ТУГОПЛАВКИЕ МЕТАЛЛЫ

ТУГОПЛАВКИЕ МЕТАЛЛЫ по технич.
классификации - металлы, плавящиеся при темп-ре выше 1650-1700 ⁰С;
в число Т. м. (табл.) входят титан Ti, цирконий Zr,
гафний
Hf
(IV группа периодич. системы), ванадий V,
ниобий
Nb,
тантал Та (V группа), хром Сr, молибден
Мо,
вольфрам
W (VI группа), рений Re (VII группа). Все эти
элементы (кроме Сr) относятся к редким металлам, a Re - к
рассеянным редким металлам. (Высокой темп-рой плавления характеризуются
также металлы платиновой группы и торий, но они по технич. классификации
не относятся к Т. м.)

Т. м. имеют близкое электронное строение
атомов и являются переходными элементами с достраивающимися d-оболочками
(см. табл.). В межатомных связях Т. м. участвуют не только наружные
s-электроны, но и d-электроны, что определяет большую прочность межатомных
связей и, как следствие, высокую темп-ру плавления, повышенные механич.
прочность, твёрдость, электрич. сопротивление. Т. м. имеют близкие хим.
свойства. Переменная валентность Т. м. обусловливает многообразие их хим.
соединений; они образуют металлоподобные тугоплавкие твёрдые соединения.

Тугоплавкие металлы

В природе Т. м. в свободном виде не
встречаются, в минералах часто изоморфно замещают друг друга: Hf изоморфно
ассоциирован с Zr, Та с Nb, W с Мо; разделение этих пар - одна из весьма
трудных задач хим. технологии, решаемая обычно методами экстракции или
сорбции
из
растворов либо ректификации хлоридов.

Физические и химические свойства. Кристаллич.
решётки Т. м. IV группы и Re гексагональные, остальных, а также Ti выше
882 ⁰С, Zr выше 862 °С и Hf выше 1310 °С - объёмноцентрированные
кубические. Ti, V и Zr-относительно лёгкие металлы, а самые тугоплавкие
из всех металлов - Re и W- по плотности уступают лишь Os, Ir и Pt. Чистые
отожжённые Т. м.- пластичные металлы, поддаются как горячей, так и холодной
обработке давлением, особенно хорошо - Т. м. IV и V групп. Для применения
Т. м. важно, что благоприятные механич. свойства их и сплавов на их основе
сохраняются до весьма высоких темп-р; это позволяет рассматривать их, в
частности, как жаропрочные конструкционные материалы. Однако механич. свойства
Т. м. в значит. мере зависят от их чистоты, степени деформации и условий
термообработки. Так, Сr и его сплавы даже при малом содержании нек-рых
примесей становятся непластичными, a Re, имеющий высокий модуль упругости,
подвержен сильному наклёпу, вследствие чего даже при небольшой степени
деформации его необходимо отжигать. Особенно сильно на свойства Т. м. влияют
примеси углерода (исключая Re), водорода (для металлов IV и V групп), азота,
кислорода, присутствие к-рых делает Т. м. хрупкими. Характерные свойства
всех Т. м.- устойчивость к действию воздуха и мн. агрессивных сред при
комнатной темп-ре и небольшом нагревании и высокая реакционная способность
при больших темп-pax, при к-рых их следует нагревать в вакууме или в атмосфере
инертных к ним газов. Особенно активны при нагревании Т. м. IV и V групп,
на к-рые действует также водород, причём при 400-900 °С он поглощается
с получением хрупких гидридов, а при нагревании в вакууме при 700-1000
°С вновь выделяется; этим пользуются для превращения компактных металлов
в порошки путём гидрирования (и охрупчивания) металлов, измельчения и дегидрирования.
Т. м. VI группы и Re химически менее активны (их активность падает от Сr
к W), они не взаимодействуют с водородом, a Re - и с азотом; взаимодействие
Мо с азотом начинается лишь выше 1500 °С, a W - выше 2000 ⁰С.
Т. м. способны образовывать сплавы со мн. металлами.

Получение. Примерно 80-85% V, Nb<,
Mo
(США, 1973) и значит. количества других Т. м., кроме Hf, Та и Re, получают
из рудных концентратов или технич. окислов алюмино- или силикотермич. способами
в виде ферросплавов для введения в стали с целью легирования;
молибденовые
концентраты при этом предварительно обжигают. Чистые Т. м. получают из
рудных концентратов по сложной технологии в 3 стадии: вскрытие концентрата,
выделение и очистка хим. соединений, восстановление и рафинирование металла.
Основой произ-ва компактных Nb, Та, Мо и W и их сплавов является
порошковая
металлургия, к-рая частично используется в произ-ве и др. Т. м. В металлургии
всех Т. м. всё шире применяют дуговую, электроннолучевую и плазменную плавки.
Т. м. и сплавы особо высокой чистоты производят в виде монокристаллов бестигельной
электроннолучевой или плазменной зонной плавкой. Полуфабрикаты из
Т. м.- листы, фольгу, проволоку, трубы и т. д. изготовляют обычными методами
обработки металлов давлением с промежуточной термообработкой.

Применение. Огромное значение Т. м.,
сплавов и соединений связано с их исключительно благоприятными свойствами
и сочетаниями свойств, характерными для отдельных Т. м. Важнейшая область
применения большинства Т. м.- использование их в виде сплавов в качестве
жаропрочных материалов, прежде всего в самолётостроении, ракетной и кос-мич.
технике, атомной энергетике, высокотемпературной технике. Детали из сплавов
Т. м. при этом обычно предохраняют жаростойкими покрытиями.

Т. м. и их сплавы используются в качестве
конструкционных материалов также в машиностроении, мор. судостроении, электронной,
электротехнич., хим., атомной пром-сти и в др. отраслях техники. Широкое
применение находят окислы и мн. др. хим. соединения Т. м. Более подробно
о свойствах, способах получения и практич. использовании Т. м. см. в статьях
об отдельных элементах и их сплавах.

Лит.: Тугоплавкие материалы
в машиностроении. Справочник, М., 1967; Основы металлургии, т. 4, М., 1967;
Савицкий Е. М., Бурханов Г. С., Металловедение сплавов тугоплавких и редких
металлов, 2 изд., М., 1971; Крупин А. В., Соловьёв В. Я., Пластическая
деформация тугоплавких металлов, М., 1971; Зеликман А. Н., Меерсон Г. А.,
Металлургия редких металлов, М., 1973; Савицкий Е. М., Клячко В. С., Металлы
космической эры, М., 1972; Химия и технология редких и рассеянных элементов,
т. 1-2, М., 1955-69; "Engineering and Mining Journal", 1974, v. 175, March.
О.П.Колчин.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я