MATERIALARCHIV

Wolfram

Wolfram
Materialgruppen:
Metall > Nichteisenmetalle > Schwermetalle Materialbeschrieb Wolfram ist ein weissglänzendes, sehr hitzebeständiges Metall mit dem Elementsymbol W und der Ordnungszahl 74 im Periodensystem. Das sehr harte, zähe Schwermetall hat mit 3380 °C den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle und ist mit einer Dichte von 19,2 auch das schwerste unedle Metall. Die Mikrostruktur des stahlgrauen Elements kristallisiert kubisch-raumzentriert. Wolfram ist unmagnetisch und korrosionsbeständig. Die Beständigkeit bezieht sich auf anorganische Säuren und fast alle Laugen. Wolframlegierungen lassen sich giessen, schmieden und drücken. Sie werden zu Halbfabrikaten wie Blechen, Bändern, Stäben, Drähten und Folien verarbeitet. Löten mit Silberlot und Borax-Flussmittel ist problemlos möglich. Eine weitere verbindende Technik ist das Schweissen, ein Verfahren, das ein Kontaktstück aus Stahl, Kupfer oder Messing erfordert. Spanabhebende Techniken wie Fräsen, Bohren und Drehen sind nur mit speziellen Werkzeugen möglich. Wolfram wird vorwiegend als Legierungsmetall für Stähle eingesetzt. Durch seine Eigenschaften ist es in der Stahlindustrie unentbehrlich. Es steigert die Schneidfähigkeit und die Verschleissfestigkeit des Stahls. So werden Wolfram-Stahl-Legierungen zum Beispiel oft als Schnelldreh- und Warmpressstähle eingesetzt. Andere Bezeichnungen/Synonyme:
Tungsten (schwedisch, angelsächsischer Sprachraum) Hintergrund Etymologie:
Wolfram soll auf die lateinische Bezeichnung lupi spuma zurückgehen, was Wolfschaum bedeutet; daraus wurde Wolfrahm, dann Wolfram, dies weil das Beimischen von Wolframerz das Zinn in der Schmelze, „wie ein Wolf auffrass” nämlich verringerte. Recycling:
Wolfram oder Wolframrückstände müssen für das Recycling als Metallschrott entsorgt werden. Dabei sind die nationalen bzw. regionalen Vorschriften zu beachten. Herstellung Herkunft, geografische Region:
Das Hauptvorkommen mit einem Produktionsanteil von 50% befindet sich in China. Weitere Lagerstätten bestehen in Russland, Kanada und Nordamerika. Gewinnung:
Wolfram wird mehrheitlich aus den Erzen Wolframit und Seelit gewonnen und mit Hilfe von Brechen, Malen und Flotation von den anderen Mineralien getrennt. Über mehrere chemische Prozesse hinweg entsteht das Ausgangsmaterial für die Herstellung von Wolframpulver. Die Reinheit des Materials liegt dann bei über 99,97%. Fertigung:
Das Wolframpulver wird gesiebt und in Matrizen- und/oder kaltisostatischen Presse verdichtet. Bei einer Temperatur zwischen 2000 und 2500 °C werden die Presslinge gesintert, durch sich die Dichte erhöht. Durch Hämmern, Walzen, Ziehen und Schmieden erhält das Metall schliesslich seine Form, wobei Zwischenglühen unerlässlich ist, um die Umformungsgrade zu erziehlen. Eigenschaften Gefüge/Mikrostruktur:
kubisch–raumzentriert Erscheinung: stahlgrau Beständigkeit:

Laugenbeständigkeit: beständig
Wolfram ist bei Raumtemperatur gegen Laugen beständig. Bei 300 °C ist es in geschmolzenem Natriumnitrit (NaNO2) löslich, dem Natriumsalz, das in der Salpetrigen Säure vorkommt. Säurenbeständigkeit: beständig
Bei Raumtemperatur wird Wolfram von anorganischen Säuren einschliesslich Königswasser nicht angegriffen. Bei Temperaturen über 400 °C muss Wolfram vor Sauerstoff geschützt werden. Als Schutzgas wird H2 (Wasserstoff) verwendet. Mechanische Eigenschaften:

Bruchdehnung [εB]: 1.00 bis 4.00 %
Dichte [ρ]: 19 200.00 kg/m3
Elastizitätsmodul: 410 000.00 bis 430 000.00 N/mm2
Vickershärte geglüht: 320.00 bis 470.00 HV
Zugfestigkeit [ft]: 1 800.00 bis 0.000 N/mm2

Thermische Eigenschaften:

Dauergebrauchstemperatur: 20.00 °C
Längenausdehnungskoeffizient: 4.50 x 10-6 1/K
Liquidus: 3 380.00 bis 3 420.00 °C
Solidus: 5 900.00 °C
Spezifische Wärme [c]: 1.30 x 10-4 KJ/KG*K
Wärmeleitfähigkeit/-zahl [λ]: 163.30 W/mK

Quellen der Kennwerte: Merkel, M., & Thomas, K.-H. (2008). Taschenbuch der Werkstoffe. 7. Auflage. München: Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag.
Wolfram, Werkstoffeigenschaften und Anwendungen: www.plansee.at/wolfram.htm (Stand 12.9.2010)
Sicherheitsdatenblatt Wolfram: www.plansee.at/wolfram.htm (Stand 12.9.2010) Bearbeitung Lieferformen:
Bleche, Bänder, Folien, Stäbe, Drähte Lieferbare Materialqualitäten:
Reines Wolfram: 99,97% Formen und Generieren: hämmern, schmieden, sintern, walzen, ziehen
Bei der Drahtherstellung wird der hochgesinterte Rohling bei einer Anfangstemperatur von 1400-1600 C° in Rundhämmermaschinen auf 1 mm verjüngt. Die Weiterbearbeitung erfolgt bei 600-800 °C, die Temperatur wird auf die einer Kaltumformung gesenkt. Die Blech-, Band- und Folienproduktion verläuft wie die Drahtproduktion nach dem Sintern durch Schmieden, Hämmern und Walzen bei einer Durchschnittstemperatur von 1600 ° C. Die Temperatur kann im Verlauf des Vorgangs gesenkt werden. Für die Rekristallisation des Metalls ist Zwischenglühen während des Arbeitsprozesses notwendig. Fügen und Verbinden: löten, nieten, schrauben, schweissen
Wolfram kann mit Ag-Lot und dem Flussmittel Borax gelötet und mit Hilfe eines Kontaktstücks (Stahl, Cu, Messing) auch geschweisst werden. Trotzdem gilt das Material als bedingt schweissbar, denn Festigkeit und Zähigkeit der Verbindung sind begrenzt. Nieten ist eine kostengünstige Verbindungstechnik, jedoch wegen mangelnder Abdichtung nicht für Behältnisse von Flüssigkeiten oder Gasen geeignet. Als Alternative empfiehlt sich Schrauben. Dieses Verfahren findet vor allem bei Reparaturarbeiten Anwendung, da die Herstellung der Schrauben sehr aufwendig ist und diese nach einem Hochtemperatureinsatz nicht mehr lösbar sind. Oberflächenbearbeitung: aufrauen, elektropolieren
Um eine raue Oberfläche zu erhalten, wird das Metall entweder mit Korund sandgestrahlt oder gebeizt. Für das Elektropolieren hängt man Wolfram als Anode in eine wässrige, alkalische Lösung und poliert es bei 50 °C und 10-15V. Oberflächenbehandlung: beschichten, lackieren, polieren
Die Oberfläche lässt sich mit Nickel, Chrom und Edelmetallen beschichten. Die Beschichtung ist eine Löthilfe, die als Kontakt dient und zugleich vor Korrosion schützt. Um Verschleiss entgegenzuwirken, ist es möglich die Oberfläche zu karburieren. Des weiteren kann die Aussenseite mit einer künstlich erzeugten Oxidschicht überzogen werden, die vor einer weiteren Diffusion schützt. Trennen und Subtrahieren: fräsen, schneiden, stanzen
Wolfram lässt sich bei hohen Temperaturen zwischen 800 und 1000 °C stanzen, schneiden und auch prägen. Die trennende Bearbeitung durch spanabhebende Werkzeuge kann nur mit speziellen Geräten vorgenommen werden. Selbst wenn Apparaturen besonders hart und widerstandsfähig sind, muss mit einem grossen Verschleiss gerechnet werden. Veredelung:
Stark oxidiertes Wolfram kann mit Schmelzbeize gereinigt werden. Die zu beizenden Teile müssen trocken sein, weil es sonst zu gefährlichem Spritzen kommt! Bei einer leichten Oxidation reicht Wasserstoffglühen aus, um das Oxid zu entfernen. Bei Verschmutzung kann Wolfram unter Ultraschall gereinigt werden. Eine anschliessende Reinstwasserspülung und Warmlufttrocknung erbringt eine fleckenlosen Oberfläche. Arbeitsschutz:
Gemäss EU-Richtlinien 67/548/EWG ist Wolfram kein gefährlicher Stoff. Bei hohen Temperaturen während der Bearbeitung müssen die Sublimate abgesaugt werden. Konservierung: Schutz und Pflege:
Wolfram ist äusserst oxidationsanfällig und daher vor Temperaturschwankungen und hoher Luftfeuchtigkeit geschützt zu lagern. Geeignet sind trockene, gleichmässig temperierte Räume oder dichte, mit Schutzgas geflutete Behälter. Anwendung Anwendungsgebiete:
Metallurgie, Maschinenbau, Kfz-Elektrik, Bergbau, Keramik- und Holzbearbeitungsindustrie, Textilindustrie, Mess-, Prüf- und Regelungstechnik, Gammadefektoskopie, Medizin Anwendungsbeispiele:
Schnelldreh- und Warmarbeitsstähle, Glühlampenfäden, Spannungs- und Umformungswerkzeuge, verschleissanfällige Bauteile, Strahlenschutz (Radioaktivität) Sammlungen

Muster in folgenden Sammlungen: Gewerbemuseum Winterthur
Standort in der Sammlung: Gewerbemuseum Winterthur:
Metall > Schublade 17 Quellennachweis Verwendete Quellen:
Fachkunde Metall (1983 und 2007). 46. und 55. Auflage. Haan-Gruiten: Verlag Europa-Lehrmittel.
Domke, W. (1994). Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung. 10. Auflage. Berlin: Cornelsen Verlag.
Hasse, St. (2008). Giesserei-Lexikon. 19. Auflage. Berlin: Schiele & Schön.
Merkel, M., & Thomas, K.-H. (2008). Taschenbuch der Werkstoffe. 7. Auflage. München: Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag.
Wahrig-Burfeind, R. (Hrsg.) (2000). Deutsches Wörterbuch. 7. Auflage. München: Wissen Media Verlag GmbH.
Wolters, J. (2000). Der Gold- und Silberschmied. Band 1: Werkstoffe und Materialien. 9. Auflage. Stuttgart: Rühle-Diebener-Verlag GmbH + Co. KG. Weitere Quellen:
Hochschmelzende Metalle (1997). 1. Ausgabe. Zürich: Johnson Matthey & Brandenberger AG.
Maser, P. (1959). Stahl, elementar gesehen. 5. Auflage. Zürich: Hertsch & Cie. Nachf. Max Markwalder.
Rigert, M., & Flückiger, B. (2001). Metall. Heft 5 der Reihe über die Materialmustersammlung des Gewerbemuseums Winterthur. Winterthur: Gewerbemuseum.
Wolfram … ein Metall mit ungewöhnlichen Eigenschaften (1996). 2. Ausgabe. Zürich: Johnson Matthey & Brandenberger AG.
Wolfram, Werkstoffeigenschaften und Anwendungen: www.plansee.at/wolfram.htm (Stand 12.9.2010)
Sicherheitsdatenblatt Wolfram: www.plansee.at/wolfram.htm (Stand 12.9.2010) Expertin / Experte:
Rudolf Vetsch Material-Archiv-Signatur:
MET_NEM_LEG_HOE_1 Text verfasst von:
ZHdK, OB JB, 2011 Bilder

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