W-Prospekt 663 DE.indd

Wolfram
Tungsten
WC 20
Werkstoffeigenschaften und Anwendungen
Material properties and applications
WT 20
WVM
W
Wolfram
Tungsten
Wolfram zählt zu den Refraktärmetallen.
Es besitzt den höchsten Schmelzpunkt
und geringsten Dampfdruck aller
Metalle.
Tungsten counts as one of the refractory
metals. It has the highest melting
point and lowest vapour pressure of all
metallic elements.
Es war das Metall Wolfram mit dem
1921 die Firmengeschichte von
PLANSEE begann. Auch heute noch
bestimmt Wolfram neben anderen
hochschmelzenden Metallen wie
Molybdän, Tantal und dessen
Legierungen unser Produktprogramm.
It was with the production of tungsten
that the story of the PLANSEE company
began in 1921. Also today tungsten
takes its place in our production
programme, along with other high melting point metals such as molybdenum,
tantalum and their alloys.
Wolfram und Wolframlegierungen
werden bei PLANSEE durch
pulvermetallurgische Verfahren
erzeugt. Ein Vorteil der
Pulvermetallurgie gegenüber
anderen Herstellungsvarianten ist die
Feinkörnigkeit des pulvermetallurgisch
hergestellten Wolframs. Sie erleichtert
die Weiterverarbeitung und verleiht dem
Fertigprodukt bessere mechanische
Eigenschaften.
PLANSEE produces tungsten and
tungsten alloys by powder metallurgical
processes. An advantage of powder
metallurgy against other manufacturing
methods is the fine grain size of the
tungsten powder obtained. The
fine-grained nature of tungsten manufactured by powder metallurgy simplifies
further processing and conveys better
mechanical properties to the finished
product.
Titelseite: Bild Lampe mit freundlicher Genehmigung der Firma OSRAM
Coverpage: Lamp photo reproduced by courtesy of OSRAM
INHALT
Wolfram
Herstellung von Halbzeug
Produktionsprogramm und
garantierte Analyse
Hinweise zur Werkstoffauswahl
Eigenschaften von Wolfram
und seinen Legierungen
Chemisches Verhalten von
Wolfram und seinen Legierungen
Bearbeitung von Wolfram
Verbindungstechnik
Oberflächenbehandlung von
Wolfram und seinen Legierungen
PLANSEE-Lieferformen
Seite
4
6
8
14
20
25
29
32
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.
Empfehlungen zur Verwendbarkeit von
Werkstoffen und Erzeugnissen dienen der
Beschreibung. Sie beruhen auf praktischen
Erfahrungen. Angaben in Bezug auf das
Vorhandensein bestimmter Eigenschaften
erfolgen nach bestem Wissen, jedoch ohne
Gewähr. Diesbezügliche Zusagen bedürfen
stets gesonderter schriftlicher Vereinbarung.
Alle Rechte, insbesondere das der Übertragung
in fremde Sprachen, vorbehalten. Ohne
ausdrückliche Genehmigung von PLANSEE
ist es nicht gestattet, diese Broschüre oder
Teile daraus zu vervielfältigen.
Data concerning the condition or recommendations
for the use of materials and products are given for
information only. All data are based on practical
experience. Information referring to the existence
of specific properties is given to the best of our
knowledge, but does not imply any guarantee. Any
assurances in this respect must always be obtained
specifically in writing.
All rights reserved, in particular for translation into
foreign languages. Reproduction of any part of
this brochure is not permitted without the express
consent of PLANSEE.
Herstellung von Halbzeug
Manufacture of Semi-finished Products
Der durchschnittliche Gehalt von
Wolfram in der Erdkruste beträgt
1.25 g/Tonne.
Neben den Mineralien Ferberit
(FeWO4), Hübnerit (MnWO4) und
Wolframit ((Fe, Mn)WO4) ist vor
allem der Scheelit (CaWO4)
wichtigstes Ausgangsprodukt für
die Herstellung von Wolfram.
Die größten Wolframvorkommen
sind in China, Russland, Kanada
und Nordamerika, aber auch in
Österreich wird Wolfram abgebaut.
Die Erze werden vorwiegend über
Brechen, Mahlen und anschließende
Flotation von den Begleitmineralien
getrennt. Über mehrere Zwischenschritte wird das Ammoniumparawolframat (APW-(NH4)2WO4)
gewonnen, welches durch Erhitzen
unter Abdampfung des Ammoniaks
zu Wolframoxid (WO3) oder Wolframblauoxid (WO3-x) umgewandelt wird.
Die Ausgangsmaterialien für die
Wolframpulverherstellung über Wasserstoffreduktion sind das Ammoniumparawolframat ((NH4)2WO4), das
Wolframoxid (WO3) und das Wolframblauoxid (WO3-x). Die Reduktion erfolgt
bei Temperaturen zwischen 700 °C 1100 °C (973 - 1373 K). In Abhängigkeit
von der Reduktionstemperatur und des
Wasserstofftaupunktes können
unterschiedliche Korngrößen eingestellt
werden. Die Reinheit der Metallpulver
liegt über 99.97 %.
Zur Produktion von gedopten Wolframwerkstoffen und Wolframlegierungen
werden die Dotier- bzw. Legierungselemente entweder vor der Reduktion über
Sol-Gel-Verfahren in die Ausgangsstoffe
eingebracht oder danach dem Metallpulver beigemischt.
Nach der Reduktionsstufe wird das
Pulver gesiebt und homogenisiert.
Vorwiegend über Matrizenpressen
und kaltisostatisches Pressen (CIP)
erfolgt die erste Verdichtungsstufe des
Pulvers zu unterschiedlichen
Platten- und Stabgeometrien.
On average the Earth’s crust contains
around 1.25 g/tonne of tungsten.
Along with the minerals Ferberite
(FeWO4), Hubnerite (MnWO4) and
Wolframite ((Fe,Mn)WO4), Scheelite
(CaWO4) is the most important ore
involved in tungsten production. The
largest deposits are found in China,
Russia, Canada and North America,
although tungsten is also mined in
Austria.
The ores are separated from their
by-products mainly by crushing
and grinding, followed by flotation.
Ammonium paratungstate
(APT-(NH4)2WO4) is recovered
after several intermediate steps,
and this is converted to tungsten
oxide (WO3) or tungsten blue oxide
(WO3-x) by heating to evaporate
ammonia.
Tungsten powder is obtained from
ammonium paratungstate ((NH4)2WO4),
tungsten oxide (WO3) and tungsten blue
oxide (WO3-x) by hydrogen reduction at
temperatures in the range 700 °C 1100 °C (973 - 1373K). Various grain
sizes can be produced depending on
the reduction temperature and the
hydrogen dew-point. Purity of the metal
powder is above 99.97 %.
In the manufacture of doped or alloyed
tungsten products, the doping or
alloying elements are either introduced
into the raw materials prior to reduction
using the sol-gel process, or they can
be added to the metal powder after
reduction.
Following the reduction stage the
powder is sieved and homogenised.
The initial densification of the powder
to various plate and rod geometries
takes place predominantly through die
pressing and cold isostatic pressing.
4
W-Bleche
Tungsten sheets
W-Stäbe mit geschliffener Oberfläche
Tungsten rods with ground surface
Schematischer Ablauf der Herstellung von Halbzeug
Schematic flow of the production of semi-finished products
Die Presslinge werden anschließend
meist in H2 gefluteten Öfen bei
Temperaturen zwischen 2000 - 2500 °C
(2273 - 2773 K) gesintert. Die Dichte
und Festigkeit der Presslinge wird
dabei erhöht.
The pressed compacts are subsequently
sintered at temperatures between
2000 - 2500 °C (2273 - 2773K), mostly
using furnaces with hydrogen flow. This
increases the density and the strength
of the pressed blanks.
Die Umformung der Sinterlinge durch
unterschiedliche Umformverfahren,
wie beispielsweise Walzen, Schmieden
und Hämmern erfolgt bei Temperaturen
bis zu 1600 °C (1873 K). Zwischenglühungen zur Erholung und Rekristallisation sind notwendig, um ausreichende
Umformgrade aufbringen zu können.
Mit zunehmendem Umformgrad kann
die Verarbeitungstemperatur gesenkt
werden. Auf diese Weise werden
Schmiedeteile, Bleche und Folien
erzeugt. Drähte werden durch Walzen
und Ziehen von Rundstäben hergestellt.
Deformation of the sintered blanks
takes place at temperatures up to
1600 °C (1873K), using for example
rolling, forging and swaging.
Intermediate annealing, leading
to recovery and recrystallization,
is necessary to maintain sufficient
workability. The working temperature
can be reduced as the degree of
deformation increases. In this way
forged parts, sheets and foils are
produced. Wires are produced from
rods by rolling and drawing.
5
Produktionsprogramm und garantierte Analyse
Production Programme and guaranteed Analysis
Nachstehend angeführte Werkstoffe werden gefertigt.
The following materials are produced.
Werkstoffbezeichnung / Material designation
Chemische Zusammensetzung (Angaben in Gew.%)
Chemical composition (weight%)
W (rein / pure)
> 99.97 %
W-UHP (hochrein / ultra high purity)
> 99.9999 %
-
W 30 - 70 ppm K
WVMW
W 15 - 40 ppm K
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
WC20
W 2.0 % CeO2
WL10
W 1.0 % La2O3
WL15
W 1.5 % La2O3
WT20
W 2.0 % ThO2
WVMT10
WVM 1.0 % ThO2
WVMWT
WVMW 2.0 % ThO2
W5Re
W 5.0 % Re
W26Re
W 26.0 % Re
WCu
-
W 10 - 50 % Cu
W-Schwermetall-Legierungen
mit hoher Dichte
Tungsten heavy metall alloys
(high density)
Densimet®
> 90 % W, Rest/balance Ni, Fe (Mo)
Inermet®
> 90 % W, Rest/balance Ni, Cu
WVM
(Vakuum-Metallisieren /
vacuum metallizing)
WC
WL
WT
WRe
66
Chemische Spezifikation festen metallischen Wolframs
Chemical specification of solid metallic tungsten
Element
Element
Garantierte Analyse max. [µg/g]
Guaranteed analysis max. [µg/g]
Typische Analyse [µg/g]
Typical analysis [µg/g]
Ag
10
<5
Al
15
5
As
5
<2
Ba
5
<2
Ca
5
<2
Cd
5
<2
Co
10
<2
Cr
20
<5
Cu
10
<5
Fe
30
10
K
10
5
Mg
5
<2
Mn
5
<2
Na
10
<2
Nb
10
<5
Ni
5
<2
Pb
5
<2
Ta
20
< 10
Ti
5
<2
Zn
5
<2
Zr
5
<2
100
20
Mo
W
min. 99.97 % *)
99.99 % *)
*) metallische Reinheit ohne Mo / metallic purity excluding Mo
C
30
H
5
2
N
5
<2
O
20
5
P
20
< 10
S
5
<2
Si
20
5
7
10
Hinweise zur Werkstoffauswahl
Basis for Material Selection
Die richtige Werkstoffauswahl hängt
vom konkreten Anwendungsfall ab.
Wichtige Kriterien können dabei sein:
The correct choice of material
depends on the exact application.
Important selection criteria can be:
• Physikalische Eigenschaften
(z.B. Schmelzpunkt, Dampfdruck,
Dichte, elektrische Leitfähigkeit,
Wärmeleitfähigkeit, Wärmeausdehnung, Wärmekapazität,
Benetzungsverhalten)
• Mechanische Eigenschaften
(z.B. Festigkeiten, Bruchverhalten,
Kriechverhalten, Duktilität)
• Chemische Eigenschaften
(Korrosionsbeständigkeiten,
Ätzverhalten)
• Bearbeitbarkeit
(spanabhebende Bearbeitung,
Verformungsverhalten,
Schweißeignung)
• Gefüge und Rekristallisationsverhalten
(Rekristallisationstemperatur,
Versprödungsneigung,
Alterungseffekte, Korngröße)
• Physical properties (e.g. melting point,
vapour pressure, density, electrical
and thermal conductivity, thermal
expansion coefficient, heat capacity,
wetting behaviour)
• Mechanical properties (e.g. strength,
toughness, creep resistance, ductility)
• Chemical properties (corrosion
resistance, etching behaviour)
• Workability (machinability, formability,
suitability for welding)
• Structure and recrystallization
behaviour (recrystallization
temperature, embrittlement tendency,
aging effects, grain size)
Die maximale Einsatztemperatur
von Wolfram liegt bei etwa 2900 °C
(3173 K) und stellt damit die höchstmögliche Anwendungstemperatur
aller Metalle dar. Durch geeignete
Legierungszusammensetzung und
Herstellprozesse lassen sich die
Eigenschaften der Wolframwerkstoffe
in weitem Maße variieren. PLANSEE
hat daher verschiedene Wolframlegierungen für unterschiedliche Anwendungsfälle entwickelt. Reine und
dotierte Wolframwerkstoffe werden
in der Lichtindustrie, Elektroindustrie,
Medizintechnik, Dünnschichttechnik, als
Schweißelektroden und im Hochtemperaturofenbau genutzt. Außerdem wird
Wolfram als Hauptkomponente für Wolfram-Rhenium-Legierungen, Verbundwerkstoffe (Wolfram-Kupfer) und für
Wolfram-Schwermetall-Legierungen mit
hoher Dichte (Densimet® und Inermet®)
eingesetzt.
Tungsten exhibits the highest operating
temperature of all metals at around
2900 °C (3173K). Its properties can be
varied widely by suitable alloy compositions and production processes. Therefore PLANSEE has developed various
grades of tungsten for differing applications. Pure and doped tungsten is used in
the lighting industry, electronics, medical
applications and thin-film technology as
well as for welding electrodes and in the
construction of high-temperature furnaces. Additionally tungsten is the main
component of tungsten-rhenium alloys,
composite materials (tungsten-copper)
and for high-density heavy-metal alloys
(Densimet® and Inermet®).
8
Die am häufigsten verwendeten
Wolframwerkstoffe werden
nachfolgend kurz beschrieben:
The most commonly used grades of
tungsten are briefly described below:
W (Wolfram) als reines Metall zeigt
folgende Eigenschaften:
W (Tungsten) as a pure metal exhibits
the following properties:
• Hoher Schmelzpunkt von
3420 °C (3693 K)
• Niedriger Dampfdruck
• Hohe Warmfestigkeit
• Geringe thermische Dehnung
• Hohe Wärmeleitfähigkeit
• Hoher Elastizitätsmodul
• Hohe Dichte
• Hohes Absorptionsvermögen
für ionisierende Strahlung
• Hohe Korrosionsbeständigkeit gegen
Säuren und Metallschmelzen
• Rekristallisation zwischen
1100 °C und 1400 °C
(1373 K und 1673 K)
•
•
•
•
•
•
•
•
Wolfram kommt meistens dotiert zum
Einsatz. Reines Wolfram wird nur in
wenigen Anwendungen, wie z.B. in der
Beschichtungsindustrie mit Tiegeln und
Sputtertargets sowie im Hochtemperaturofenbau mit Heizeinrichtungen und
Wärmestrahlabschirmungen verwendet.
Für spezielle Anwendungen wird
Wolfram auch mit einer definierten
Restporosität bis 35 Vol.-% angeboten.
Tungsten is commonly used a as doped
metal. Pure tungsten is used only in a
few application fields such as the coating industry with crucibles and sputter
targets and high-temperature
furnace construction with heating
elements and heat shields. For
special applications, tungsten with a
defined residual porosity of up to
35 volume percent is also produced.
High melting point of 3420 °C (3693K)
Low vapour pressure
High hot strength
Low thermal expansion
High thermal conductivity
High Young‘s modulus
High density
High absorption capacity for
ionising radiation
• High corrosion resistance
against acids and molten metals
• Recrystallization temperature
between 1100 °C and 1400 °C
(1373K and 1673K)
W-Drähte
Tungsten wires
Sputtertarget für die Mikroelektronik
Sputtering target for microelectronics
W-UHP (Wolfram-Ultra-High-Purity)
W-UHP (Ultra high purity Tungsten)
Durch Verwendung von Wolframpulver
mit einer Reinheit von 99.9999 % wird
ein Ausgasen von Fremdstoffen verhindert. Diese Werkstoffqualität wird für
Elektroden in Hochdruckentladungslampen verwendet und garantiert infolge der
hohen Werkstoffreinheit eine gleichbleibende Lampenqualität bei verlängerter
Lebensdauer.
By using tungsten powder with a purity
of 99.9999 % outgassing of impurities
can be avoided. This material quality
is used for electrodes in HID lamps
and through its high purity guarantees
consistent lamp quality and increased
lifetimes.
9
WVM (Wolfram-Vacuum-Metallizing)
WVM ist ein im ppm-Bereich mit Aluminium-Kalium-Silikat gedoptes Wolfram,
das überwiegend in Stab- und Drahtform
angeboten wird. Durch die Dotierung
in Zusammenspiel mit starker orientierungsabhängiger Verformung stellt sich
ein Stapelgefüge ein, welches erhöhte
Formstabilität bei hohen Temperaturen
und eine bessere Korrosionsbeständigkeit gegenüber geschmolzenen Metallen
bewirkt. WVM wird als Einzeldraht oder
in mehrfach verdrillter Ausführung für
Verdampferwendeln, Glühdrähte, bzw.
als Einzelstab für Lampenelektroden
sowie für Stehanoden in der Röntgendiagnostik eingesetzt.
Anode aus WVMW
WVMW anode
WVM (Vacuum-Metallising Grade
Tungsten)
WVM material is tungsten doped with
ppm levels of aluminium potassium silicate and is produced principally as rod
and wire. The combination of doping and
highly directional deformation develops
a longitudinal grain structure, which
results in an increased recrystallization
temperature, improved high-temperature
sag-resistance and greater corrosion
resistance against molten metals. WVM
is used as single or multiple-stranded
wire for evaporation coils and furnace
elements. WVM rods also find applications as lamp electrodes and stationary
anodes for X-ray diagnostics.
WVM-Drähte in mehrfach gedrillter Ausführung
Multiple-stranded WVM wire
WVMW / S-WVMW
(WVM-Wolfram / Super-WVMW)
WVMW / S-WVMW (WVM Tungsten /
Super WVM Tungsten)
Diese Werkstoffgruppe weist durch
die Feinkörnigkeit und Kornstabilität
eine bessere Duktilität, ein besseres
Abbrandverhalten und eine bessere
Bearbeitbarkeit im Vergleich zu reinem
Wolfram auf. Bei der Qualität S-WVMW
wird durch ein spezielles Fertigungsverfahren eine deutliche Erhöhung
der Dichte im Stabzentrum erreicht,
insbesondere bei größeren Stabdurchmessern. Vorwiegend werden diese
Werkstoffe als Anodenmaterial in der
Lichtindustrie für Kurzlichtbogenlampen
eingesetzt.
Because of its fine grain size this group
of materials shows better ductility,
improved arcing resistance and better
working characteristics than pure tungsten. In the case of the S-WVMW quality,
a special production process results in a
significant increase in the density in the
core of the material, especially for larger
rod diameters. The principal application
of this material is as anodes in short arc
lamp manufacturing.
WVMT10 / WVMWT
(dotiertes WVM)
WVMT10 / WVMWT
(Thoriated WVM)
Eine kombinierte Dotierung mit Aluminium-Kalium-Silikat und Thoriumoxid
(ThO2) bewirkt eine hohe Hochtemperaturformstabilität bei gleichzeitiger Absenkung der Elektronenaustrittsarbeit. Damit
eignen sich diese Werkstoffe hervorragend für den Einsatz als hochbelastete
Kathoden.
Das mit 1 Gew.-% ThO2 dotierte WVM ist
zu Drähten mit einem Durchmesser
≤ 0.5 mm verformbar. Das höher dotierte
WVMWT wird für größere Stabdurchmesser eingesetzt.
Doping with a combination of aluminium
potassium silicate and thoria (ThO2)
gives rise to increased high-temperature sag resistance and a reduction of
the electron work function. This makes
these materials ideally suited for highlyloaded cathodes.
WVMT, which is doped with 1 weightpercent ThO2, can be drawn to wire
with diameter ≤ 0.5 mm. The more
highly doped WVMWT is used for
larger-diameter rods.
10
WT20 (Wolfram-Thoriumoxid)
WT20 (Thoriated Tungsten)
Dieser Werkstoff wurde speziell für
Lampen- und Schweißelektroden
entwickelt. Das Dotieren mit 2 Gew.-%
führt zu einer Verringerung der
Elektronenaustrittsarbeit und bewirkt
eine höhere Rekristallisationstemperatur
bei verbesserter Warmfestigkeit.
Der Werkstoff lässt sich zudem gut
mechanisch bearbeiten.
This material was developed specially
for lamp and welding electrodes. Doping
with 2 weight-percent thorium oxide
leads to a reduction in the electron work
function and increases the recrystallization temperature and high-temperature
strength. Additionally the material can
be readily machined.
Thorierte W-Kathoden
Thoriated tungsten cathodes
WC20 (Wolfram-Ceroxid)
WC20 (Ceriated Tungsten)
WC20 stellt eine Alternative zu WT20
als Lampen- und Schweißelektrodenwerkstoff dar. Durch das Dotieren mit
2 Gew.-% Ceroxid wird neben der
Verminderung der Elektronenaustrittsarbeit auch das Zündverhalten verbessert
und die Standzeit durch eine geringere
Abbrandrate verlängert.
WC20 is an alternative to the WT20
lamp and welding electrode. Doping with
2 weight-percent cerium oxide reduces
the electron work function and improves
the ignition behaviour and the lifetime by
reducing the rate of arcing erosion.
Schweißelektroden aus WC20
WC20 welding electrodes
Ionenimplanterteile
Parts for ion implantation
WL10 / WL15 (Wolfram-Lanthanoxid)
WL10 / WL15 (Lanthanated Tungsten)
Durch das Dotieren mit 1 - 1,5 Gew.-%
Lanthanoxid (La2O3) wird die Kriechbeständigkeit und die Rekristallisationstemperatur
gegenüber reinem Wolfram erhöht. Zudem
führen die Oxidpartikel im Gefüge zu einer
wesentlichen Verbesserung der mechanischen Bearbeitbarkeit, die bei reinem
Wolfram sehr schwierig ist. Darüber hinaus
wird durch die Zugabe von Lanthanoxid
die Elektronenaustrittsarbeit deutlich abgesenkt. Bevorzugtes Einsatzgebiet für WL10
stellen mechanisch zu bearbeitende Teile
für verschiedenste Anwendungen (z.B.
Ionenquellen, Lampenelektroden) sowie im
Fall von WL15 Schweißelektroden dar.
Doping with 1 - 1.5 weight % lanthanum
oxide increases the creep strength and
recrystallization temperature in comparison to pure tungsten. In addition the
oxide particles in the structure help to
eliminate the poor machinability
associated with pure tungsten. The
addition of lanthanum oxide also
significantly reduces the electron work
function. WL10 is preferred for machined
components in a wide variety of applications (e.g. ion source components, lamp
electrodes) whereas WL15 is used for
welding electrodes.
WRe (Wolfram-Rhenium)
WRe (Tungsten-Rhenium)
Durch das Zulegieren von Rhenium wird
eine Duktilisierung des Wolframs mit
herabgesetzter Übergangstemperatur
(Übergang vom spröden in den duktilen
Werkstoffzustand) erreicht. Zudem wird
eine Erhöhung der Rekristallisationstemperatur und Kriechfestigkeit erzielt.
WRe wird als Thermoelementmaterial
für Einsätze bis über 2000 °C (2273 K)
in den Standardzusammensetzungen
W5Re und W26Re, aber auch in der
Lampen-, Luft- und Raumfahrtindustrie
verwendet.
Alloying with rhenium improves the
ductility of tungsten and reduces the
ductile-to-brittle transition temperature.
It also increases the recrystallization
temperature and creep strength. WRe
is used for high-temperature thermocouples (application temperature above
2000 °C / 2273K) in standard compositions W5Re and W26Re. It also has
applications in lamps and in the
aerospace industry.
11
Wärmesenken aus WCu
WCu heat sinks
WCu
(Wolfram-Kupfer-Verbundwerkstoffe)
WCu (Tungsten Copper Composite
Materials)
WCu-Verbundwerkstoffe stellen eine
eigene Werkstoffgruppe innerhalb der
PLANSEE-Hochleistungswerkstoffe dar.
Sie werden vorzugsweise im Hochspannungsschalterbau (Markenname
Elmet), als passive Kühlelemente
(Wärmesenken) in der Elektronikindustrie und für Erodierelektroden (Markenname Sparkal®) eingesetzt. Bei diesen
Verbundwerkstoffen ist eine poröse
Wolfram-Matrix mit 10 - 40 Gew.-%
Kupfer infiltriert. Aus dieser Struktur und
Werkstoffkombination resultieren die
besonderen Eigenschaften von WCu:
Hohe Abbrandfestigkeit in Verbindung
mit guter elektrischer Leitfähigkeit, hohe
Wärmeleitfähigkeit und geringe Wärmeausdehnung sowie einfache mechanischer Bearbeitbarkeit.
WCu composite materials represent
a distinct group of products within the
range of PLANSEE high-performance
materials. Their preferred applications are in high-voltage circuit breaker
construction (brand name Elmet), as
heat sinks in the electronics industry
and for spark-erosion electrodes (brand
name Sparkal™). In these composite
materials a porous tungsten matrix is
infiltrated with 10 - 40 weight % copper.
The special properties of WCu, which
result from its structure and material
combination, are high arcing resistance,
good electrical conductivity, high thermal
conductivity and low thermal expansion,
as well as good machinability.
W-Schwermetall-Legierungen mit
hoher Dichte
Tungsten Heavy
Metal Alloys
Die Werkstoffgruppe der hochdichten
Wolframlegierungen umfasst unterschiedliche Legierungen auf Basis der
Systeme Wolfram-Nickel-Eisen, Wolfram-Nickel-Kobalt und Wolfram-NickelKupfer. Bei diesen Werkstoffen werden
die hohe Dichte, die mechanischen
Dämpfungseigenschaften und das hohe
Absorptionsvermögen gegen Röntgen- und Gammastrahlen von Wolfram
ausgenutzt. Zum Einsatz kommen diese
Werkstoffe bei Ausgleichsgewichten und
Dämpfungselementen in Motoren und
Triebwerken sowie bei der Abschirmung
von Gammastrahlen und der Fokussierung von Strahlungen (Kollimatoren und
Abschirmungen in der Nuklearmedizin
und in Röntgendetektoren). Durch die
Zugabe von Nickel, Eisen, Kobalt und
Kupfer wird erreicht, dass die Werkstoffe
wesentlich duktiler und leichter
mechanisch zu bearbeiten sind als
reines Wolfram. PLANSEE bietet
hochdichte Wolframlegierungen mit
verschiedenen Eigenschaften unter den
Markennamen Densimet® und Inermet®
an. Detaillierte Informationen zu diesen
Legierungen sind der Broschüre Densimet®-Inermet®-Wolframlegierungen zu
entnehmen.
This group of high-density tungstenbased materials contains a wide range
of tungsten-nickel-iron and tungstennickel-copper alloys. Useful properties
are high density, vibration damping
capability and high capacity to absorb
X-rays and gamma radiation. The main
applications are balance weights and
vibration-damping components in engines and turbines as well as collimators
(for focussing X-rays) and shielding
components in nuclear medicine. These
materials are significantly more ductile
and easier to machine than pure tungsten, because of the additions of nickel,
iron and copper. PLANSEE supplies
high-density tungsten alloys with a variety of properties under the brand names
Densimet™ and Inermet™. Detailed
information on these alloys can be found
in our brochure Densimet™ - Inermet™
Tungsten Alloys.
Kollimator aus Densimet®
Densimet® collimator
The following table gives an overview
of the properties of the various tungsten
alloys in comparison to pure tungsten.
Die folgende Tabelle vermittelt einen
Überblick über die Eigenschaften der
Wolframlegierungen im Vergleich zu
reinem Wolfram.
Ausgleichsgewichte aus Densimet®
Densimet® balance weight
12
W
W-UHP
WVM
WVMW
S-WVMW
WVMT10
WVMWT
99.97
99.9999 W
W
30 - 70 ppm K
W
15 - 40 ppm K
W
30 - 70 ppm K
1.0 % ThO2
W
5 - 30 ppm K
2.0 % ThO2
Wärmeleitfähigkeit
Thermal conductivity
!
!
!
!
!
!
Hochtemperatur-Festigkeit
Kriechfestigkeit
High temperature strength
Creep resistance
!
!
#
"
#
#
!
!
#
#
#
#
Feinkörnigkeit / Fine grained
!
!
"
"
"
"
Duktilität / Ductility
!
!
"
#
"
Bearbeitbarkeit / Verformbarkeit
Machinability / Formability
!
!
"
"
"
"
Elektronenaustrittsarbeit
Electron work function
!
!
!
!
%
%
Eigenschaft
Property
Legierungsbestandteile
(in Gew.-%)
Alloy constituents
(in weight%)
Rekristallisationstemperatur
Recrystallization temperature
Eigenschaft
Property
WT20
WC20
WL10
WL15
WRe
W
5 % Re;
WCu
W-Legierungen
mit hoher Dichte
High-density
W Alloys
W
2.0 % ThO2
W
2.0 % Ce02
W
1.0 % La2O3
1.5 % La2O3
Wärmeleitfähigkeit
Thermal conductivity
!
!
!
$
"
$
Hochtemperatur-Festigkeit
Kriechfestigkeit
High temperature strength
Creep resistance
"
"
"
"
%
$
"
"
"
"
-
-
Feinkörnigkeit / Fine grained
"
"
"
!
-
"
Duktilität / Ductility
"
"
"
#
#
#
Bearbeitbarkeit / Verformbarkeit
Machinability / Formability
"
#
#
"
#
#
Elektronenaustrittsarbeit
Electron work function
%
%
%
$
-
-
Legierungsbestandteile
(in Gew.-%)
Alloy constituents
(in weight%)
Rekristallisationstemperatur
Recrystallization temperature
W
26 % Re
! = 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
13
W-Ni-Fe
10 - 50 % >90 % (Ni, Fe, Mo);
Cu
W-Ni-Cu
>90 % (Ni, Cu)
Eigenschaften 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]
Schmelzpunkt / Melting point
3420 [°C]
3693 [K]
Siedepunkt / Boiling point
5900 [°C]
6173 [K]
Atomvolumen / Atomic volume
1.59 • 10-29 [m3]
Dampfdruck / Vapour pressure
bei 1800 °C (2073 K) / at 1800 °C (2073 K)
6 • 10-10 [N/m2]
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]
Kristallstruktur / Crystal structure
kubisch raumzentriert
body-centred cubic
Gitterkonstante / Lattice constant
316.5 • 10-12 [m]
Härte bei 20 °C (293 K)
Hardness at 20 °C (293 K)
Spannungsarmgeglüht / stress-relieved
> 460 [HV30]
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)
Coefficient of linear thermal expansion at 20 °C (293 K)
4.2 • 10-6 [m/(m•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)
Specific electrical resistivity at 20 °C (293 K)
0.050 [(Ω•mm2)/m]
Schallgeschwindigkeit bei 20 °C (293 K)
Acoustic velocity at 20 °C (293 K)
Longitudinalwelle / Longitudinal wave
5180 [m/s]
Transversalwelle / Transverse wave
2870 [m/s]
Elektronenaustrittspotential / Electron work function
4.54 [eV]
Einfangquerschnitt für thermische Neutronen
Thermal neutron capture cross section
1.92 • 10-27 [m2]
14
15
Mechanische Eigenschaften von Wolfram und Wolframlegierungen
Mechanical Properties of Tungsten and Its Alloys
Wolfram nimmt im Periodensystem der
Elemente einen Platz in der gleichen
Gruppe wie Molybdän (Gruppe VIa) ein.
Daher zeigt Wolfram einen mit Molybdän vergleichbaren Verlauf der mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit
der Prüftemperatur. Durch den höchsten
Schmelzpunkt von 3420 °C (3693 K)
aller Elemente besitzt Wolfram eine
hohe Warmfestigkeit. Verbunden mit
dem hohen E-Modul zeichnet sich
Wolfram durch eine hohe Kriechfestigkeit aus.
Die mechanischen Eigenschaften von
Wolfram werden durch die Reinheit, Art
und Menge der Legierungsbestandteile,
die Wärmebehandlung (Glühzustand)
und die Mikrostruktur beeinflusst.
Wolfram hat ein kubisch raumzentriertes
Gitter und besitzt bei Raumtemperatur
nur geringe Duktilität. Die spröd-duktilÜbergangstemperatur kann durch
Verformung und Legieren zu niedrigeren
Temperaturen verschoben werden. Mit
zunehmendem Verformungsgrad steigt
die Festigkeit an - im Gegensatz zu
anderen Metallen nimmt auch die Duktilität zu. Durch Legieren mit Rhenium
kann die Duktilität bei Raumtemperatur
verbessert werden.
Durch die Zugabe geringer Mengen
von Cer- oder Lanthanoxid können die
mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Kriecheigenschaften, deutlich
verbessert werden. Abhängig von
kundenspezifischen Anforderungen und
Einsatzgebieten kommen unterschiedliche Wolframlegierungen zum Einsatz.
Tungsten is found in the same group
as molybdenum in the periodic table of
elements (Group VIa). Consequently it
shows a similar dependence of test temperature on its mechanical properties.
Tungsten has the highest melting point
of all elements (3420 °C / 3693K), and
therefore exhibits a high hot-strength.
It also has a high elastic modulus and
high creep resistance.
The mechanical properties of tungsten
are influenced by purity, the type and
amount of any alloying elements, heat
treatment (annealing condition) and
microstructure.
Tungsten has a body-centred cubic
lattice structure and exhibits very low
ductility at room temperature. The ductile-to-brittle transition temperature can
be reduced by mechanical working and
alloying. Strength increases with increasing degree of deformation - however
unlike with most other metals, working
also increases the ductility. Room-temperature ductility can be improved by
alloying with rhenium.
The mechanical properties, especially
creep strength, can be improved significantly by the addition of small quantities
of oxides of cerium or lanthanum. Various tungsten alloys are used depending on specific customer requirements
and areas of application.
More information on the properties of
high-density tungsten alloys can be
found in the brochure Densimet™Inermet™.
Nähere Informationen zu den mechanischen Eigenschaften der hochdichten
Wolframlegierungen sind der Broschüre
Densimet®-Inermet® zu entnehmen.
16
Für den Einsatz bei hohen Temperaturen ist die Kenntnis der Rekristallisationstemperatur von Bedeutung, da die
mechanischen Eigenschaften wie Duktilität und Bruchzähigkeit mit steigendem
Rekristallisationsgrad abnehmen. Durch
das Einbringen von kleinen Oxidteilchen
(z.B. Lanthan- oder Ceroxid), kann der
Beginn der Rekristallisation zu höheren Temperaturen verschoben werden. Werden jene Legierungen weiter
verformt und dadurch die Oxidteilchen
zerkleinert, ist ein starker Anstieg der
Rekristallisationsstarttemperatur zu
verzeichnen (siehe Tabelle).
For high-temperature applications
some knowledge of the recrystallization temperature is important, because
properties such as ductility and fracture
toughness decrease with increasing
levels of recrystallization. The onset of
recrystallization can be delayed by the
addition of small oxide dispersoids (e.g.
of lanthanum and cerium). Increasing
mechanical working of the alloy results
in ever finer oxide particles and a corresponding increase in the recrystallization start temperature (see table).
Rekristallisationstemperaturen von Wolfram-Basiswerkstoffen
Recrystallization temperatures of tungsten-based alloys
Werkstoff
Material
Temperatur [°C] für 100 % Rekristallisation (Glühdauer 1 Stunde)
Temperature [°C] for 100 % recrystallization (annealing duration 1 hour)
φ = 90 %
φ = 99.99 %
1350
-
WVM
-
2000
WT20
1450
2400
WC20
1550
2600
WL10
1500
2500
WL15
1550
2600
W5Re
1700
-
W26Re
1750
-
W (rein / pure)
17
Lichtmikroskopische 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
18
Photo: TU-Bergakademie Freiberg
Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer
WVM-Bruchfläche mit Kalium gefüllten Bläschen
Scanning electron micrograph of WVM fracture surface with
potassium filled bubbles
19
Chemisches Verhalten von Wolfram und seinen Legierungen
Chemical Behaviour of Tungsten and its Alloys
Wolfram und seine Legierungen
(ausgenommen Wolfram-Kupfer und
Schwermetall) zeigen ein sehr ähnliches
Korrosionsverhalten.
Tungsten and its alloys all show very
similar corrosion behaviour (with the
exception of tungsten-copper and the
high-density alloys).
Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von
unter 60 % ist Wolfram korrosionsbeständig. In feuchterer Luft bilden sich
Anlauffarben aus, im Vergleich zu
Molybdän aber im geringerem Ausmaß.
Dabei sind rauhe Oberflächen anfälliger
als glatte. Im Falle sonstiger wässriger
Medien ist bei Temperaturen über
100 °C (373 K) eine Unbeständigkeit
gegenüber alkalischen und oxidierenden Stoffen zu erwähnen. Gegenüber
oxidierenden Gasen und Elementen in
anderen Aggregatzuständen treten bei
Temperaturen über 250 °C (523 K)
Reaktionen auf. Glasschmelzen, Wasserstoff, Stickstoff, Edelgase, Metallschmelzen und Oxidkeramiken greifen
auch bei sehr hohen Temperaturen
Wolfram nur wenig an, wenn sie nicht
zusätzlich Oxidationsmittel enthalten.
Tungsten is resistant to corrosion
below 60% relative humidity. In damper
air surface staining occurs (coloured
oxides), although to a lesser extent than
with molybdenum. Rough surfaces are
more susceptible than smoother ones.
In certain water-based media above
100 °C (373K), a lack of resistance
to attack from alkaline and oxidizing
substances is to be expected. Reactions
can occur in the presence of oxidizing
gases and elements in other states of
matter at temperatures above 250 °C
(523K). Molten glass, nitrogen, inert
gases, molten metals and ceramic
oxides attack tungsten only very
slightly, even at very high temperatures,
provided they do not contain additional
oxidizing agents.
Das chemische Verhalten von
Wolfram ist in der nachstehenden
Tabelle wiedergegeben. Die Korrosionsangaben beziehen sich, wenn nicht
gesondert vermerkt, auf reine, nicht mit
Luft oder Stickstoff begaste Lösungen.
Die Anwesenheit fremder, chemisch
aktiver Substanzen in kleinsten
Konzentrationen kann das Korrosionsverhalten stark beeinflussen. Bei
komplexen Korrosionsbedingungen
empfehlen wir Korrosionsversuche
mit möglichst betriebsnahen
Parametern durchzuführen.
The chemical behaviour of tungsten
is shown in the following table. If not
noted otherwise the corrosion data
refer to pure solutions not agitated
with air or nitrogen. Gas contents
and the presence of chemically
active substances in the smallest
concentrations can strongly influence
the corrosion behaviour. With complex
corrosive environments we recommend
carrying out corrosion testing under
simulated service conditions.
800µm
Geläppte, gereinigte W-Ronde nach 168 h bei 40 °C an
feuchter Luft
Lapped and cleaned tungsten disc after 168 hours at
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
corrosion and crystal growth caused by high-temperature
oxidation / sublimation and re-deposition / reduction
20
Tabelle 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
21
Das Verhalten von Wolfram gegenüber
verschiedenen Gasen ist aus Tabelle 2
ersichtlich. Speziell bei sauerstoffhaltigen Atmosphären muß beachtet
werden, dass über 500 °C (773 K)
eine starke Oxidation einsetzt.
Ab 850 °C (1123 K) ist dann
in jedem Fall mit Sublimation von
Wolframtrioxid zu rechnen.
The behaviour of tungsten towards
various gases can be seen in Table 2.
Notable is that in the presence of
oxygen-containing atmospheres, severe
oxidation takes place above 500 °C
(773 K). Sublimation will occur from
850 °C (1123 K) onwards.
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
22
Wolfram besitzt eine gute Beständigkeit
gegenüber keramischen Ofenbauwerkstoffen (Tabelle 3) und vielen Metallschmelzen (Tabelle 4).
Tungsten has good resistance towards
the ceramic materials used in furnace
construction (Table 3) and towards
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
23
Tabelle 4: Verhalten von Wolfram gegenüber Metallschmelzen
Table 4: Behaviour of tungsten towards molten metals
Aluminium / Aluminium
bis 700 °C (973 K) / up to 700 °C (973 K)
+
Beryllium / Beryllium
-
Blei / Lead
bis 1100 °C (1373 K) / up to 1100 °C (1373 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)
+
+
-
Caesium / Caesium
bis 1200 °C (1473 K) / up to 1200 °C (1473 K)
+
Eisen / Iron
-
Gallium / Gallium
bis 1000 °C (1273 K) / up to 1000 °C (1273 K)
+
Gold / Gold
bis 1100 °C (1373 K) / up to 1100 °C (1373 K)
Kalium / Potassium
bis 1200 °C (1473 K) / up to 1200 °C (1473 K)
Kupfer / Copper
bis 1300 °C (1573 K) / up to 1300 °C (1573 K)
Lithium / Lithium
bis 1600 °C (1873 K) / up to 1600 °C (1873 K)
Magnesium / Magnesium
bis 1000 °C (1273 K) / up to 1000 °C (1273 K)
Natrium / Sodium
bis 1100 °C (1373 K) / up to 1100 °C (1373 K)
-
+
Natrium mit 0,5 % Sauerstoff
Sodium with 0.5 % oxygen
bis 600 °C (873 K) / up to 600 °C (873 K)
über 600 °C (873 K) / more than 600 °C ( 873 K)
+
Nickel / Nickel
-
Plutonium / Plutonium
über 700 °C (973 K) / more than 700 °C (973 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)
Rubidium / Rubidium
bis 1200 °C (1473 K) / up to 1200 °C (1473 K)
Scandium / Scandium
bis 1400 °C (1673 K) / up to 1400 °C (1673 K)
+
-
+
+
Seltene Erden / Rare earths
bis 800 °C (1073 K) / up to 800 °C (1073 K)
+
Silber / Silver
+
Uran / Uranium
bis 900 °C (1173 K) / up to 900 °C (1173 K)
+
+
+
Wismut / Bismuth
bis 1400 °C (1673 K) / up to 1400 °C (1673 K)
+
Zink / Zinc
bis 750 °C (1023 K) / up to 750 °C (1023 K)
über 750 °C (1023 K) / more than 750° C (1023 K)
+
-
+
+
+
Zinn / Tin
bis 980 °C (1253 K) / up to 980 °C (1253 K)
über 980 °C (1253 K) / more than 980 °C (1253 K)
+ = beständig / resistant
-
-
= unbeständig / non-resistant
24
+
-
Bearbeitung von Wolfram
Processing of Tungsten
Die Kenntnis der Werkstoffeigenschaften und die Beachtung der
nachfolgenden Empfehlungen sind
für eine erfolgreiche Bearbeitung von
Wolfram notwendig.
Knowledge of material properties
and observation of the following
recommendations is necessary for
the successful processing of tungsten.
Transition Temperature
Übergangstemperatur
Wolfram ist bei Raumtemperatur
spröde. Wie alle anderen kubisch
raumzentrierten Metalle, besitzt
Wolfram eine sogenannte spröd-duktilÜbergangstemperatur, die abhängig
vom Belastungsfall, der Materialstärke
und -form, dem Werkstoffzustand und
der chemischen Zusammensetzung
variieren kann. Wird Wolfram über jene
Temperatur erwärmt, verliert es seine
Sprödigkeit und wird duktil.
Dieser Effekt wird bei der spanlosen
Formgebung von Wolfram ausgenutzt.
Rekristallisationstemperatur
Neben der Kenntnis der Übergangstemperatur ist das Wissen um die
Rekristallisationstemperatur von
Bedeutung. Oberhalb dieser Temperatur
beginnt eine Gefügeumwandlung, es
kommt zur Bildung von neuen Körnern.
Damit verbunden ändern sich auch
die mechanischen Eigenschaften des
Werkstoffes, die Werte für Festigkeit und
Härte nehmen ab. Die Bruchneigung
wird durch die Kornneubildung erhöht
und kann nur durch erneute Umformung
wie Walzen, Schmieden oder Ziehen
wieder verringert werden. Daher wird
eine hohe Rekristallisationstemperatur
angestrebt.
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 Rekristallisationstemperatur signifikant zu erhöhen.
Tungsten is brittle at room temperature.
Like all other body-centred cubic metals, it has a so-called ductile-to-brittle
transition temperature, which can vary
depending on the type of loading, the
sample thickness and form, the material
condition and the chemical composition.
Heated above this temperature, tungsten loses its brittleness and becomes
ductile. This effect is used in its mechanical working.
Recrystallization Temperature
In addition to the transition temperature, it is also important to know the
recrystallization temperature. Above this
point a structural transformation begins,
leading to the growth of new grains. This
alters the mechanical properties of the
material, with strength and hardness
values reducing. The breaking tendency
increases because of the grain growth,
and can only be reduced again by
further deformation of the material, e.g.
by rolling, forging or drawing. Therefore
a high recrystallization temperature is
always desirable.
The degree of deformation and the
chemical composition determine the
recrystallization temperature. It can be
increased significantly by the addition of
small, finely dispersed oxide particles,
known as dispersoids, or by the addition
of aluminium potassium silicate.
25
Spanlose Formgebung, Stanzen
und Schneiden
Bending, Forming, Stamping,
Punching and Cutting
In der Grafik sind Temperaturbereiche
für das Biegen und das Stanzen von
Wolfram in Abhängigkeit von der Blechdicke wiedergegeben.
The graph shows the temperature
ranges for bending and punching of
tungsten as a function of the sheet
thickness.
Dünne, stark verformte Bleche und
Folien besitzen infolge der „Kornstreckung“ durch das Walzen ausgeprägte
Gefügestrukturen in Längsrichtung. Ihre
Biegeeigenschaften längs und quer zur
Walzrichtung sind daher verschieden.
Wolframbleche sollten deshalb stets
quer zu ihrer Walz- bzw. Längsrichtung
gebogen werden. Sind Biegungen in
Längsrichtung konstruktiv nicht zu umgehen, so sind die Biegetemperaturen
stark zu erhöhen. Der kleinste erzielbare Biegeradius entspricht in etwa der
Blechdicke des zu biegenden Bleches
gleich.
Thin, intensely worked sheet and foil,
due to the preferred orientation of the
grains from rolling in the longitudinal
direction, have pronounced fibrous
structures. Their bending properties,
parallel and transverse to the rolling direction, differ considerably. Generally we
recommend that tungsten sheet is bent
only transverse to the rolling direction. If
bending along the longitudinal direction
is unavoidable, the working temperature
must be increased considerably. The
minimum bend radius is usually about
the same as the sheet thickness.
26
Wolfram kann bei hohen Temperaturen
auch durch Drücken, Fließdrücken oder
Schmieden verformt werden.
At high temperatures, tungsten can also
be worked by spinning, flow turning or
forging.
Auch Prägen von Wolframblech ist
möglich, wenn die Arbeitstemperaturen
der Bleche und der Werkzeuge entsprechend hoch gehalten werden.
Stamping of tungsten is also possible
if the temperature of the sheet and the
tools is correspondingly high.
Wolfram läßt sich bei höheren Temperaturen stanzen und schneiden. Stumpfe
Schneiden der Stanzwerkzeuge und
Scheren, zu großes Schnittspiel, sowie
zu niedrige Stanz- oder Schneidtemperaturen können Risse und Spaltstellen
verursachen.
Tungsten can be punched and sheared
at elevated temperatures. However
cracks and laminations can be caused
by blunt cutting edges on tools and
shears, by excessive tool clearance and
by using too low a cutting tempertature.
Spanabhebende Formgebung
Machining
Wolfram lässt sich nur schwer
spanabhebend bearbeiten. Durch das
Legieren mit CeO2 bzw La2O3 wird die
Zerspanbarkeit verbessert. Auch die
hochdichten Wolframlegierungen lassen
sich deutlich besser mechanisch bearbeiten als reines Wolfram.
Es ist generell mit sehr hohem Werkzeugverschleiß zu rechnen.
Grundsätzlich ist von der Kante in
Richtung Material zu bearbeiten, sonst
besteht die Gefahr von Ausbrüchen und
Rissen.
Tungsten can only be machined with
difficulty. However alloying with either
CeO2 or La2O3 improves the machinability notably. The high-density tungsten
alloys also have significantly better
machining properties than pure tungsten. Generally very high tool wear is to
be expected. Robust machine tools and
consistent machining conditions are
essential. It is important to machine from
edges into the material, otherwise chips
and cracks can occur.
27
Empfehlungen 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
Indexable carbide inserts
Mit Code-27 u. -25 verwenden, HM-Sorten H 216 T / H 210 T
Use with Code-27 and -25, Carbide grade H 216 T / H 210 T
Schnittgeschwindigkeit [m/min]
Cutting speed [m/min]
vc = 80 - 100
Vorschub [mm/U] / Feed [mm/rev]
f = 0.05 - 0.20
Spantiefe [mm]
Depth of cut [mm]
ap = 0.5 - 4.0
(je nach Plattentype / acc. to type of insert)
Kühlung / Coolant
Emulsion
Fräsen / Milling
Werkzeuge
Tools
CERATIZIT CHSC 16.R.02-11-A-25 WSP (Katalog-Nr.: 126)
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]
Cutting speed [m/min]
vc = 30 - 40
Vorschub [mm/Zahn]
Feed [mm/tooth]
f = 0.05 - 0.20
Kühlung / Coolant
Emulsion
Bohren / Drilling
Bohrer / Drill
HSS
VHM Bohrer (Feinkorn)
Solid carbide drill (micrograin)
Schnittgeschwindigkeit [m/min]
Cutting speed [m/min]
vc = 10 - 20
20 - 30
Vorschub [mm/U] / Feed [mm/rev]
f = 0.05 - 0.20
0.01 - 0.03
Kühlung / Coolant
trocken / dry
Emulsion
Schleifen / Grinding
Siliziumcarbid
z.B. TYROLIT C I20 L5 V15
Silicon carbide for example
TYROLIT C I20 L5 V15
Diamant z.B.
TYROLIT D126 C75 B 52
Diamond for example
TYROLIT D126 C75 B 52
Schnittgeschwindigkeit [m/sec]
Cutting speed [m/sec]
16 - 25
16 - 18
Ausreichende Kühlung
Sufficient coolant
Emulsion
Emulsion
Schleifscheibe
Grinding wheel
28
Verbindungstechnik
Joining Techniques
Zur Herstellung von komplexen
Bauteilen aus Wolfram stehen
verschiedene Fügetechniken zur
Verfügung. Mechanisch höher
belastete Verbindungen sollten durch
Nieten oder Verschrauben hergestellt
werden, da die Schweißeignung von
Wolfram eingeschränkt ist. Abhängig
von den Einsatzbedingungen des
Bauteils kann auch Löten als
Fügeprozeß zum Einsatz kommen.
Various joining techniques are available
for producing complex components from
tungsten. Highly stressed parts should
only be joined using rivets or threaded
fasteners, because tungsten has limited
suitability for welding. Depending on the
operating conditions, brazing can also
be used as a joining process.
1. Mechanische Verbindungen
1. Mechanical Fastening
Nieten
Riveting
Wolframteile können mit gleichartigen
Konstruktionsteilen aus Wolfram oder
auch mit anderen Metallen durch Nieten
kostengünstig verbunden werden. Zum
Nieten stehen Halbrund- und Senknieten unterschiedlicher Abmessungen zur
Verfügung. Es können verschiedene
Verbindungsschließformen durch ein
Taumelnietverfahren erzeugt werden
(Senkkopf oder Halbrundkopf).
Die Dicke der zu verbindenden Blechstücke sollte mindestens dem Nietdurchmesser entsprechen. Nach dem
Bohren muss das Nietloch entgratet
werden. Zur Optimierung der Festigkeit der Verbindung sollten die Nieten
und das Werkzeug vor dem Umformen
erwärmt werden.
Grundsätzlich sind Flüssigkeits- und
Gasdichtheit des genieteten Bauteiles
nicht gegeben. Für gewisse Anwendungen kann eine Verbesserung der Dichtheit durch Mo - Beschichtung mittels
Flammspritzen erzielt werden.
Senk- und Halbrundnieten sind über
PLANSEE Express erhältlich.
Tungsten parts can be joined economically to similar parts in tungsten or
other metals by riveting. Button-head
and countersunk rivets are available in a
range of sizes. Various fixing forms can
be achieved by a radial riveting process (countersunk or button-head). The
thickness of sheet sections to be riveted
should correspond to at least that of
the rivet diameter. Rivet holes must be
deburred after drilling. Both the rivet and
the riveting tool should be warmed in
advance to optimise the strength of the
joint.
In principle it is not possible to achieve
a water-tight or gas-tight construction.
In certain applications gas tightness
can be improved by flame spraying with
molybdenum.
Countersunk and button-head rivets can
be obtained from PLANSEE Express.
Verschrauben
Fastening
Für das Verschrauben stehen verschiedene Gewindearten zur Verfügung. Die
Herstellung der Schrauben ist jedoch
sehr aufwendig. Schraubverbindungen
finden deshalb vor allem Anwendung bei
Reparaturen.
Bei der Wahl dieser Verbindungstechnik
ist zu bedenken, daß ein zerstörungsfreies Lösen der Schrauben nach einem
Hochtemperatureinsatz nicht mehr
möglich ist.
Machine screws with various thread
forms are available. However screw manufacturing is expensive and screwed
joints are used mainly for repair work.
When choosing this joining technique it
must be remembered that after hightemperature use it is no longer possible
to remove a screw without breaking it.
29
2. Schweißen
2. Welding
Wolfram gilt als nur bedingt schweißbar.
Durch Rekristallisation und Grobkornbildung in der Wärmeeinflußzone weisen
die Schweißverbindungen nur geringe
Festigkeit und Zähigkeit auf. Die damit
verbundene Neigung zu Sprödbruch ist
bei der Konstruktion und Auslegung zu
berücksichtigen. Schweißnähte sollen
wenn möglich vermieden oder in wenig
mechanisch beanspruchte Bereiche
verlegt werden.
Weiters zeigt Wolfram eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen. Geringste Gehalte an Sauerstoff,
Stickstoff und Kohlenstoff erhöhen die
Spröd - Duktil Übergangstemperatur
und erhöhen die Gefahr der Kaltbrüchigkeit. Die zu schweißenden Teile
müssen vor der Schweißung sorgfältig
gereinigt werden. Die Schweißstellen
sollten möglichst fein geschliffen und
durch eine Säurebeizung gereinigt sein.
Die Schweißung sollte in kontrollierter
Schutzgasatmosphäre oder Vakuum
durchgeführt werden.
WIG-Schweißen ist möglich, sollte aber
in einer Schutzgaskammer erfolgen.
Vorteilhaft ist das Elektronenstrahlschweißen, das unter Vakuum stattfindet
und durch den konzentrierten Wärmeeintrag zu eng begrenzten Schmelzund Wärmeeinflußzonen führt.
Als Zusatzmaterial zum Schweißen von
Wolfram werden Wolfram-RheniumLegierungen empfohlen. Um die Abkühlraten und die Schweißeigenspannungen
zu minimieren, werden die zu verbindenden Teile oft unmittelbar vor dem
Schweißen vorgewärmt.
Possibilities for welding tungsten are
limited. Because of recrystallization
and grain growth in the heat-affected
zone, welded joints exhibit low values of
strength and toughness. The associated
tendency to brittle fracture must be
considered at the design stage. If possible seam welding should be avoided
or restricted to lightly-stressed areas.
Additionally tungsten is highly sensitive
to impurities. The smallest concentrations of oxygen, nitrogen and carbon
increase the ductile-to-brittle transition
temperature and increase the danger
of fracture at lower temperatures. Any
parts to be welded must be carefully
cleaned in advance. The weld area must
be as finely ground as possible and
cleaned by pickling with acid. Welding
should always be carried out under a
controlled, protective atmosphere or in
vacuum.
TIG welding is possible, but should
take place in a glove box. Electron
beam welding is advantageous, since
it takes place in vacuum and leads to
narrow melted and heat-affected zones
because of its concentrated heat input.
Tungsten rhenium alloys can be recommended as filler materials for welding
tungsten. Parts to be joined should always be pre-heated immediately before
welding to minimise cooling rates and
welding stresses.
30
Eine Entspannungsglühung nach
dem Schweißen ist besonders bei
dickwandigen Bauteilen anzuraten.
Konstruktionen mit stumpfgestoßenen
Rundschweißnähten, geschlossenen
Schweißnahtzügen oder mit großen
Dickenunterschieden der zu verschweißenden Teile sind zu vermeiden.
Kleinteile können unter Umständen
auch durch Punktschweißen unter
Schutzgasschleier verbunden werden.
Die Verwendung von Schweißhilfen auf
Eisen- oder Nickel-Basis bzw. aus Platin
und anderer niedrig schmelzender
Refraktärmetalle kann vorteilhaft sein.
Stress-relief annealing after welding is
advisable, especially for thick-walled
components. Designs involving blunt,
circumferential or closed-ended welding
seams should be avoided, as should
large differences in section of the parts
to be welded. Small parts can also be
spot welded with some difficulty under
protective atmospheres. The use of welding aids made of iron- or nickel-based
alloys or of platinum or other lowermelting point refractory metals can be
advantageous.
3. Löten
3. Brazing
Mittels Löten lassen sich bei lötgerechter Konstruktion artgleiche und nichtartgleiche Verbindungen (z.B. mit anderen
Refraktärmetallen, Stählen, Buntmetallen, Graphit, Keramiken etc.) mit guten
Festigkeitseigenschaften herstellen.
Wegen der Oxidationsempfindlichkeit
des Wolframs sind die Lötungen unter
Schutzgas, Wasserstoff oder in Vakuum durchzuführen. Atmosphärische
Lötverfahren wie autogenes Flammlöten
sind ungeeignet. Das Standardverfahren für großflächigere Teile ist das
Ofenlöten, für kleine Teile stehen auch
Induktionslötanlagen zur Verfügung.
Die zu verbindenden Teile müssen frei
von Fetten, Ölen, Oxiden und anderen
Verunreinigungen sein, um eine gute
Lotbenetzung zu gewährleisten.
Abhängig von den Einsatzbedingungen
und den zu verbindenden Werkstoffkombinationen werden folgende Lote
verwendet:
• Silber-Kupfer-Basis-Lote für
Temperaturen bis 1000 °C (1273 K)
• Nickel- und Edelmetallhaltige Lote für
Temperaturen bis 1400 °C (1673 K)
• Titan-, Zirkon-, Platin-Basis-Lote für
das Hochtemperaturlöten bis 2000 °C
(2273 K)
Where design permits brazed joints with
good strength properties can be produced from similar and dissimilar materials
(e.g. other refractory metals, steels,
non-ferrous metals, graphite, ceramics
etc). Because of the sensitivity of tungsten to oxidation, brazing is carried out
under protective atmosphere, hydrogen
or vacuum. Brazing processes involving
exposure to the atmosphere such as
autogenous flame brazing are unsuitable. Furnace brazing is the standard
technique for joining large flat parts,
whereas induction brazing equipment is
available for joining small parts.
Components to be joined must be free
from grease, oils, oxides and other impurities in order to guarantee acceptable
wetting with braze material. Depending
on the operating conditions and the material combinations the following brazing
alloys can be used:
• Silver- and copper-based alloys for
temperatures up to 1000 °C (1273K)
• Nickel- and precious metal-containing
alloys for temperatures up to
1400 °C (1673K)
• Titanium- zirconium- and
platinum-based alloys for
high-temperature brazing up to
2000 °C (2273K)
Wärmetauscher für Kernfusionsexperiment mit
WCu Verbindungen
Heat Exchangers for nuclear fusion experiment
with WCu joints
31
Oberflächenbehandlung von Wolfram und seinen Legierungen
Surface Treatment of Tungsten and its Alloys
Wolfram und seine Legierungen (ohne
Wolfram-Kupfer und Schwermetall)
verhalten sich sehr ähnlich und werden
daher in diesem Kapitel nicht getrennt
behandelt.
There are no significant differences in
the behaviour of tungsten and its alloys
(except tungsten-copper and the highdensity alloys) and therefore they are
not treated separately in this section.
Reinigen
Cleaning
Geeignet ist Ultraschallreinigung in stark
alkalischen, wässrigen Tensidlösungen;
eine fleckenfreie Oberfläche wird durch
anschließende Reinstwasserspülung
(Leitfähigkeit: σ ≤ 10 µS/cm) und Warmlufttrocknung erhalten.
Ultrasonic cleaning in strongly alkaline,
aqueous solutions containing detergents
is highly suitable. Subsequent rinsing
in high-purity water (conductivity
σ ≤ 10 µS/cm) followed by warm air
drying results in a clean, blemish-free
surface.
Lagern
Storage
Bei hoher Luftfeuchtigkeit und stärkeren
Temperaturschwankungen kann Wolfram anlaufen (oberflächlich oxidieren).
Es soll daher stets in trockenen (Luftfeuchtigkeit unter 60 %), gleichmäßig
temperierten Räumen aufbewahrt
werden. Durch eine Lagerung in mit
Schutzgas gefluteten, dichten Behältern, wird eine Oxidation der Oberfläche
unterbunden.
Humid conditions and large
fluctuations in temperature can
cause surface oxidation of
tungsten. It should therefore
always be stored in a dry area
(humidity less than 60 %) at an
even temperature. Surface
oxidation can be prevented by
storing in sealed containers
filled with inert gas.
Beizen
Pickling
Stark oxidiertes Wolfram läßt sich in
geschmolzenem Natriumhydroxid
mit einigen Prozent Oxidationsmittel
(z.B. Natriumnitrat) reinigen
(= Schmelzbeize). Die Temperatur
der Beize beträgt 400 - 450 °C
(673 - 723 K).
Die zu beizenden Teile müssen trocken
sein, da die Schmelze sonst gefährlich
spritzt! Die gebeizten Teile werden
abgekühlt, anhaftende Reste der
Schmelze werden durch Tauchen in
Warmwasser entfernt. Schmelzgebeizte
oder leicht oxidierte Produkte aus Wolfram können zur Erzielung einer blanken
Oberfläche sauer gebeizt werden:
4,5 Volumenteile Salpetersäure
(52 Gew.-%), 2,5 Volumenteile
Flußsäure (73 Gew.-%) und 3,0
Volumenteile Wasser. Eine gründliche
Kaltwasserspülung beseitigt die
Beizrückstände, Reinstwasserspülung
und Warmlufttrocknung führen zu
metallisch glänzenden Oberflächen.
Leicht oxidiertes Wolfram kann auch
durch eine Reinigungsglühung in
Wasserstoff bei ca. 1000 °C (1273 K)
blankgeglüht werden.
Heavily oxidized tungsten can
be cleaned in molten sodium
hydroxide containing a small
percentage of oxidising agent
(e.g. sodium nitrate) in the
temperature range 400 - 450 °C
(673 - 723 K).
The material must first be dry to
avoid the danger of the melt
splashing. After cooling any
remaining pickling residues are
removed by immersing in warm
water. Pickled or lightly oxidized
tungsten parts can be etched in
acid to achieve a bright finish.
4.5 parts by volume of nitric
acid (52 weight%), 2.5 parts by volume
sulphuric acid (73 weight%) and 3.0
by volume water is suitable. Thorough
rinsing in cold water
removes acid residues and final
rinsing with high-purity water followed
by warm air drying leads to a bright,
metallic finish. Lightly oxidized
tungsten can also be cleaned and
bright annealed in hydrogen at
approximately 1000 °C (1273 K).
32
Aufrauhen
Surface Roughening
Ein Aufrauhen der Oberfläche läßt
sich durch Beizen (gemittelte
Rauhtiefe Rz ≈ 5 µm) oder Sandstrahlen
mit Korund z.B. (gemittelte Rauhtiefe Rz
≈ 20 µm) erreichen.
Surface roughening can be
achieved by pickling (ten point height
of irregularities Rz ≈ 5 µm), or shot
blasting with e.g. alumina (ten point
height of irregularities Rz ≈ 20 µm).
Elektropolieren
Electropolishing
Wolfram kann anodisch in einer alkalischen, wässrigen Lösung bestehend
aus 40 g/l Kaliumchlorat, 40 g/l Kaliumkarbonat und 2 g/l Kaliumhydroxid
elektropoliert werden. Die Temperatur
des Elektrolyten sollte etwa 50 °C (323
K), die Spannung zwischen 10 bis 15 V
betragen.
Tungsten can be anodically electropolished in an aqueous alkaline solution
consisting of 40 g/l potassium chlorate,
40 g/l potassium carbonate and 2 g/l
potassium hydroxide. The electrolyte
temperature should be around 50 °C
(323K), with voltage in the range 10 to
15 V.
Beschichten
Coating
Wolfram kann bei Vorliegen einer sauberen Oberfläche vielfältig beschichtet
werden bzw. auf Kundenwunsch von
PLANSEE in Form eines beschichteten
Halbzeuges oder Bauteiles bezogen
werden:
Provided the surface is clean tungsten
can be coated by various methods. On
request PLANSEE can supply coated
semi-finished products or components:
• Zum Schutz gegen atmosphärische
Korrosion und als Kontakt- bzw.
Löthilfe: Schichten auf Basis von
Nickel, Chrom und Edelmetallen
• Als Verschleißschutz:
Oberflächenkarburierung
• Als Diffusionssperre:
Oxidschichten
Die Schichtstärken liegen je nach
Einsatzbedingungen typischerweise
zwischen 0.1 und 200 µm. Als Verfahren
kommen bei PLANSEE Flammspritzen,
Atmosphärisches Plasmaspritzen
(APS), Vakuumplasmaspritzen (VPS),
Physikalische Dampfabscheidung
(PVD), Slurrybeschichten, Gashärten
und Packzementieren zum Einsatz.
• For protection against atmospheric
corrosion and as a surface layer to
assist brazing operations: nickel,
chromium and noble metal
based coatings
• For wear protection:
carburizing
• As a diffusion barrier:
oxide coatings
Typical coating thickness is in the range
0.1 - 200 µm, depending on conditions
of use. Flame spraying, atmospheric
plasma spraying (APS), vacuum
plasma spraying (VPS), physical vapour
deposition (PVD), slurry coating, gas
hardening and pack cementation are all
processes used by PLANSEE
Schliff einer Mo-Spritzschicht auf W nach
mehrwöchigem HT- Einsatz (REM-Aufnahme)
Section of a Mo spray coating on W after several weeks’
usage at high temperature
33
Abbildung einer ZrO2-CaO beschichteten W-Ronde
Photograph of a tungsten disc coated with ZrO2 - CaO
Lieferformen
Available Products
Übersicht der PLANSEE-Halbzeuge aus W und W-Legierungen
Overview of the PLANSEE semi-finished products made of W and W alloys
Verfügbarkeit Availability
[Werkstoffe / Materials]
Bleche / Sheets and Plates
[Stärke / Thickness]
Stäbe / Rods
[Durchmesser / Diameter]
Drähte / Wires
[Durchmesser / Diameter]
W rein / pure
0.02 - 20 mm
0.5 - 90 mm
0.3 - 1.50 mm
W-UHP
auf Anfrage / on request
auf Anfrage / on request
auf Anfrage / on request
WVM
0.05 - 5 mm
0.5 - 15 mm
0.3 - 1.50 mm
WVMW
-
15 - 30 mm
-
S-WVMW
-
25 - 40 mm
-
WVMT10
-
0.5 - 3 mm
0.3 - 1 mm
WVMWT
-
3 - 13 mm
-
WT20
-
0.5 - 90 mm
0.5 - 1 mm
WC20
-
0.5 - 4 mm
-
WL10
0.5 - 20 mm
0.5 - 90 mm
-
WL15
-
0.5 - 4 mm
-
W5Re
0.05 - 8 mm
-
0.5 - 1 mm
W26Re
0.05 - 8 mm
-
0.5 - 1 mm
auf Anfrage / on request
auf Anfrage / on request
auf Anfrage / on request
auf Anfrage / on request
6 - 62 mm
6 - 62 mm
auf Anfrage / on request
auf Anfrage / on request
auf Anfrage / on request
WCu
Densimet
®
Inermet®
Umrechnung von Einheiten / Conversion of Units
zu multiplizieren
mit
multiply by
0.03937
25.40
inch
0.10194
9.81
kp/mm2
145.0024
0.00689
psi
101.94
0.00981
kp/mm2
kN/mm2
145.0024
0.00689
ksi
J/(g K)
0.2388
4.1868
cal/(g °C)
J/(g K)
0.2388
4.1868
BTU/(lb °F)
Pa=N/m2
0.0075
133.3
Torr
Pa=N/m2
0.000145
6895
psi
Pa=N/m
10
10
bar
von
from
mm
N/mm
2
N/mm
2
kN/mm
2
2
-5
in
to
5
Torr
0.019337
51.71433
W/(m K)
0.002388
418.68
cal/(cm s °C)
psi
W/(m K)
0.5778
1.7307
BTU/(h ft °F)
cal/(cm s °C)
241.95
0.004133
BTU/(h ft °F)
°C
(1.8 x °C) + 32
(°F - 32) x 0.56
°F
°C
+ 273.15
- 273.15
K
in
to
zu multiplizieren
mit
multiply by
von
from
34
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35
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•
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Northern Europe
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