Volfram

Volfram  je kemični element ki ima v periodnem sistemu simbol W in atomsko število 74. Ta trda, težka, kovinsko-srebrna do bela  se nahaja v številnih rudah, vključno z volframitim in šelitu. Volfram je znan po svojih robustnih fizikalnih lastnosti. Njegova čisto obliko uporabljajo predvsem v elektroniki, vendar njegove spojine in zlitine uporabljajo v številnih drugih aplikacijah; najbolj znana je raba za žarilne nitke v žarnicah, rabijo pa ga tudi v sodobnih super-zlitinah.

Čisti volfram je srebrno-sive do kositrno-bele barve in je trdna kovina. Kadar je zelo čist, ga lahko režemo s kovinsko žago (kadar ni čist, je krhek in težak za obdelovanje), in ga sicer obdelujemo s kovanjem, rezanjem ali iztiskanjem. Ta element ima najvišje vrelišče (3422 °C), najnižji parni in najvišjo nateznost pri temperaturah nad 1650 °C od vseh kovin. Njegova odpornost proti koroziji je odlična – večina mineralnih kislin ga lahko le rahlo napada.

Kovinski volfram na zraku oblikuje zaščitni oksid, vendar lahko pri visokih temperaturah oksidira. V zlitinah jekla že mala količina volframa močno poveča njegovo trdnost.

Volfram je široko uporabna kovina; najbolj jo uporabljajo kot volframov karbid  v karbidnih trdinah. Karbidne trdine so vodoodporni materiali, ki se uporabljajo v kovinsko predelovalni, rudarski, naftni in gradbeni industriji. Volfram se na veliko uporablja v žarilnih nitkah žarnic in vakumskih ceveh, kot tudi v elektrodah, saj ga je moč razrezati na zelo tanke kovinske žice, ki imajo visoko vrelišče.

Zaradi visokega vrelišča je volfram primeren za rabo v vesolju in drugih elektronskih, toplotnih in varilnih aplikacijah, kjer se zahteva odpornost na temperaturo, še posebej za varjenje .Zaradi trdnosti in gostote je ta kovina idealna za izdelavo težko kovinskih zlitin, ki se uporabljajo pri izdelavi orožja.  Zaradi velike teže pri relativno majhni velikosti je volfram idealna sestavina konic za pikado.

Kompozitni materiali se uporabljajo v nabojih in šibrah kot nadomestilo za svinec. Kemijske spojine volframa se uporabljajo v katalizatorjih, anorganskih barvilih, in volframovih disulfidnih visokotemperaturnih mazivih, ki so stabilna do 500 °C.Ker je temperaturni raztezek tega elementa podoben kot pri borosilikatnem steklu, se uporablja za izdelavo tesnil med steklom in kovino.Uporablja se tudi za prodiranje izstrelka s kinetično energijo, kjer nadomešča osiromašen uran.

Strojništvo

Strojništvo  je tehnična veda, ki pri načrtovanju in izdelavi uporabnih naprav, predmetov ali strojev uporablja fizikalna načela. Strojni inžinerji za analizo statičnih in dinamičnih fizikalnih sistemov med izdelovanjem predmetov kot so: avtomobili, letala, ali druga vozila, ogrevalni in hladilni sistemi, gospodinjski aparati, industrijska oprema in stroji, orožja… uporabljajo načela, ki so na primer  vezana na toploto, sile, ohranitve mase in energije.

Za določene operacije kot tudi za izdelavne postopke si velikokrat pomagajo s simulacijami in z njimi še pred samo izdelavo končnega izdelka poskušajo optimizirati izvajanje njegovih funkcij, cenovno učinkovitost in energijsko zmogljivost.

Tehnične risbe predmetov, ki jih je treba izdelati, so končna stopnja konstruiranja. Njihov namen je dvojen. Vsebujejo vse podatke, potrebne za njihovo izdelavo in služijo kot nadzorni mehanizem pri spremembah. Do poznega 20. stoletja so večino tehniških risb narisali z roko na risalnih deskah. Razvoj digitalnih računalnikov z grafičnimi uporabniškimi vmesniki je prinesel možnost izdelave modelov in risb s pomočjo računalniško podprtega konstruiranja.

Večina programov CAD omogoča izdelavo prostorskih modelov, ki jih lahko gledamo pod poljubnim kotom. Izjemni programi CAD z modeliranjem trdnin predstavljajo navidezno resničnost konstruiranja strojev. Prek uporabe računalniško podprte proizvodnje CAM  lahko te modele programi neposredno uporabijo za pripravo navodil. Ta navodila prevzamejo numerično krmiljeni obdelovalni stroji CNC ali drugi samodejni procesi, s katerimi se izdelajo predmeti, ki jih predstavljajo modeli, brez vmesnih tehniških risb.

Osnovna področja, brez katerih strojnišvo ne more, so dinamika, statika, trdnost, prenos toplote, dinamika tekočin, mehanika trdnin, pnevmatika, hidravlika, mehatronika,kinetika, strojni elementi, tehnologija, energetski stroji, goriva, krmiljenje, elektronska obdelava podatkov, maziva in uporabna termodinamika. Strojni inženirji naj bi tudi razumeli in znali uporabljati spoznanja kemije in elektrotehnike. Pri majhnih razdaljah strojništvo postane molekularno inženirstvo – teoretičen pristop, s katerim bi se gradilo na ravni molekul prek mehanosinteze. Za sedaj ta pristop še vedno sodi na raziskovalno področje, nekateri pa ga imajo celo za znanstveno fantastiko.

Widia

Widia je zelo trda kovinska zlitina (trdina volframov karbid z dodatkom kobalta izdelana po postopku prašne metalurgije), ki so jo v 30. letih 20. stoletja proizvedli v tovarni Krupp v Nemčiji. Ime je izbral sam tovarnar Krupp, ki ga je izpeljal iz besed »Wie Diamant« (slovensko kot diamant), kar opozarja na njeno trdoto.

Kovina je pomembna zlasti na področju orodjarstva, kjer omogoča hitro in dolgotrajno rezanje drugih kovin in tudi nekovinskih materialov. Danes se v strojništvu uporablja po celem svetu v velikih količinah. V času njenega nastanka pa je bila zelo draga, saj je bila dvakrat dražja od zlata in so si jo lahko privoščili le bogati proizvajalci orodij. Leta 1928 je Krupp prodajal 1 angleški funt te kovine za 500 dolarjev, izdeloval pa je le eno tono te kovine na mesec. Krupp je držal dolgo monopol nad proizvodnjo in prodajo te kovine. Kljub tako visokim cenam so tovarnarji kupovali to kovino, saj je omogočala zvišanje proizvodnje istih strojev do 400 %. Največ te kovine so v poznih 30. letih pokupili ameriški tovarnarji.

Kaljenje

Kaljenje je toplotna obdelava jekla, s katero jeklo močno utrdimo.

Toplotna obdelava je sestavljena iz segrevanja jekla na temperaturo avstenitizacije in ohlajanja s primerno hitrostjo. Ogljikova jekla in nezahtevne obdelovance lahko neposredno položimo v peč, ki je segreta na primerno temperaturo, medtem ko legirana jekla stopenjsko segrevamo, da se izognemo deformaciji in lomu obdelovancev.

Pri žarjenju na temperaturi avstenitizacije dosežemo homogen avsenit. Če žarimo pri previsoki temperaturi ali predolgo, nastanejo velika kristalna zrna avstenita, ki neugodno vplivajo na mehanske lastnosti.

Žarjenju sledi ohlajanje, ki mora bi dovolj hitro, da se avsenit z brezdifuzijsko premeno spremeni v martenzit. Pri tem ogljik in drugi zlitinski elementi ostanejo prisilno raztopljeni. To močno utrdi jeklo. Potrebna hitrost ohlajanja je odvisna od vrste jekla. Ogljikova jekla kalimo v vodi, medtem ko se močno legirana jekla zakalijo že ob ohlajanju na zraku.

Kaljenju jekla sledi popuščanje, da dosežemo zahtevane lastnosti.