La densité du ferro-tungstène est l'une des rares propriétés de l'alliage qui peut être prédite avec confiance avant qu'une seule chaleur ne soit fondue, car elle découle directement des proportions des deux métaux qu'il contient. Ce chiffre est important tant sur le plan commercial que technique : la densité détermine le comportement de sédimentation et de dissolution dans la poche de fabrication de l'acier, et c'est la raison pour laquelle l'alliage apparaît dans les lests, les rotors gyroscopiques et les protections contre les radiations. Cet article donne les valeurs de travail, montre comment elles sont calculées et explique ce qui éloigne une densité mesurée de celle calculée.
En quoi consiste le ferro tungstène
Le ferro-tungstène est un alliage maître de tungstène et de fer utilisé pour introduire du tungstène dans l'acier et la fonte. Le matériau commercial est fabriqué par réduction carbothermique d'un concentré de minerai de tungstène dans un four électrique, avec un matériau contenant du fer - chargé de manière à ce que le tungstène réduit se dissolve dans le fer liquide plutôt que d'être produit sous forme de métal pur. Le résultat est un alliage dense et cassant qui se solidifie sous la forme d'un mélange de phases intermétalliques, principalement les composés FeW et Fe2W, ainsi qu'une quantité limitée de matrice riche en fer-.
Élément principal :tungstène, généralement 70 à 85 pour cent en masse dans les qualités commerciales.
Équilibre:du fer, avec des quantités faibles et contrôlées de carbone, de silicium, de phosphore et de soufre.
Formes de produits :morceaux moulés, fractions broyées et criblées et poudre fine pour la production de fils fourrés et de briquettes.
Comportement de fusion :l'alliage fond sur une plage plutôt qu'en un seul point, car les phases présentes diffèrent par leur composition.
Valeurs de densité typiques par grade
L'alliage étant un mélange, sa densité se situe entre la densité du tungstène pur, environ 19,25 g/cm³, et la densité du fer pur, environ 7,87 g/cm³. La règle de mélange pour la densité n’est pas une simple moyenne pondérée des deux chiffres, puisque ce qui est conservé est le volume plutôt que la densité :
1 / ρalliage=(w(W) / ρ(W)) + (w(Fe) / ρ(Fe)), où w désigne la fraction massique.
| Grade | Teneur en tungstène | Densité calculée (g/cm³) |
|---|---|---|
| FeW70 | 70 pour cent | 13.43 |
| FeW75 | 75 pour cent | 14.14 |
| FeW80 | 80 pour cent | 14.93 |
| FeW85 | 85 pour cent | 15.82 |
Les valeurs calculées s'élèvent donc d'environ 13,4 à environ 15,8 g/cm³ dans la gamme commerciale. Le matériau commercial solide dans la fenêtre habituelle FeW75 à FeW80 est normalement coté à environ 14,0 à 15,5 g/cm³, le chiffre calculé représentant un alliage sans pores-exactement la composition indiquée. Pour le contexte, l'acier au carbone ordinaire et l'acier faiblement allié se situent entre 7,75 et 8,05 g/cm³ et le plomb à environ 11,34 g/cm³, donc un alliage principal contenant du tungstène-est environ 1,8 fois plus dense que l'acier et sensiblement plus dense que le plomb.
Facteurs qui modifient la densité mesurée
Un chiffre de laboratoire prélevé sur un lot livré correspond rarement exactement à la valeur calculée. Les différences s’expliquent, et chacune pointe vers un bien qui mérite d’être précisé dans le bon de commande :
Rapport tungstène/fer :le facteur dominant. Chaque point de pourcentage supplémentaire de tungstène augmente la densité de l'alliage.
Teneur en carbone :les ajouts de carbone diminuent légèrement la densité, à la fois parce que le carbone est léger et parce que le carbone modifie la proportion des phases présentes.
Éléments résiduels :le molybdène et d'autres résidus lourds peuvent remplacer le tungstène et modifier le résultat dans les deux sens, de sorte que les qualités sont achetées en fonction d'une spécification chimique plutôt que d'un nom nominal.
Porosité et retrait :les lingots et les morceaux coulés contiennent des vides, de sorte que la densité d'une pièce mesurée peut tomber en dessous de la valeur calculée même lorsque la chimie est correcte.
Scories piégées et inclusions non-métalliques :Plus légers que l'alliage, ils diminuent la densité moyenne et réduisent également la récupération du tungstène dans la poche.
Densité apparente des lots concassés :lorsque le produit est broyé et criblé, la masse par volume versé du lit garni est toujours inférieure à la densité solide des particules, et elle dépend de la distribution granulométrique et de la forme des particules plutôt que de la chimie.
Pour cette dernière raison, un chiffre de densité n’a de sens que si la base est indiquée. Les acheteurs doivent exiger que le certificat distingue la densité des particules solides de la densité apparente, et fixer en même temps la fraction granulométrique, car une fraction fine et une fraction grossière de chimie identique ne se comporteront pas de la même manière dans la masse fondue.
Pourquoi la densité est importante dans la pratique
Dans la poche de fabrication de l'acier et dans le four, une densité élevée constitue un avantage opérationnel. Un ajout dense pénètre dans la couche de laitier, atteint rapidement le métal liquide et s'y dissout, tandis qu'un ajout léger peut flotter, s'oxyder en surface et se perdre dans le laitier. C'est pourquoi le tungstène est chargé sous forme de ferro-tungstène plutôt que sous forme d'oxyde ou de poudre fine, et pourquoi le calibrage est adapté à la pratique : morceaux pour le chargement dans le four, fractions fines pour le fil fourré où un taux d'addition contrôlé est nécessaire.
En dehors de l’atelier de fusion, la densité de l’alliage est la raison pour laquelle il est sélectionné :
Ballast et contrepoids :la masse la plus élevée dans le plus petit volume, pour les gouvernes d'avions, les contrepoids d'ascenseurs et de grues et les applications de course.
Inertie tournante :rotors de gyroscope et jantes de volant d'inertie, où une masse compacte à haute densité-est requise.
Protection contre les radiations :Le matériau de roulement en tungstène-offre des performances de blindage proches de celles du plomb avec une épaisseur beaucoup plus faible, sans la toxicité ni les restrictions de manipulation du plomb.
Pièces en dégradé de densité :des composants délibérément construits avec une coque extérieure plus légère et un noyau dense, ou l'inverse, pour placer la masse là où elle contrôle les vibrations ou l'équilibre.
L'usinage et la transformation suivent la même logique. Un alliage dense, dur et cassant est lent à couper, il est donc généralement fini par meulage avec des qualités abrasives adaptées aux pièces dures et à faible -ductilité, et il est rarement soudé. Lorsqu'une pièce finie est requise, le chiffre de densité entre directement dans les calculs de poids, et donc dans la taille de la billette commandée.
Foire aux questions
Q : Quelle est la densité du ferro-tungstène ?
Les matériaux commerciaux solides sont généralement estimés à environ 14,0 à 15,5 g/cm³ pour des teneurs en tungstène de 70 à 85 pour cent. Les valeurs sans pores calculées-pour les mêmes qualités vont d'environ 13,4 à 15,8 g/cm³.
Q : Pourquoi la densité du ferro-tungstène n'est-elle pas la moyenne du tungstène et du fer ?
La densité est la masse par unité de volume, donc les volumes se combinent plutôt que les densités. La règle du mélange ajoute le volume occupé par chaque composant, c'est pourquoi l'alliage est plus léger que le tungstène qu'il contient.
Q : Le ferro-tungstène est-il plus lourd que le plomb ?
Oui. Le plomb est d'environ 11,34 g/cm³ contre environ 14 g/cm³ ou plus pour l'alliage, c'est pourquoi le matériau de roulement en tungstène- est privilégié pour les contrepoids et les blindages compacts.
Q : Une teneur plus élevée en tungstène signifie-t-elle toujours une densité plus élevée ?
Dans la gamme FeW70 à FeW85, oui. Les lots réels peuvent différer si de la porosité, des inclusions de scories ou des éléments résiduels lourds sont présents, la densité est donc vérifiée parallèlement à l'analyse chimique.
Q : Quelle est la différence entre la densité solide et la densité apparente du ferro-tungstène ?
La densité solide décrit le matériau de la particule elle-même. La densité apparente décrit un tas emballé de produit broyé et est inférieure, car les vides entre les particules sont comptés dans le volume.
Q : Pourquoi le ferro-tungstène doit-il être broyé selon une taille graduelle ?
Le taux de dissolution, la méthode de chargement et la récupération dépendent tous de la taille des particules. Le chargement au four tolère les grumeaux, tandis que les ajouts de poches et de fils fourrés nécessitent une fraction de taille plus étroite et plus fine.
