900 [°C]
Siedepunkt / Boiling point
6173 [K]
Atomvolumen / Atomic volume 1.59 • 10-29 [m3]
bei 1800 °C (2073 K) / at 1800 °C (2073 K) 6 • 10-10 [N/m2]
Dampfdruck / Vapour pressure
bei 2800 °C (3073 K) / at 2800 °C (3073 K) 4 • 10-3 [N/m2]
Atomvolumen / Atomic volume 1.59 • 10-29 [m3]
Dichte bei 20 °C (293 K) / Density at 20 °C (293 K) 19.3 [g/cm3]
kubisch raumzentriert
Kristallstruktur / Crystal structure
body-centred cubic
Gitterkonstante / Lattice constant 316.5 • 10-12 [m]
Spannungsarmgeglüht / stress-relieved > 460 [HV30]
Härte bei 20 °C (293 K)
Hardness at 20 °C (293 K)
Rekristallisiert / recrystallized ~ 360 [HV30]
E-Modul bei 20 °C (293 K) / Young‘s Modulus at 20°C (293 K) 410 [GPa]
Linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient bei 20 °C (293 K)
4.2 • 10-6 [m/(m•K)]
Coefficient of linear thermal expansion at 20 °C (293 K)
Wärmeleitfähigkeit bei 20 °C (293 K) / Thermal conductivity at 20 °C (293 K) 164 [W/(m•K)]
Spezifische Wärme bei 20 °C (293 K) / Specific heat at 20 °C (293 K) 0.13 [J/(g•K)]
Elektrische Leitfähigkeit bei 20 °C (293 K) / Electrical conductivity at 20 °C (293 K) 18 • 106 [1/(Ω•m)]
Spezifischer elektrischer Widerstand bei 20 °C (293 K)
0.050 [(Ω•mm2)/m]
Specific electrical resistivity at 20 °C (293 K)
Schallgeschwindigkeit bei 20 °C (293 K) Longitudinalwelle / Longitudinal wave 5180 [m/s]
Acoustic velocity at 20 °C (293 K) Transversalwelle / Transverse wave 2870 [m/s]
Elektronenaustrittspotential / Electron work function 4.54 [eV]
Einfangquerschnitt für thermische Neutronen
1.92 • 10-27 [m2]
Thermal neutron capture cross section
1415
Mechanische Eigenschaften von Wolfram und Wolframlegierungen
Mechanical Properties of Tungsten and Its Alloys
Wolfram nimmt im Periodensystem der Tungsten is found in the same group
Elemente einen Platz in der gleichen as molybdenum in the periodic table of
Gruppe wie Molybdän (Gruppe VIa) ein. elements (Group VIa). Consequently it
Daher zeigt Wolfram einen mit Molyb- shows a similar dependence of test tem-
dän vergleichbaren Verlauf der mecha- perature on its mechanical properties.
nischen Eigenschaften in Abhängigkeit Tungsten has the highest melting point
der Prüftemperatur. Durch den höchsten of all elements (3420 °C / 3693K), and
Schmelzpunkt von 3420 °C (3693 K) therefore exhibits a high hot-strength.
aller Elemente besitzt Wolfram eine It also has a high elastic modulus and
hohe Warmfestigkeit. Verbunden mit high creep resistance.
dem hohen E-Modul zeichnet sich
Wolfram durch eine hohe Kriechfestig- The mechanical properties of tungsten
keit aus. are influenced by purity, the type and
amount of any alloying elements, heat
Die mechanischen Eigenschaften von treatment (annealing condition) and
Wolfram werden durch die Reinheit, Art microstructure.
und Menge der Legierungsbestandteile,
die Wärmebehandlung (Glühzustand) Tungsten has a body-centred cubic
und die Mikrostruktur beeinflusst. lattice structure and exhibits very low
ductility at room temperature. The duc-
Wolfram hat ein kubisch raumzentriertes tile-to-brittle transition temperature can
Gitter und besitzt bei Raumtemperatur be reduced by mechanical working and
nur geringe Duktilität. Die spröd-duktil- alloying. Strength increases with incre-
Übergangstemperatur kann durch asing degree of deformation - however
Verformung und Legieren zu niedrigeren unlike with most other metals, working
Temperaturen verschoben werden. Mit also increases the ductility. Room-tem-
zunehmendem Verformungsgrad steigt perature ductility can be improved by
die Festigkeit an - im Gegensatz zu alloying with rhenium.
anderen Metallen nimmt auch die Duk-
tilität zu. Durch Legieren mit Rhenium The mechanical properties, especially
kann die Duktilität bei Raumtemperatur creep strength, can be improved signifi-
verbessert werden. cantly by the addition of small quantities
of oxides of cerium or lanthanum. Va-
Durch die Zugabe geringer Mengen rious tungsten alloys are used depen-
von Cer- oder Lanthanoxid können die ding on specific customer requirements
mechanischen Eigenschaften, insbeson- and areas of application.
dere die Kriecheigenschaften, deutlich
verbessert werden. Abhängig von More information on the properties of
kundenspezifischen Anforderungen und high-density tungsten alloys can be
Einsatzgebieten kommen unterschied- found in the brochure Densimet™-
liche Wolframlegierungen zum Einsatz. Inermet™.
Nähere Informationen zu den mechani-
schen Eigenschaften der hochdichten
Wolframlegierungen sind der Broschüre
Densimet®-Inermet® zu entnehmen.
16Für den Einsatz bei hohen Temperatu- For high-temperature applications
ren ist die Kenntnis der Rekristallisati- some knowledge of the recrystallizati-
onstemperatur von Bedeutung, da die on temperature is important, because
mechanischen Eigenschaften wie Dukti- properties such as ductility and fracture
lität und Bruchzähigkeit mit steigendem toughness decrease with increasing
Rekristallisationsgrad abnehmen. Durch levels of recrystallization. The onset of
das Einbringen von kleinen Oxidteilchen recrystallization can be delayed by the
(z.B. Lanthan- oder Ceroxid), kann der addition of small oxide dispersoids (e.g.
Beginn der Rekristallisation zu höhe- of lanthanum and cerium). Increasing
ren Temperaturen verschoben wer- mechanical working of the alloy results
den. Werden jene Legierungen weiter in ever finer oxide particles and a corre-
verformt und dadurch die Oxidteilchen sponding increase in the recrystallizati-
zerkleinert, ist ein starker Anstieg der on start temperature (see table).
Rekristallisationsstarttemperatur zu
verzeichnen (siehe Tabelle).
Rekristallisationstemperaturen von Wolfram-Basiswerkstoffen
Recrystallization temperatures of tungsten-based alloys
Werkstoff Temperatur [°C] für 100 % Rekristallisation (Glühdauer 1 Stunde)
Material Temperature [°C] for 100 % recrystallization (annealing duration 1 hour)
φ = 90 % φ = 99.99 %
W (rein / pure) 1350 -
WVM - 2000
WT20 1450 2400
WC20 1550 2600
WL10 1500 2500
WL15 1550 2600
W5Re 1700 -
W26Re 1750 -
17Lichtmikroskopische Aufnahme eines W-Bleches
(spannungsarmgeglüht)
Optical micrograph of a W sheet (stress relieved)
Lichtmikroskopische Aufnahme eines W-Bleches (rekristallisiert)
Optical micrograph of a W sheet (recrystallized)
Lichtmikroskopische Aufnahme eines WT20-Stabes
Optical micrograph of a WT20 rod
18Photo: TU-Bergakademie Freiberg
Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer
WVM-Bruchfläche mit Kalium gefüllten Bläschen
Scanning electron micrograph of WVM fracture surface with
potassium filled bubbles
19Chemisches Verhalten von Wolfram und seinen Legierungen
Chemical Behaviour of Tungsten and its Alloys
Wolfram und seine Legierungen Tungsten and its alloys all show very
(ausgenommen Wolfram-Kupfer und similar corrosion behaviour (with the
Schwermetall) zeigen ein sehr ähnliches exception of tungsten-copper and the
Korrosionsverhalten. high-density alloys).
Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von Tungsten is resistant to corrosion
unter 60 % ist Wolfram korrosionsbe- below 60% relative humidity. In damper
ständig. In feuchterer Luft bilden sich air surface staining occurs (coloured
Anlauffarben aus, im Vergleich zu oxides), although to a lesser extent than
Molybdän aber im geringerem Ausmaß. with molybdenum. Rough surfaces are
Dabei sind rauhe Oberflächen anfälliger more susceptible than smoother ones.
als glatte. Im Falle sonstiger wässriger In certain water-based media above
Medien ist bei Temperaturen über 100 °C (373K), a lack of resistance
100 °C (373 K) eine Unbeständigkeit to attack from alkaline and oxidizing
gegenüber alkalischen und oxidieren- substances is to be expected. Reactions
den Stoffen zu erwähnen. Gegenüber can occur in the presence of oxidizing
oxidierenden Gasen und Elementen in gases and elements in other states of
anderen Aggregatzuständen treten bei matter at temperatures above 250 °C
Temperaturen über 250 °C (523 K) (523K). Molten glass, nitrogen, inert
Reaktionen auf. Glasschmelzen, Was- gases, molten metals and ceramic
serstoff, Stickstoff, Edelgase, Metall- oxides attack tungsten only very
schmelzen und Oxidkeramiken greifen slightly, even at very high temperatures,
auch bei sehr hohen Temperaturen provided they do not contain additional
Wolfram nur wenig an, wenn sie nicht oxidizing agents.
zusätzlich Oxidationsmittel enthalten.
Das chemische Verhalten von The chemical behaviour of tungsten
Wolfram ist in der nachstehenden is shown in the following table. If not
Tabelle wiedergegeben. Die Korrosi- noted otherwise the corrosion data
onsangaben beziehen sich, wenn nicht refer to pure solutions not agitated
gesondert vermerkt, auf reine, nicht mit with air or nitrogen. Gas contents
Luft oder Stickstoff begaste Lösungen. and the presence of chemically
Die Anwesenheit fremder, chemisch active substances in the smallest
aktiver Substanzen in kleinsten concentrations can strongly influence
Konzentrationen kann das Korrosi- the corrosion behaviour. With complex
onsverhalten stark beeinflussen. Bei corrosive environments we recommend
komplexen Korrosionsbedingungen carrying out corrosion testing under
empfehlen wir Korrosionsversuche simulated service conditions. Geläppte, gereinigte W-Ronde nach 168 h bei 40 °C an
feuchter Luft
mit möglichst betriebsnahen Lapped and cleaned tungsten disc after 168 hours at
Parametern durchzuführen. 40 °C in moist air
REM - Aufnahme einer Wolfram-Oberfläche mit
Muldenkorrosion und Kristallwachstum an anderer
Stelle durch Hochtemperatur-Oxidation/Sublimation
und Wiederabscheidung/Reduktion
SEM photograph of a tungsten surface with alternating cavity
800µm corrosion and crystal growth caused by high-temperature
oxidation / sublimation and re-deposition / reduction
20Tabelle 1: Korrosionsverhalten von Wolfram gegenüber Wasser, wässrigen Lösungen, Nichtmetallen und Glasschmelzen
Table 1: Corrosion behaviour of tungsten towards water, aqueous solutions, non-metals and molten glass
Wasser / Water:
Kalt- und Warmwasser < 80 °C (353 K) / Cold and warm water < 80 °C (353 K) +
Heißwasser > 80 °C (353 K) / Hot water > 80 °C (353 K) +
Heißwasser mit Stickstoffbegasung oder Inhibitor
+
Hot water with nitrogen gassing or inhibitor
Anorganische Säuren / Inorganic acids:
Flußsäure < 100 °C (373 K) / Hydrofluoric acid < 100 °C (373 K) +
Königswasser kalt / Aqua regia cold +
Orthophosphorsäure bis 270 °C (543 K) / Ortho phosphoric acid up to 270 °C (543 K) +
Salpetersäure kalt und warm / Nitric acid cold and warm +
Salzsäure kalt und warm / Hydrochloric acid cold and warm +
Schwefelsäure < 70 % bis 190 °C (463 K) / Sulphuric acid < 70 % up to 190 °C (463 K) +
Chromschwefelsäure / Chromosulphuric acid -
Laugen / Alkaline Solutions:
Ammoniaklösung / Ammonia solution +
Kalilauge (KOH < 50 %) bis 100 °C (373 K) / Potassium hydroxide (KOH < 50 %) up to 100 °C (373 K) +
Kalilauge (KOH > 50 %) / Potassium hydroxide (KOH > 50 %) -
Natronlauge (NaOH < 50 %) bis 100 °C (373 K) / Sodium hydroxide (NaOH < 50 %) up to 100 °C (373 K) +
Natronlauge (NaOH > 50 %) / Sodium hydroxide (NaOH > 50 %) -
Natriumhypochloritlösung kalt und warm / Sodium hypochlorite solution cold and warm -
Organische Säuren / Organic acids:
Ameisensäure Raumtemperatur / Formic acid room temperature +
Essigsäure bis 100 °C (373 K) / Acetic acid up to 100 °C (373 K) +
Milchsäure konz. Raumtemperatur / Lactic acid conc. room temperature +
Oxalsäure Raumtemperatur / Oxalic acid room temperature +
Weinsäure Raumtemperatur (18.4 %) / Tartaric acid room temperature (18.4 %) +
Nichtmetalle / Non-metals:
Bor bis 1800 °C (2073 K) / Boron up to 1800 °C (2073 K) +
Kohlenstoff bis 1200 °C (1473 K) / Carbon up to 1200 °C (1473 K) +
Phosphor bis 800 °C (1073 K) / Phosphorous up to 800 °C (1073 K) +
Schwefel bis 500 °C (773 K) / Sulphur up to 500 °C (773 K) +
Silizium bis 900 °C (1173 K) / Silicon up to 900 °C (1173 K) +
Fluor bei Raumtemperatur / Fluorine at room temperature -
Chlor bis 250 °C (523 K) / Chlorine up to 250 °C (523 K) +
Brom bis 450 °C (723 K) / Bromine up to 450 °C (723 K) +
Jod bis 450 °C (723 K) / Iodine at up to 450 °C (723 K) +
Glasschmelzen* / Molten Glass*:
bis 1700 °C (1973 K) / up to 1700 °C (1973 K) +
* ausgenommen Gläser mit Oxidationsmitteln (z.B. Bleiglas) / except glasses with oxidizing agents (e.g. lead glass)
+ = beständig / resistant, - = unbeständig / non-resistant
21Das Verhalten von Wolfram gegenüber The behaviour of tungsten towards
verschiedenen Gasen ist aus Tabelle 2 various gases can be seen in Table 2.
ersichtlich. Speziell bei sauerstoff- Notable is that in the presence of
haltigen Atmosphären muß beachtet oxygen-containing atmospheres, severe
werden, dass über 500 °C (773 K) oxidation takes place above 500 °C
eine starke Oxidation einsetzt. (773 K). Sublimation will occur from
Ab 850 °C (1123 K) ist dann 850 °C (1123 K) onwards.
in jedem Fall mit Sublimation von
Wolframtrioxid zu rechnen.
Tabelle 2: Verhalten von Wolfram gegenüber Gasen
Table 2: Behaviour of tungsten towards gases
Ammoniakgas / Ammonia gas
bis 1000 °C (1273 K) keine Reaktion / up to 1000 °C (1273 K) no reaction
über 1000 °C (1273 K) mögliche Oberflächennitrierung / more than 1000 °C (1273 K) possible surface nitriding
Edelgase / Inert gases
bis zu höchsten Temperaturen keine Reaktion / up to the highest temperatures no reaction
Kohlendioxid / Carbon dioxide
über 1200 °C (1473 K) Oxidation / more than 1200 °C (1473 K) oxidation
Kohlenmonoxid / Carbon monoxide
über 1400 °C (1673 K) Oxidation / more than 1400 °C (1673 K) oxidation
Kohlenwasserstoffe / Hydrocarbons
über 1200 °C (1473 K) / more than 1200 °C (1473 K)
Karburierung / carburisation
Luft und Sauerstoff / Air and oxygen
über 500 °C (773 K) Oxidation / more than 500 °C (773 K) oxidation
über 850 °C (1123 K) Sublimation / more than 850 °C (1123 K) sublimation
Stickstoff / Nitrogen
bis zu höchsten Temperaturen keine Reaktion (gilt nur für reines W)
up to the highest temperatures no reaction (only applies for pure W)
Wasserstoff / Hydrogen
bis zu höchsten Temperaturen keine Reaktion (Taupunkt beachten)
up to the highest temperatures no reaction (observe dew point)
Wasserdampf / Water vapour
über 700 °C (973 K) Oxidation / more than 700 °C (973 K) oxidation
22Wolfram besitzt eine gute Beständigkeit Tungsten has good resistance towards
gegenüber keramischen Ofenbauwerk- the ceramic materials used in furnace
stoffen (Tabelle 3) und vielen Metall- construction (Table 3) and towards
schmelzen (Tabelle 4). many molten metals (Table 4).
Tabelle 3: Verhalten von Wolfram gegenüber Ofenbauwerkstoffen
Table 3: Behaviour of tungsten towards furnace construction materials
Aluminiumoxid / Aluminium oxide
bis 1900 °C (2173 K) keine Reaktion* / up to 1900 °C (2173 K) no reaction*
Berylliumoxid / Beryllium oxide
bis 2000 °C (2273 K) keine Reaktion* / up to 2000 °C (2273 K) no reaction*
Graphit / Graphite
über 1200 °C (1473 K) Karburierung / more than 1200 °C (1473 K) carburisation
Magnesitziegel / Magnesite brick
bis 1600 °C (1873 K) keine Reaktion* / up to 1600 °C (1873 K) no reaction*
Magnesiumoxid / Magnesium oxide
bis 1600 °C (1873 K) keine Reaktion* / up to 1600 °C (1873 K) no reaction*
Siliciumcarbid / Silicon carbide
über 1300 °C (1573 K) Karburierung/Silicidbildung / above 1300 °C (1573 K) carburisation/silicide formation
Zirkonoxid / Zirconium oxide
bis 1900 °C (2173 K) keine Reaktion* / up to 1900 °C (2173 K) no reaction*
* In Vakuum; in Schutzgas sind die Temperaturen um 100 bis 200 °C niedriger / in vacuum; the temperatures are 100 to 200 °C lower in inert gas
23Tabelle 4: Verhalten von Wolfram gegenüber Metallschmelzen
Table 4: Behaviour of tungsten towards molten metals
Aluminium / Aluminium Natrium mit 0,5 % Sauerstoff
bis 700 °C (973 K) / up to 700 °C (973 K) + Sodium with 0.5 % oxygen
bis 600 °C (873 K) / up to 600 °C (873 K) +
Beryllium / Beryllium -
über 600 °C (873 K) / more than 600 °C ( 873 K) -
Blei / Lead
Nickel / Nickel -
bis 1100 °C (1373 K) / up to 1100 °C (1373 K) +
Plutonium / Plutonium
über 700 °C (973 K) / more than 700 °C (973 K) -
Sauerstoffhältiges Blei / Lead containing oxygen
bis ca. 500 °C (773 K) / up to approx. 500 °C (773 K) +
über 500 °C (773 K) / more than 500 °C (773 K) - Quecksilber / Mercury
bis 600 °C (873 K) / up to 600 °C (873 K) +
über 600 °C (873 K) / more than 600 °C (873 K) -
Caesium / Caesium +
bis 1200 °C (1473 K) / up to 1200 °C (1473 K) - Rubidium / Rubidium
bis 1200 °C (1473 K) / up to 1200 °C (1473 K) +
Eisen / Iron -
Gallium / Gallium Scandium / Scandium
+
bis 1000 °C (1273 K) / up to 1000 °C (1273 K) + bis 1400 °C (1673 K) / up to 1400 °C (1673 K)
Gold / Gold Seltene Erden / Rare earths
+
bis 1100 °C (1373 K) / up to 1100 °C (1373 K) bis 800 °C (1073 K) / up to 800 °C (1073 K) +
Kalium / Potassium Silber / Silver +
bis 1200 °C (1473 K) / up to 1200 °C (1473 K) +
Uran / Uranium
+
bis 900 °C (1173 K) / up to 900 °C (1173 K)
Kupfer / Copper
bis 1300 °C (1573 K) / up to 1300 °C (1573 K) +
Wismut / Bismuth
bis 1400 °C (1673 K) / up to 1400 °C (1673 K) +
Lithium / Lithium
bis 1600 °C (1873 K) / up to 1600 °C (1873 K) +
Zink / Zinc
bis 750 °C (1023 K) / up to 750 °C (1023 K) +
Magnesium / Magnesium über 750 °C (1023 K) / more than 750° C (1023 K) -
bis 1000 °C (1273 K) / up to 1000 °C (1273 K) +
Zinn / Tin
Natrium / Sodium bis 980 °C (1253 K) / up to 980 °C (1253 K) +
bis 1100 °C (1373 K) / up to 1100 °C (1373 K) + über 980 °C (1253 K) / more than 980 °C (1253 K) -
+ = beständig / resistant
- = unbeständig / non-resistant
24Bearbeitung von Wolfram
Processing of Tungsten
Die Kenntnis der Werkstoffeigen- Knowledge of material properties
schaften und die Beachtung der and observation of the following
nachfolgenden Empfehlungen sind recommendations is necessary for
für eine erfolgreiche Bearbeitung von the successful processing of tungsten.
Wolfram notwendig.
Transition Temperature
Übergangstemperatur Tungsten is brittle at room temperature.
Like all other body-centred cubic me-
Wolfram ist bei Raumtemperatur tals, it has a so-called ductile-to-brittle
spröde. Wie alle anderen kubisch transition temperature, which can vary
raumzentrierten Metalle, besitzt depending on the type of loading, the
Wolfram eine sogenannte spröd-duktil- sample thickness and form, the material
Übergangstemperatur, die abhängig condition and the chemical composition.
vom Belastungsfall, der Materialstärke Heated above this temperature, tungs-
und -form, dem Werkstoffzustand und ten loses its brittleness and becomes
der chemischen Zusammensetzung ductile. This effect is used in its mecha-
variieren kann. Wird Wolfram über jene nical working.
Temperatur erwärmt, verliert es seine
Sprödigkeit und wird duktil. Recrystallization Temperature
Dieser Effekt wird bei der spanlosen
Formgebung von Wolfram ausgenutzt. In addition to the transition tempera-
ture, it is also important to know the
recrystallization temperature. Above this
Rekristallisationstemperatur point a structural transformation begins,
leading to the growth of new grains. This
Neben der Kenntnis der Übergangs- alters the mechanical properties of the
temperatur ist das Wissen um die material, with strength and hardness
Rekristallisationstemperatur von values reducing. The breaking tendency
Bedeutung. Oberhalb dieser Temperatur increases because of the grain growth,
beginnt eine Gefügeumwandlung, es and can only be reduced again by
kommt zur Bildung von neuen Körnern. further deformation of the material, e.g.
Damit verbunden ändern sich auch by rolling, forging or drawing. Therefore
die mechanischen Eigenschaften des a high recrystallization temperature is
Werkstoffes, die Werte für Festigkeit und always desirable.
Härte nehmen ab. Die Bruchneigung The degree of deformation and the
wird durch die Kornneubildung erhöht chemical composition determine the
und kann nur durch erneute Umformung recrystallization temperature. It can be
wie Walzen, Schmieden oder Ziehen increased significantly by the addition of
wieder verringert werden. Daher wird small, finely dispersed oxide particles,
eine hohe Rekristallisationstemperatur known as dispersoids, or by the addition
angestrebt. of aluminium potassium silicate.
Die Rekristallisationstemperatur wird
durch den Verformungsgrad und die
chemische Zusammensetzung des
Wolframs bestimmt. Durch die Zusätze
von kleinen, sehr fein verteilten Teilchen,
sogenannter Dispersoide oder die
Zugabe von Aluminium-Kalium-Silikaten,
ist es möglich, die Rekristallisations-
temperatur signifikant zu erhöhen.
25Spanlose Formgebung, Stanzen Bending, Forming, Stamping,
und Schneiden Punching and Cutting
In der Grafik sind Temperaturbereiche The graph shows the temperature
für das Biegen und das Stanzen von ranges for bending and punching of
Wolfram in Abhängigkeit von der Blech- tungsten as a function of the sheet
dicke wiedergegeben. thickness.
Dünne, stark verformte Bleche und Thin, intensely worked sheet and foil,
Folien besitzen infolge der „Kornstre- due to the preferred orientation of the
ckung“ durch das Walzen ausgeprägte grains from rolling in the longitudinal
Gefügestrukturen in Längsrichtung. Ihre direction, have pronounced fibrous
Biegeeigenschaften längs und quer zur structures. Their bending properties,
Walzrichtung sind daher verschieden. parallel and transverse to the rolling di-
Wolframbleche sollten deshalb stets rection, differ considerably. Generally we
quer zu ihrer Walz- bzw. Längsrichtung recommend that tungsten sheet is bent
gebogen werden. Sind Biegungen in only transverse to the rolling direction. If
Längsrichtung konstruktiv nicht zu um- bending along the longitudinal direction
gehen, so sind die Biegetemperaturen is unavoidable, the working temperature
stark zu erhöhen. Der kleinste erziel- must be increased considerably. The
bare Biegeradius entspricht in etwa der minimum bend radius is usually about
Blechdicke des zu biegenden Bleches the same as the sheet thickness.
gleich.
26Wolfram kann bei hohen Temperaturen At high temperatures, tungsten can also
auch durch Drücken, Fließdrücken oder be worked by spinning, flow turning or
Schmieden verformt werden. forging.
Auch Prägen von Wolframblech ist Stamping of tungsten is also possible
möglich, wenn die Arbeitstemperaturen if the temperature of the sheet and the
der Bleche und der Werkzeuge entspre- tools is correspondingly high.
chend hoch gehalten werden.
Tungsten can be punched and sheared
Wolfram läßt sich bei höheren Tempera- at elevated temperatures. However
turen stanzen und schneiden. Stumpfe cracks and laminations can be caused
Schneiden der Stanzwerkzeuge und by blunt cutting edges on tools and
Scheren, zu großes Schnittspiel, sowie shears, by excessive tool clearance and
zu niedrige Stanz- oder Schneidtempe- by using too low a cutting tempertature.
raturen können Risse und Spaltstellen
verursachen.
Spanabhebende Formgebung Machining
Wolfram lässt sich nur schwer Tungsten can only be machined with
spanabhebend bearbeiten. Durch das difficulty. However alloying with either
Legieren mit CeO2 bzw La2O3 wird die CeO2 or La2O3 improves the machina-
Zerspanbarkeit verbessert. Auch die bility notably. The high-density tungsten
hochdichten Wolframlegierungen lassen alloys also have significantly better
sich deutlich besser mechanisch bear- machining properties than pure tungs-
beiten als reines Wolfram. ten. Generally very high tool wear is to
Es ist generell mit sehr hohem Werk- be expected. Robust machine tools and
zeugverschleiß zu rechnen. consistent machining conditions are
Grundsätzlich ist von der Kante in essential. It is important to machine from
Richtung Material zu bearbeiten, sonst edges into the material, otherwise chips
besteht die Gefahr von Ausbrüchen und and cracks can occur.
Rissen.
27Empfehlungen zur spanabhebenden Bearbeitung von Wolfram und Wolframlegierungen
Recommended machining conditions for tungsten and its alloys
Drehen / Turning
Werkzeuge / Tools CERATIZIT Maxilock-S (Katalog-Nr.: 183 / Catalogue No.: 183)
Wendeplatten Mit Code-27 u. -25 verwenden, HM-Sorten H 216 T / H 210 T
Indexable carbide inserts Use with Code-27 and -25, Carbide grade H 216 T / H 210 T
Schnittgeschwindigkeit [m/min]
vc = 80 - 100
Cutting speed [m/min]
Vorschub [mm/U] / Feed [mm/rev] f = 0.05 - 0.20
Spantiefe [mm] ap = 0.5 - 4.0
Depth of cut [mm] (je nach Plattentype / acc. to type of insert)
Kühlung / Coolant Emulsion
Fräsen / Milling
Werkzeuge CERATIZIT CHSC 16.R.02-11-A-25 WSP (Katalog-Nr.: 126)
Tools insert XDHT 11T325FR-27P H 216 T (Catalogue No.: 126)
Spanwinkel γ / Rake angle γ ~ 10 °C
Neigungswinkel / Inclination angle 0 - 10 °C
HM-Sorte / Carbide grade H 216 T
Schnittgeschwindigkeit [m/min]
vc = 30 - 40
Cutting speed [m/min]
Vorschub [mm/Zahn]
f = 0.05 - 0.20
Feed [mm/tooth]
Kühlung / Coolant Emulsion
Bohren / Drilling
VHM Bohrer (Feinkorn)
Bohrer / Drill HSS
Solid carbide drill (micrograin)
Schnittgeschwindigkeit [m/min]
vc = 10 - 20 20 - 30
Cutting speed [m/min]
Vorschub [mm/U] / Feed [mm/rev] f = 0.05 - 0.20 0.01 - 0.03
Kühlung / Coolant trocken / dry Emulsion
Schleifen / Grinding
Schleifscheibe Siliziumcarbid Diamant z.B.
z.B. TYROLIT C I20 L5 V15 TYROLIT D126 C75 B 52
Grinding wheel Silicon carbide for example Diamond for example
TYROLIT C I20 L5 V15 TYROLIT D126 C75 B 52
Schnittgeschwindigkeit [m/sec]
16 - 25 16 - 18
Cutting speed [m/sec]
Ausreichende Kühlung
Emulsion Emulsion
Sufficient coolant
28Verbindungstechnik
Joining Techniques
Zur Herstellung von komplexen Various joining techniques are available
Bauteilen aus Wolfram stehen for producing complex components from
verschiedene Fügetechniken zur tungsten. Highly stressed parts should
Verfügung. Mechanisch höher only be joined using rivets or threaded
belastete Verbindungen sollten durch fasteners, because tungsten has limited
Nieten oder Verschrauben hergestellt suitability for welding. Depending on the
werden, da die Schweißeignung von operating conditions, brazing can also
Wolfram eingeschränkt ist. Abhängig be used as a joining process.
von den Einsatzbedingungen des
Bauteils kann auch Löten als
Fügeprozeß zum Einsatz kommen.
1. Mechanische Verbindungen 1. Mechanical Fastening
Nieten Riveting
Wolframteile können mit gleichartigen Tungsten parts can be joined econo-
Konstruktionsteilen aus Wolfram oder mically to similar parts in tungsten or
auch mit anderen Metallen durch Nieten other metals by riveting. Button-head
kostengünstig verbunden werden. Zum and countersunk rivets are available in a
Nieten stehen Halbrund- und Senknie- range of sizes. Various fixing forms can
ten unterschiedlicher Abmessungen zur be achieved by a radial riveting pro-
Verfügung. Es können verschiedene cess (countersunk or button-head). The
Verbindungsschließformen durch ein thickness of sheet sections to be riveted
Taumelnietverfahren erzeugt werden should correspond to at least that of
(Senkkopf oder Halbrundkopf). the rivet diameter. Rivet holes must be
Die Dicke der zu verbindenden Blech- deburred after drilling. Both the rivet and
stücke sollte mindestens dem Niet- the riveting tool should be warmed in
durchmesser entsprechen. Nach dem advance to optimise the strength of the
Bohren muss das Nietloch entgratet joint.
werden. Zur Optimierung der Festig- In principle it is not possible to achieve
keit der Verbindung sollten die Nieten a water-tight or gas-tight construction.
und das Werkzeug vor dem Umformen In certain applications gas tightness
erwärmt werden. can be improved by flame spraying with
Grundsätzlich sind Flüssigkeits- und molybdenum.
Gasdichtheit des genieteten Bauteiles Countersunk and button-head rivets can
nicht gegeben. Für gewisse Anwendun- be obtained from PLANSEE Express.
gen kann eine Verbesserung der Dicht-
heit durch Mo - Beschichtung mittels
Flammspritzen erzielt werden.
Senk- und Halbrundnieten sind über
PLANSEE Express erhältlich.
Verschrauben Fastening
Für das Verschrauben stehen verschie- Machine screws with various thread
dene Gewindearten zur Verfügung. Die forms are available. However screw ma-
Herstellung der Schrauben ist jedoch nufacturing is expensive and screwed
sehr aufwendig. Schraubverbindungen joints are used mainly for repair work.
finden deshalb vor allem Anwendung bei When choosing this joining technique it
Reparaturen. must be remembered that after high-
Bei der Wahl dieser Verbindungstechnik temperature use it is no longer possible
ist zu bedenken, daß ein zerstörungs- to remove a screw without breaking it.
freies Lösen der Schrauben nach einem
Hochtemperatureinsatz nicht mehr
möglich ist.
29Sie können auch lesen
