Tungstène – Propriétés – Prix – Applications – Production

À propos du Tungstène

Le tungstène est un métal rare présent naturellement sur Terre presque exclusivement dans des composés chimiques. Le tungstène est un matériau intrinsèquement cassant et dur, ce qui le rend difficile à travailler.

Sommaire

Élément	Tungstène
Numéro atomique	74
Catégorie d’élément	Métal de transition
Phase à STP	Solide
Densité	19,25 g/cm3
Résistance à la traction ultime	980 MPa
Limite d’élasticité	750 MPa
Module de Young	411 GPa
Échelle de Mohs	7,5
Dureté Brinell	3000 MPa
Dureté Vickers	3500 MPa
Point de fusion	3410°C
Point d’ébullition	59300°C
Conductivité thermique	170W/mK
Coefficient de dilatation thermique	4,5 µm/mK
Chaleur spécifique	0,13 J/g·K
Température de fusion	35,4 kJ/mol
Chaleur de vaporisation	824 kJ/mol
Résistivité électrique [nanoohmmètre]	52,8
Susceptibilité magnétique	+59e-6cm^3/mol

Applications du Tungstène

Le tungstène est un métal largement utilisé. Environ la moitié du tungstène est consommée pour la production de matériaux durs – à savoir le carbure de tungstène – le reste étant principalement utilisé dans les alliages et les aciers. L’exploitation minière et le traitement des minéraux exigent des machines et des composants résistants à l’usure, car les énergies et les masses des corps en interaction sont importantes. Pour cela, les matériaux les plus résistants à l’usure doivent être utilisés. Par exemple, le carbure de tungstène est largement utilisé dans l’exploitation minière dans les trépans de forage à marteau supérieur, les marteaux de fond de trou, les couteaux à rouleaux, les burins de charrue à longue paroi, les pics de cisaillement à longue paroi, les alésoirs de forage ascendant et les tunneliers. Les 40 % restants sont généralement utilisés pour fabriquer divers alliages et aciers spéciaux, des électrodes, des filaments, des fils, ainsi que divers composants pour des applications électriques, électroniques, de chauffage, d’éclairage et de soudage.

 

 

Production et prix du Tungstène

Les prix des matières premières changent quotidiennement. Ils dépendent principalement de l’offre, de la demande et des prix de l’énergie. En 2019, les prix du Tungstène pur se situaient autour de 110 $/kg.

Les deux principaux minéraux du tungstène sont la wolframite et la scheelite. La wolframite est solide, très dense et a un point de fusion élevé. Les minerais de tungstène sont concassés, nettoyés et traités avec un alcali, ce qui entraîne la production de trioxyde de tungstène (WO3). Les réserves mondiales de tungstène sont de 3 200 000 tonnes; ils sont principalement situés en Chine (1 800 000 t), au Canada (290 000 t),[49] en Russie (160 000 t), au Vietnam (95 000 t) et en Bolivie. En 2017, la Chine, le Vietnam et la Russie sont les principaux fournisseurs avec respectivement 79 000, 7 200 et 3 100 tonnes.

Source : www.luciteria.com

Propriétés mécaniques du Tungstène

Force du Tungstène

En mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à supporter une charge appliquée sans rupture ni déformation plastique. La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou la modification des dimensions du matériau qui en résulte. Lors de la conception de structures et de machines, il est important de tenir compte de ces facteurs, afin que le matériau sélectionné ait une résistance suffisante pour résister aux charges ou forces appliquées et conserver sa forme d’origine. La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique.

Pour la contrainte de traction, la capacité d’un matériau ou d’une structure à supporter des charges tendant à s’allonger est appelée résistance ultime à la traction (UTS). La limite d’élasticité ou la limite d’élasticité est la propriété du matériau définie comme la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, tandis que la limite d’élasticité est le point où la déformation non linéaire (élastique + plastique) commence.

Voir aussi: Résistance des matériaux

Résistance à la traction ultime du Tungstène

La résistance à la traction ultime du tungstène est de 980 MPa.

Limite d’élasticité du Tungstène

La limite d’élasticité du tungstène  est de 750 MPa.

Module de Young du Tungstène

Le module de Young du tungstène est de 750 MPa.

Dureté du Tungstène

En science des matériaux, la dureté est la capacité à résister à l’indentation de surface (déformation plastique localisée) et  aux rayures. Le test de dureté Brinell est l’un des tests de dureté par indentation, qui a été développé pour les tests de dureté. Dans les tests Brinell, un pénétrateur sphérique dur est forcé sous une charge spécifique dans la surface du métal à tester.

La dureté Brinell du tungstène est d’environ 3000 MPa.

La méthode d’essai de dureté Vickers a été développée par Robert L. Smith et George E. Sandland chez Vickers Ltd comme alternative à la méthode Brinell pour mesurer la dureté des matériaux. La méthode d’essai de dureté Vickers peut également être utilisée comme méthode d’essai de microdureté, qui est principalement utilisée pour les petites pièces, les sections minces ou les travaux en profondeur.

La dureté Vickers du tungstène est d’environ 3500 MPa.

La dureté à la rayure est la mesure de la résistance d’un échantillon à la déformation plastique permanente due au frottement d’un objet pointu. L’échelle la plus courante pour ce test qualitatif est l’échelle de Mohs, qui est utilisée en minéralogie. L’échelle de Mohs de dureté minérale est basée sur la capacité d’un échantillon naturel de minéral à rayer visiblement un autre minéral.

Le tungstène a une dureté d’environ 7,5.

Voir aussi: Dureté des matériaux

Tungstène – Structure cristalline

Une structure cristalline possible du tungstène est une structure cubique centrée sur le corps.

Dans les métaux et dans de nombreux autres solides, les atomes sont disposés en réseaux réguliers appelés cristaux. Un réseau cristallin est un motif répétitif de points mathématiques qui s’étend dans tout l’espace. Les forces de la liaison chimique provoquent cette répétition. C’est ce motif répété qui contrôle les propriétés telles que la résistance, la ductilité, la densité, la conductivité (propriété de conduire ou de transmettre la chaleur, l’électricité, etc.) et la forme. Il existe 14 types généraux de ces modèles connus sous le nom de réseaux de Bravais.

Voir aussi: Structure cristalline des matériaux

Structure cristalline du Tungstène

Propriétés thermiques du Tungstène

Tungstène – Point de fusion et point d’ébullition

Le point de fusion du tungstène est de 3410°C.

Le point d’ébullition du tungstène est de 59300°C.

Notez que ces points sont associés à la pression atmosphérique standard.

Tungstène – Conductivité thermique

La conductivité thermique du tungstène est de 170 W/(m·K).

Les caractéristiques de transfert de chaleur d’un matériau solide sont mesurées par une propriété appelée la conductivité thermique, k (ou λ), mesurée en W/mK. C’est une mesure de la capacité d’une substance à transférer de la chaleur à travers un matériau par conduction. Notez que la loi de Fourier s’applique à toute matière, quel que soit son état (solide, liquide ou gazeux), par conséquent, elle est également définie pour les liquides et les gaz.

Coefficient de dilatation thermique du Tungstène

Le coefficient de dilatation thermique linéaire du  tungstène est  de 4,5  µm/(m·K)

La dilatation thermique est généralement la tendance de la matière à changer ses dimensions en réponse à un changement de température. Il est généralement exprimé sous la forme d’un changement fractionnaire de longueur ou de volume par unité de changement de température.

Tungstène – Chaleur spécifique, chaleur latente de fusion, chaleur latente de vaporisation

La chaleur spécifique du tungstène est de 0,13 J/g K.

La capacité calorifique est une propriété extensive de la matière, c’est-à-dire qu’elle est proportionnelle à la taille du système. La capacité thermique C a l’unité d’énergie par degré ou d’énergie par kelvin. Lors de l’expression du même phénomène en tant que propriété intensive, la capacité thermique est divisée par la quantité de substance, de masse ou de volume, ainsi la quantité est indépendante de la taille ou de l’étendue de l’échantillon.

La chaleur latente de fusion du tungstène est de 35,4 kJ/mol.

La chaleur latente de vaporisation du tungstène est de 824 kJ/mol.

La chaleur latente est la quantité de chaleur ajoutée ou retirée d’une substance pour produire un changement de phase. Cette énergie décompose les forces attractives intermoléculaires, et doit également fournir l’énergie nécessaire pour dilater le gaz (le pΔV travail). Lorsque la chaleur latente est ajoutée, aucun changement de température ne se produit. L’enthalpie de vaporisation est fonction de la pression à laquelle cette transformation a lieu.

Tungstène – Résistivité électrique – Susceptibilité magnétique

La propriété électrique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ électrique appliqué. L’une des principales caractéristiques des matériaux est leur capacité (ou leur incapacité) à conduire le courant électrique. En effet, les matériaux sont classés selon cette propriété, c’est-à-dire qu’ils sont divisés en conducteurs, semi-conducteurs et non-conducteurs.

Voir aussi: Propriétés électriques

La propriété magnétique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ magnétique appliqué. Les propriétés magnétiques macroscopiques d’un matériau sont une conséquence des interactions entre un champ magnétique extérieur et les moments dipolaires magnétiques des atomes qui le constituent. Différents matériaux réagissent différemment à l’application du champ magnétique.

Voir aussi: Propriétés magnétiques

Résistivité électrique du Tungstène

La résistivité électrique du tungstène est de  52,8 nΩ⋅m.

La conductivité électrique et son inverse, la résistivité électrique, est une propriété fondamentale d’un matériau qui quantifie la manière dont le tungstène conduit le flux de courant électrique. La conductivité électrique ou conductance spécifique est l’inverse de la résistivité électrique.

Susceptibilité magnétique du Tungstène

La susceptibilité magnétique du tungstène est de +59e-6 cm^3/mol.

En électromagnétisme, la susceptibilité magnétique est la mesure de l’aimantation d’une substance. La susceptibilité magnétique est un facteur de proportionnalité sans dimension qui indique le degré d’aimantation du tungstène en réponse à un champ magnétique appliqué.