HOCHDICHTE WOLFRAMLEGIERUNGEN

Wolframlegierungen eignen sich hervorragend für Anwendungen, bei denen maximales Gewicht auf möglichst geringem Raum zu konzentrieren ist. Darüber hinaus stellt Wolfram einen herausragenden Werkstoff für die Vakuumtechnik bei Höchsttemperaturen dar. Reines Wolfram ist ziemlich spröde und schwer zu bearbeiten, doch durch den Zusatz von chemischen Elementen wie Nickel, Kupfer und Eisen entsteht eine Vielzahl von Wolframlegierungen mit äußerst nützlichen Eigenschaften.

Diese Legierungen werden mit pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt und lassen sich mit konventionellen Methoden maschinell bearbeiten. Produkte aus Wolframlegierungen sind als Halbzeuge für die weitere Bearbeitung durch den Kunden erhältlich oder als Endprodukte nach den Spezifikationen von Entwurfszeichnungen. Diese bleifreien Produkte entsprechen den rechtlichen Anforderungen und Empfehlungen zum Schutz der Umwelt.

Wolframlegierungen, die doppelt so schwer wie Stahl und mehr als 50 % schwerer als Blei sind, haben sich zu einem wichtigen Werkstoff für vielfältige Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, Militär- und Medizintechnik sowie in der Öl- und Gasexploration entwickelt.

Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt

Wolframlegierungen von H.C. Starck helfen bei der Ausbalancierung und Stabilisierung der Steuerflächen von Quer-, Höhen- und Seitenrudern. Rotorblätter von Hubschraubern benötigen eine präzise statische und dynamische Auswuchtung. Die Wolframlegierungen von H.C. Starck werden in einer Vielzahl von Geräten – angefangen von Kreiselstabilisatoren bis zu Bordantennen in Flugzeugen –, für die präzise Ausbalancierung eingesetzt, um eine optimale Leistungsfähigkeit zu erreichen. Diese Ausgleichsgewichte werden in einer Vielzahl an Größen und Formen produziert.

Produkte für die Luft- und Raumfahrt und Militärtechnik

Ausgleichs- und Ballastgewichte für Flugzeuge, Gewichte für Rotoren und Blätter von Hubschraubern, Instrumentenbauteile, Raketenkomponenten, Flammenfühler/abschirmungen für Motoren, Schubdüsen, Kampfmittel.

Medizinische Anwendungen

Aufgrund seiner Härte und hohen Dichte ist Wolfram optimal für die Herstellung von Schwermetalllegierungen geeignet, die von entscheidender Bedeutung bei der Erzeugung von Röntgenstrahlen und im Strahlenschutz sind. Grundsätzlich steht die Absorption von Röntgen- und Gammastrahlen in direktem Verhältnis zur Dichte des abschirmenden Materials. Die Wolframlegierungen von H.C. Starck bieten eine außerordentlich wirksame Abschirmung und Schutz vor Strahlung.

Hochdichte Wolfram-Verbundwerkstoffe sind mehr als 1,5-mal so wirkungsvoll wie Blei und bieten einen äußerst wirksamen Schutz insbesondere auf begrenztem Raum.

Medizinische Produkte

Röntgenanoden, Kollimatorplatten, Strahlungsabschirmungen, Behälter für radioaktive Strahlungsquellen, Spritzenabschirmungen für die Injektion radioaktiver Isotope und röntgendichter Marker

Anwendungen für Öl- und Gasbohrungen

Aufgrund ihrer strahlungsabschirmenden Eigenschaften eignen sich Wolframlegierungen ausgezeichnet für die Herstellung von Produkten, wie Gehäuse für Instrumente und Isotope zur Datenerfassung. Diese sind für die Lokalisierung von Öl- und Gasvorkommen unerlässlich. Dank der Strahlenabschirmung der Instrumente und des Personals verbessert sich die Datenerfassung erheblich.

Diese Materialien verbessern die Echtzeit-Datenerfassung ebenso wie die Bohrstabilität und optimieren die Bohrleistung. Gleichzeitig werden Kosten und Zeitaufwand für die Suche nach diesen wichtigen Ressourcen gesenkt. H.C. Starck-Produkte aus Wolframlegierungen schützen zusätzlich die Gammakamera und -sensoren beim aufreibenden Durchbohren der Erdschichten.

Die hohe Dichte der Wolframlegierungen ist nicht nur für den Strahlenschutz entscheidend, sondern auch für die Senkstangen von erheblichem Nutzen. Gewichte oder Gewichtsreihen aus Wolframlegierungen werden am Bohrlochsondengehäuse angebracht, um der Sonde beim Absinken in der schweren Bohrlochflüssigkeit zusätzliches Gewicht zu verleihen.

Kulite® und HPM-Wolframlegierungen

Die traditionellen Kulite® Wolframlegierungen liefert H.C. Starck aus den USA (Tabelle 1) und die HPM-Wolframlegierungen aus Deutschland (Tabelle 2).

Legierungs-
bezeichnung

K1700
K1701
K1750
K1800
K1801
K1850
Wolframgehalt
(%) 90 90 92,5
95
95
97
Dichte (g/cm3) 17 17
17,5
18
18
18,5

(lb/in3) 0,61 0,61
0,63 0,65
0,65 0,67
Härtegrad (Rc) 23 22
24
25
24
26
Zugfestigkeit (psi) 125.000
110.000
125.000
125.000
110.000
120.000

(N/mm2) 860 760
860
860 760
830
Streckgrenze (psi) 85.000
80.000
90.000
90.000 85.000
95.000

(N/mm2) 590 550
620 620 590 660
Dehnung (%) 12 4
10
8
2
6
Elastizitäts-
modul
(psi x 106) 45 40
46
48
45
50

(kN/mm2) 310 280
320
330
310
345
Magnetische
Eigenschaften

gering keine
gering gering
keine gering
Magnetische
Permeabilität
(µ)
>1,05 <1,05 >1,05 >1,05 <1,05 >1,05
Wärmeaus-
dehnungs-
koeffizient
(x10-6/K)(20°C-500°C)
5,1 5,4
4,9 4,8 5,0 4,8
Wärmeleit-
fähigkeit
(cgs) 0,20 0,23 0,24 0,27 0,32 0,26
Elektrische
Leitfähigkeit
(% IACS) 11 14
12
15
16
16
MIL-T-21014(D) Klasse
1
1
2
3
3
4
ASTM B777 Klasse 1
1
2
3
3
4

Übertrifft die Anforderungen der folgenden Spezifikationen: MIL-T-21014, ASTM B777 und AMS 7725


Tabelle 2 - HPM-Wolframlegierungen

Typische Eigenschaften von Wolframverbundwerkstoffen

Legierungsbezeichnung

HPM
1700
HPM
1710
HPM
1701
HPM
1705
HPM
1750
HPM
1750
Blech
Wolframgehalt
%
90,0
90,0
90,0
90,0
92,5
92,5
Dichte
g/cm³
17,0 ± 0,2
17,0 ± 0,2
17,0 ± 0,2
17,3 ± 0,2
17,5 ± 0,2
17,6 ± 0,2
Härtegrad
HV 30
≤320
≤320
≤320
≤360
≤325
≤ 460
Zugfestigkeit (Richtwert)
MPa
850
850
670
900
840
870
Mindeststreckgrenze
MPa
520
520
520
520
520
520
Dehnung (Richtwert)
%
12
12
3
8
14
16
Young‘s-Modulus (Durchschnittswert)
GPa
320
320
300
330
340
340
Mittlerer Wärmeausdehnungskoeffizient 20 – 100 °C


10-6/K


6,1


6,3


6,0


4,5


5,5


5,5
20 – 300 °C
10-6/K
6,2
6,5
6,2
5,1
5,7
5,7
20 – 450 °C
10-6/K
6,3
6,6
6,4
5,3
5,8
5,8
Wärmeleitfähigkeit
W/mK
≥70
≥70
≥90
≥70
≥75
≥75
Elektrische Leitfähigkeit (Durchschnittswert)
%IACS
MS/m
11
6,4
11
6,4
14
8,1
13
7,5
12
6,9
12
6,9
Spezifischer elektrischer Widerstand (Durchschnittswert)
µΩm

0,16
0,16
0,12
0,13
0,15
0,15
Permeabilität
µ
>1,05
>1,05
<1,05
>1,05
>1,05
>1,05


Legierungs-bezeichnung

HPM 1751
HPM 1760
HPM 1800
HPM 1810
HPM 1801
HPM 1850
HPM 1850W
Wolframgehalt
%
92,5
92,5
95,0
95,0
95,0
97,0
97,0
Dichte
g/cm³
17,5 ± 0,2
17,6 ± 0,2
18,0 ± 0,2
18,0 ± 0,2
18,0 ± 0,2
18,5 ± 0,2
18,5
± 0,2
Härtegrad
HV 30
≤325
≤325
≤332
≤332
≤332
≤340
≤ 340
Zugfestigkeit (Richtwert)
MPa
690
870
830
830
700
830
890
Mindeststreckgrenze
MPa
520
520
520
520
520
520
520
Dehnung (Richtwert)
%
3
16
14
14
2
12
12
Young‘s-Modulus (Durchschnittswert)
GPa
330
340
370
370
330
380
380
Mittlerer Wärmeausdehnungs-koeffizient
20 – 100 °C



10-6/K



5,7



5,5



4,9



5,2



5,4



5,1



4,8
20 – 300 °C
10-6/K
5,8
5,8
5,1
5,3
5,5
5,1
4,9
20 – 450 °C
10-6/K
5,9
5,9
5,2
5,5
5,6
5,2
5,0
Wärmeleitfähigkeit
W/mK
≥85
≥75
≥80
≥80
≥85
≥75

≥80
Elektrische Leitfähigkeit (Durchschnittswert)
%IACS
MS/m
15
8,5
12
6,9
13
7,7
13
7,7
15
9,0
16
9,3
16
9,3
Spezifischer elektrischer Widerstand (Durchschnittswert)
µΩm

0,12
0,15
0,14
0,14
0,11
0,10
0,10
Permeabilität
µ
<1,05
>1,05
>1,05
>1,05
<1,05
>1,05
> 1,05


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