5 faits fascinants sur le tungstène : nom, point de fusion et plus

Comment le tungstène est unique, de son nom à son point de fusion

Avec la longue histoire de Metal Cutting dans la fourniture de tungstène pur et la fabrication de pièces métalliques à partir de ce matériau remarquable, nous avons développé une appréciation spéciale pour l'élément, ses propriétés et ce qu'il peut faire.

Alors juste pour le plaisir, nous avons pensé jeter un œil à certains des faits les plus intéressants — et parfois curieux — sur le tungstène.

1. Qu'y a-t-il dans un nom ?

La dérivation du nom « tungstène » — et l'histoire de pourquoi le symbole de l'élément sur le tableau périodique est W — est un casse-tête international. L'élément lui-même a été découvert en 1783 par deux chimistes espagnols, les frères Juan José et Fausto Elhuyar, dans des échantillons d'un minéral appelé wolframite.

Aujourd'hui, dans de nombreux pays à travers le monde, le tungstène est désigné par le nom germanique « wolfram », d'après le minéral wolframite. Donc, il est facile de voir d'où vient le symbole chimique W — bien que si vous êtes comme nous, vous pourriez vous demander pourquoi l'élément n'a pas été nommé « faustonite » ou s'il y a un mot espagnol pour wolframite.

Cependant, le nom tungstène est ce qui est utilisé aujourd'hui aux États-Unis et en anglais, français et diverses autres langues. Ce terme vient des mots suédois tung et sten, signifiant « pierre lourde », et est l'ancien nom suédois pour le minéral scheelite, une autre source de minerai de tungstène.

Mais ironiquement, tungstène n'est PAS utilisé comme nom de l'élément en Suède ou dans les autres pays nordiques. Là, ainsi que dans la plupart des langues germaniques et slaves, ils utilisent le nom wolfram ou volfram.

Le tungstène/wolfram/volfram est encore extrait principalement de la wolframite et de la scheelite. De tous les métaux sous forme pure, le tungstène a :

• Le point de fusion le plus élevé (6192°F, ou 3422°C)
• La pression de vapeur la plus basse (à des températures supérieures à 3000°F, ou 1650°C)
• La résistance à la traction la plus élevée

Donc, que vous l'appeliez tungstène ou tout autre nom, cette gamme de propriétés signifie que le tungstène est utilisé dans de nombreuses industries et produits à travers le monde, des outils de coupe à grande vitesse et moteurs à turbine à réaction, aux munitions, à l'éclairage et même aux poids de pêche.

2. Le diamètre du fil de tungstène est exprimé en milligrammes.

Vous pourriez entendre les gens décrire le diamètre du tungstène comme 14,7 mg, 3,05 mg, 246,7 mg, et ainsi de suite.

C'est parce qu'à l'époque, manquant d'outils pour mesurer avec précision des fils très fins — disons, de .001" jusqu'à .020" de diamètre — la convention était de prendre 200 mm (environ 8") de fil de tungstène, de le peser, et de brancher le poids dans une formule mathématique pour déterminer le diamètre.

Pour calculer le diamètre (D) du fil de tungstène basé sur le poids par unité de longueur, la formule est :

D = 0,71746 x racine carrée (poids mg / longueur 200 mm)

La tolérance de diamètre standard est de ± 3 % de la mesure de poids, bien que des tolérances plus serrées soient disponibles, selon l'application pour le produit de fil. Cette méthode suppose également que le fil a un diamètre constant, sans variation significative, rétrécissement ou autres effets coniques n'importe où sur le diamètre.

3. La plupart du fil de tungstène vient dopé — que vous en ayez besoin ainsi ou non !

Une fois de plus, la pratique remonte aux vieux jours — spécifiquement, une époque où le but principal du fil de tungstène était dans les filaments pour ampoules. Le problème était que les ampoules rejettent des températures blanc chaud qui causaient les premiers filaments à s'affaisser, menant à l'échec de la lampe.

Par l'expérimentation, l'idée a évolué pour ajouter de l'alumine, du silicium et du potassium pour altérer les propriétés mécaniques du fil de tungstène. Les dopants étaient ajoutés à l'étape de mélange des poudres.

Fait intéressant, dans le processus de forgeage à chaud et d'étirage à chaud du fil de tungstène, l'alumine et le silicium se dégazeraient et le potassium resterait. Cet élément donnait au fil des propriétés non affaissantes sous des températures blanc chaud.

L'ajout de ces dopants à l'étape de mélange des poudres de la fabrication du fil de tungstène date de l'époque où il n'y avait pas d'autres utilisations significatives pour le fil en dehors des filaments d'ampoules. Bien qu'il y ait de nombreuses autres utilisations du fil de tungstène aujourd'hui — et que les ampoules à incandescence deviennent une chose du passé — l'utilisation de dopants dans la fabrication du fil de tungstène continue.

Cependant, Metal Cutting offre également du fil de tungstène pur à 99,999 %, non dopé, au cas où vous le voudriez !

4. Le tungstène et le carbure de tungstène NE SONT PAS interchangeables.

Le carbure de tungstène est célèbre pour sa résistance à l'usure ; en fait, il ne peut être coupé qu'en utilisant des outils en diamant. Mais alors que le carbure de tungstène a beaucoup de tungstène en lui, la pratique courante d'ajouter du cobalt comme liant en fait un carbure cimenté et donne au carbure de tungstène des propriétés très différentes de celles du tungstène pur.

(Il y a des carbures sans liant, avec leurs avantages de résistance chimique, mais c'est un sujet pour un autre blog.)

Le tungstène pur a de nombreuses propriétés qui le rendent utile ; cependant, il est également connu pour être notoirement difficile à usiner. Essayez d'utiliser des outils en diamant, et le tungstène pur va simplement charger, ou « gommer », la meule diamantée.

Metal Cutting se spécialise dans des méthodes très efficaces pour couper le tungstène pur, mais intéressamment, ces mêmes méthodes ne sont pas utiles quand on essaie de couper le carbure de tungstène. Par exemple, un client peut nous dire qu'il a ou veut un tube en tungstène, mais après investigation plus approfondie, nous pouvons découvrir qu'il a ou a besoin en fait de carbure de tungstène sous forme de tube.

Le tungstène pur ne peut simplement pas être fait en tube, en dehors du forage par canon pour les tailles finales — et cela suppose que la pièce a un rapport longueur/DI favorable. Cela suppose aussi que le client a beaucoup d'argent et ne veut pas beaucoup de ces pièces produites avec peine.

Le carbure de tungstène, d'autre part, peut être pressé et fritté en formes tubulaires, mais cela non plus n'est pas un processus bon marché ou de grand volume. Et contrairement à d'autres métaux, ni le tungstène ni le carbure de tungstène ne peuvent être étirés en tubes.

5. Le point de fusion élevé du tungstène rend l'obtention de tungstène liquide un défi.

Les gens demandent parfois si vous pouvez avoir du tungstène liquide, et la réponse est… eh bien, c'est compliqué. Ayant le point de fusion le plus élevé de tous les métaux connus, à 6192°F, évidemment le tungstène serait très difficile à fondre.

En théorie, n'importe quoi peut être fondu si vous appliquez assez de chaleur. Cependant, pour des fins commerciales, le point de fusion élevé du tungstène rend le tungstène liquide une proposition virtuellement impossible.

Le problème est simplement, quel type de conteneur contiendrait une grande quantité de tungstène liquide ? En toute praticité, tout ce que vous essaieriez d'utiliser serait fondu par la haute température du tungstène.

C'est pourquoi le tungstène est fabriqué dans un état non liquide, en utilisant la métallurgie des poudres. Commercialement, les produits en tungstène — du tungstène pur aux quelques alliages possibles, tels que les alliages lourds, le cuivre-tungstène et l'argent-tungstène — sont faits par pressage et frittage en forme proche du net.

Pour les produits forgés, le pressage et le frittage sont suivis par le forgeage et l'étirage et le recuit répétés. Cela produit la structure de grains allongés caractéristique qui se transmet au produit fini, qu'il s'agisse d'une grande tige ou d'un fil très fin.

Le seul élément connu avec un point de fusion plus élevé que le tungstène est le carbone, à 6422°F (3550°C). Cependant, même le carbone ne peut pas être utilisé pour contenir le tungstène liquide, parce qu'à haute température, les deux réagiront pour former du carbure de tungstène.

Expérimentalement, le tungstène liquide a été produit en utilisant des creusets en cuivre supraconducteurs dans lesquels la chaleur est tirée loin de la surface du creuset pour qu'il reste intact. Mais encore une fois, c'est impraticable pour des volumes commerciaux.

Cela signifie que chaque produit en tungstène jamais produit n'a jamais été dans un état liquide. Métallurgiquement, cela est d'une importance cruciale pour tout ce qui suit après.

Comment les faits 1-5 s'additionnent-ils ?

Avec toutes ses propriétés uniques et intéressantes, le tungstène est l'un des métaux réfractaires les plus largement utilisés. (Et non, ce n'est pas un élément de terre rare, même si pour des raisons politiques le tungstène a été regroupé avec ces éléments qui font les manchettes — mais c'est un sujet pour une autre fois.)

En tant qu'entreprise qui livre des produits spécialisés en fil et tige de tungstène depuis 1967 — et en tant que distributeur exclusif nord-américain pour Nippon Tungsten Co., Ltd. — Metal Cutting Corporation peut vous aider à démêler les mystères du tungstène pour vos applications.

Appelez-nous simplement. Ou, pour des conseils sur le fil de tungstène ou d'autres besoins de fabrication de métal de précision, téléchargez notre guide gratuit sur les propriétés et applications du fil de tungstène.