Legierung mit hoher Dichte und ausgeprägter Abschirmwirkung
Die Legierungen zeichnen sich durch eine sehr hohe Dichte, hohe Festigkeit und Formstabilität aus. Sie bleiben auch unter wechselnden mechanischen Belastungen maßhaltig und bieten gleichzeitig eine wirksame Abschirmwirkung gegenüber Strahlung.
Wolfram-Schwermetall-Legierungen (WSM) bestehen aus Wolfram in Kombination mit Nickel und Eisen oder Nickel und Kupfer. Nickel erhöht die Duktilität und verbessert die Bearbeitbarkeit. Eisen steigert die mechanische Festigkeit und verleiht magnetische Eigenschaften, während Kupfer die Korrosionsbeständigkeit verbessert.
Im Vergleich zu reinem Wolfram bieten WSM eine deutlich bessere mechanische Bearbeitbarkeit, ohne an Festigkeit und Stabilität einzubüßen.
Zusammensetzung von Wolfram-Nickel-Kupfer
- 74
Wolfram
W
90% – 95%
- 28
Nickel
Ni
3,5% – 6%
- 29
Kupfer
Cu
1,5% – 4%
Zusammensetzung von Wolfram-Nickel-Eisen
- 74
Wolfram
W
90% – 97%
- 28
Nickel
Ni
2,1% – 7%
- 26
Eisen
Fe
0,9% – 3%
Zentrale Eigenschaften
Dichte
Mit bis zu 18,5 g/cm³ erreichen WSM-Legierungen 95 Prozent der Wolframdichte, lassen sich jedoch spanend bearbeiten. Dadurch können komplexe Geometrien für Strahlenschutz und Gegengewichte hergestellt werden, die mit reinem Wolfram pulvermetallurgisch nicht realisierbar wären.
Duktilität
Die Nickel-Eisen-Matrix reduziert sprödes Versagen deutlichund ermöglicht eine messbare Bruchdehnung. WSM-Komponenten brechen nicht abrupt, sondern zeigen vor dem Versagen eine plastische Verformung. Das erhöht die Sicherheit in kritischen Anwendungen.
Magnetische Eigenschaften
WNiFe-Legierungen sind ferromagnetisch. Die Kombination aus hoher Dichte und magnetischen Eigenschaften ermöglicht Anwendungen in magnetisch geführten Systemen, wie Dämpfungselementen, kompakten Massenkomponenten sowie in präzisen Positionier- und Haltesystemen.
Korrosionsbeständigkeit
WNiCu-Legierungen zeigen aufgrund ihrer Nickel-Kupfer-Binderphase häufig eine höhere Korrosionsbeständigkeit als WNiFe, insbesondere in feuchten oder maritimen Umgebungen. Dadurch eignen sie sich für Anwendungen, bei denen eine hohe Langzeitstabilität und eine geringe Oberflächenanfälligkeit im Vordergrund stehen.
Physikalische und mechanische Eigenschaften
Eigenschaft | Einheit | W90NiFe W90NiCu | W92,5NiFe W92,5NiCu | W95NiFe W95NiCu | W97NiFe |
|---|---|---|---|---|---|
Zugfestigkeit (Rm) | MPa | 750–1200 | 750–1400 | 720–1200 | 680–1000 |
Dehngrenze (Rp0,2) | MPa | 517 | 517 | 517 | 517 |
Bruchdehnung (A) | % | 5–30 | 5–25 | 3–15 | 2–10 |
Härte (Rockwell) | HRC | 24–32 | 25–33 | 25–34 | 30–35 |
Dichte bei 20°C | g/cm³ | 16,85–17,25 | 17,15–17,85 | 17,75–18,35 | 18,25–18,85 |
Linearer Ausdehnungskoeffizient (20°C - 300°C) | x 10⁻⁶/K⁻¹ | 5,8 | 5,5 | 5,2 | 5,0 |
Wärmeleitfähigkeit bei 20°C | W/(m·K) | 70/95 | 75/100 | 85/105 | 90/115 |
Die angegebenen Werte verstehen sich als Mindestangaben, Durchschnittswerte oder Toleranzbereiche. Wenn Ihre Anwendung eine spezifische Werkstoffanforderung stellt, zum Beispiel eine definierte Mindesthärte oder erhöhte Biegefähigkeit, entwickeln wir gemeinsam mit Ihnen eine passende Ausführung. Sprechen Sie uns gerne an.
Industrieanwendungen
Typische Einsatzbereiche für Wolfram-Schwermetall-Legierungen im industriellen Umfeld
Medizinische Anwendungen
Die hohe Dichte von Wolfram-Schwermetallen erlaubt eine kompakte Abschirmung mit hoher Absorptionswirkung bei gleichzeitig geringer Bauteildicke. Deshalb werden sie in Strahlenschutzkomponenten für Röntgen- und CT-Systeme eingesetzt.
Luft-und Raumfahrt
Festigkeit, Maßhaltigkeit und kompakte Bauform machen die Legierungen geeignet für dynamisch belastete Massenelemente wie Gegengewichte, Schwungmassen und Schwingungsdämpfer.
Automobilindustrie
Die hohe Masseträgheit bei geringem Volumen unterstützt die Stabilisierung mechanischer Systeme. Die Legierungen werden beispielsweise als Ausgleichsgewichte in Kurbelwellen oder als thermisch belastete Trägerelemente eingesetzt.
Elektronik und Elektrotechnik
Die gute Wärmeleitfähigkeit und Formstabilität unter thermischer Belastung machen Wolfram-Schwermetalle geeignet für Wärmesenken, elektrische Kontakte und Trägerelemente in leistungsstarken Systemen.
Herstellungsprozess
Der Herstellungsprozess einer Wolfram-Schwermetall-Stange umfasst mehrere Schritte, um die gewünschten Materialeigenschaften zu erreichen.
- 1Schritt 1
Pulvermetallurgie
Wolframtrioxid (WO₃) oder Wolframhexafluorid (WF₆) werden zu reinem Wolfram Pulver reduziert.
- 2Schritt 2
Mischen und Mahlen
Das gewonnene Wolframpulver wird trocken oder nass mit anderen Metallen wie Nickel, Eisen oder Kupfer gemischt, um die gewünschte Dichte und Festigkeit zu erreichen.
- 3Schritt 3
Pressen
Das Metallpulver wird in Formen gepresst, um die gewünschte Stabform zu erhalten. Dies geschieht unter Druck, um ein dichtes und homogenes Gefüge zu erhalten.
- 4Schritt 4
Sintern
Die Rohlinge werden zunächst bei 1200 bis 1500 °C vorverdichtet. Dabei verbinden sich die Partikel stoffschlüssig. Beim anschließenden Endsintern bei 2400 bis 2600 °C schmilzt das Metall lokal auf und bildet eine dichte Gefügestruktur.
- 5Schritt 5
Wärmebehandlung
In einigen Fällen werden die Stangen einer zusätzlichen Wärmebehandlung unterzogen, um ihre mechanischen Eigenschaften weiter zu verbessern. Dies kann durch Glühen, Härten oder Anlassen erfolgen.
- 6Schritt 6
Schleifen und Polieren
Die gesinterten Stangen werden geschliffen und poliert, um eine glatte, gleichmäßige Oberfläche zu erhalten.
- 7Schritt 7
Qualitätskontrolle
Der Herstellungsprozess von Wolfram-Schwermetall-Stangen wird streng kontrolliert, um die hohen Qualitätsanforderungen zu erfüllen.
- 8Schritt 8
Verpackung und Versand
Die fertigen Wolfram-Schwermetall-Stangen werden verpackt und für den Versand vorbereitet. Dabei werden spezielle Verpackungsmaterialien verwendet, um die Stäbe während des Transports vor Beschädigungen zu schützen.
Dieser Prozess stellt sicher, dass Wolfram-Schwermetalle die für den industriellen Einsatz erforderlichen Werkstoffeigenschaften ausbilden. Dazu zählen eine hohe Zugfestigkeit, eine sehr gute Maßhaltigkeit unter Belastung sowie eine kombinierte Beständigkeit gegenüber Verschleiß, Temperatur und mechanischer Beanspruchung.
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