ГЛАВА 1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРИМЕНЕНИЕ МОЛИБДЕНА 1.1. Свойства и применение молибдена Молибден (обозначается Mo) - химический элемент VI группы 5-го периода таблицы Д.И. Менделеева, имеет номер 42; переходный металл светло-серого цвета. Он относится к разряду тугоплавких металлов, имеет температуру плавления tпл = 2620 °С. Основные свойства молибдена: Высокая точка плавления (около температуры в 2620 °C) и высокая термическая стабильность сырья. Это позволяет ему использоваться в высокотемпературных конструкциях, таких как термоэлементы, печи и турбины. Молибдену характерны хорошая прочность и жесткость, что делает его идеальным материалом для производства инструментов и деталей, которые подвергаются высоким нагрузкам и трениям. Устойчивость к коррозии и окислению позволяет ему использоваться в агрессивных средах, таких как, например, химическая промышленность и нефтегазовая отрасль. Является хорошим проводником электричества и тепла. Он используется в электродной промышленности, электронике и других приложениях, где требуется эффективная передача энергии. Отличается низким коэффициентом теплового расширения, что означает, что он не сильно меняет свою форму и размер при изменении температуры. Устойчив к радиационным воздействиям, что делает его полезным материалом для изготовления в ядерной энергетике и других областях, где важна радиационная защита. Является химически инертным материалом, что означает, что он не реагирует с большинством химических веществ. Это делает его значение полезным для химически стойких покрытий и контактов. Основные направления применения молибдена.
1. Легирующий элемент в различных сталях и сплавах цветных металлов
В качестве легирующей добавки молибден активно используется в черной металлургии при производстве сталей и чугунов. В состав конструкционных сталей входит до 0,5 % данного тугоплавкого металла. Благодаря молибдену значительно улучшается структура конструкционной стали. Она становится более однородной и мелкозернистой. Добавление молибдена позволяет улучшить механические свойства сталей и сплавов, а именно: предел упругости, сопротивление износу и удару. Одно из ценных свойств молибдена – его способность устранять отпускную хрупкость аустенитной стали.
Молибден активно применяется при производстве различных инструментальных сталей. Стали, из которых изготавливают штампы, обычно содержат 1-1,5 % данного тугоплавкого металла, быстрорежущие стали – 5-8,5 %. Молибден повышает красностойкость инструментальных сталей, их твердость, прочность, сопротивление образованию закалочных трещин, износу.
Хромистые и хромоникелевые стали также имеют в своем составе молибден. Он снижает хрупкость и повышает жаропрочность данных сталей в условиях длительной работы. Введение 2-4 % молибдена в нержавеющие хромоникелевые стали улучшает их коррозионную стойкость. Тугоплавкий металл молибден также включают и в состав чугунов. Введение в чугун 0,2-0,5 % молибдена повышает вязкость, сопротивление износу и улучшает свойства при высоких температурах, а также уменьшает склонность к росту зерен.
2. Антикоррозионные и жаропрочные сплавы.
Очень часто молибден входит в состав жаропрочных и кислотостойких сплавов. Металлы кобальт и никель, как правило, являются основой жаропрочных сплавов (50-60 %), также такие сплавы содержат хром (20-28 %) и молибден (3-10 %). В качестве примера можно привести жаропрочный сплав, который используется для изготовления лопаток и дисков роторов газовых турбин: Ni – 37 %, Co – 20 %, Cr – 18 %, Fe – 17 %, Mo – 3 %, Ti – 2,8%.
Кислотостойкие сплавы, содержащие 17-28 % молибдена, а также хром, вольфрам и железо, устойчивы к воздействию всех минеральных кислот (например, серная кислота, соляная кислота и другие), кроме плавиковой.
3. Конструкционный материал в аэрокосмической и атомной технике.
Благодаря своим свойствам молибден используется в качестве конструкционного материала в аэрокосмической и атомной технике. Конструкционные металлы и сплавы, применяемые в аэрокосмической отрасли, должны отличаться хорошей жаропрочностью и окалиностойкостью. Данными свойствами обладают тугоплавкие металлы вольфрам, молибден, ниобий и другие, однако, ниобий и молибден имеют большую удельную прочность при температуре до 1370 °С по сравнению с вольфрамом, поэтому более предпочтительны в качестве конструкционных материалов, работающих при указанной и более низких температурах. Молибден используется для изготовления обшивки и элементов каркаса сверхзвуковых самолетов и ракет, а также теплообменников, оболочек возвращающихся на землю ракет и капсул, тепловых экранов, передних кромок ракет, носовых конусов ракет, обшивки кромок крыльев сверхзвуковых самолетов. Молибден с присадками ниобия, ванадия, титана и других металлов, которые повышают жаропрочность, применяется для изготовления ответственных деталей ракетных двигателей и газовых турбин: сопловые и рабочие лопатки газовых турбин, выхлопные сопла и камеры сгорания прямоточных реактивных двигателей. Металл молибден является тугоплавким и достаточно хорошо устойчив к воздействию жидких металлических теплоносителей типа лития и свинцововисмутового сплава. Указанные свойства молибдена позволяют использовать его в качестве конструкционного материала в энергетических атомных реакторах при температуре до 800 °С. Из тугоплавкого металла молибден изготовляют контейнеры, оболочки, трубы и другие элементы активной зоны реактора.
4. Материал для изготовления оборудования для обработки металлов давлением.
Жаропрочность молибдена, его тугоплавкость, высокая теплопроводность и низкий коэффициент расширения позволяют использовать данный метал для изготовления элементов оборудования, предназначенного для горячей обработки металлов давлением. Так из молибдена производят оправки прошивных станов, матрицы, пресс-штемпели. Стоит заметить, что по данным экспериментов прошивные пуансоны для прошивки заготовок из нержавеющей стали, изготовленные из сплава молибдена с 0,5% титана, прошивают до момента выхода из строя в 100 раз больше заготовок по сравнению с пуансонами из других материалов. Также из тугоплавкого металла молибден производят пресс-формы и стержни машин для литья под давлением сплавов меди, цинка и алюминия.
5. Материал для изготовления нагревателей высокотемпературных печей. Проволоку, ленту и прутки из молибдена применяют в качестве нагревателей высокотемпературных электрических печей. Температура в таких печах может достигать 1700 - 2000 °С. Стоит заметить, что молибденовые нагреватели должны работать только в защитной атмосфере (обычно, водород, аргон) или в вакууме. Молибденовые прутки применяют также в качестве электродов в печах для плавки стекла. Как правило, для данных целей используют прутки диаметром от 25 до 150 мм и длиной до 1,8 м. Также встречаются плавильные печи с электродами в виде молибденовых пластин. Стоит заметить, что молибден практически не вступает в реакцию с расплавленным стеклом. Это позволяет использовать данный металл для изготовления деталей стеклоплавильных печей.
6. Материал для производства электроламп и электровакуумной техники.
Такие свойства, как жаропрочность, высокая электропроводность, высокая температура плавления, позволяют применять молибден в производстве электроламп и электровакуумных приборов. Молибденовая проволока применяется для изготовления крючков, которые поддерживают вольфрамовую нить в лампе накала. Также молибден используют в качестве керна для навивки вольфрамовой проволоки.
Молибденовые прутки служат для ввода тока в различные электровакуумные приборы и колбы мощных источников света. Листы из молибдена применяются для производства анодов генераторных ламп. Также из данного метала изготовляют сетки приемно-усилительных ламп, вспомогательные электроды генераторных ламп, катоды газоразрядных трубок. Молибден также нашел применение и в рентгеновской технике. Например, из него производят фокусирующие электроды, вводы катодов. Основная товарная форма молибдена – это ферромолибден. Как импортный продукт в России потребляются оксиды молибдена.
1.2. Стандарты и технические характеристики молибдена Таблица 1.1 Физико-механические свойства молибдена | Свойство | Значение | | Физические свойства | | Атомный номер | 42 | | Атомная масса, а.е.м. (г/моль) | 95,94 | | Атомный диаметр, нм | 0,273 | | Плотность, г/см3 | 10,2 | | Температура плавления, °С | 2620 | | Температура кипения, °С | 4830 | | Удельная теплоемкость, Дж/(г•К) | 0,248 | | Теплопроводность, Вт/(м•K) | 138 | | Электрическое сопротивление, мкОм•см | 5,7 | | Коэффициент линейного термического расширения, 10-6 м/мК | 4,9 | | Механические свойства | | Модуль Юнга, ГПа | 329,3 | | Модуль сдвига, ГПа | 122 | | Коэффициент Пуассона | 0,3 | | Временное сопротивление σB, МПа | 800-900 | | Относительное удлинение δ, % | 0-15 | Источник: по данным открытых источников информации. Таблица 1.1 Марки и состав ферромолибдена | Марка | Содержание вещества в % | | Мо | W | Si | С | Р | S | Cu | As | Sn | Sb | Pb | Zn | Bi | | ФMo60 | 60,1 | 0,3 | 0,5 | 0,05 | 0,05 | 0,1 | 0,5 | 0,02 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | | ФMo60 | 60,2 | 0,3 | 0,8 | 0,05 | 0,05 | 0,1 | 0,5 | 0,02 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | | ФMo58 | 58,1 | 0,5 | 0,5 | 0,08 | 0,05 | 0,1 | 0,8 | 0,03 | 0,02 | 0,02 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | | ФMo58 | 58,4 | 0,5 | 1 | 0,08 | 0,05 | 0,12 | 0,8 | 0,03 | 0,02 | 0,02 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | | ФMo55 | 55,3 | 0,8 | 1,5 | 0,1 | 0,1 | 0,15 | 1 | — | 0,05 | 0,05 | — | — | — | | ФMo50 | 50,5 | — | 3 | 0,5 | 0,1 | 0,5 | 2 | — | 0,1 | 0,1 | — | — | — | Источник: по данным открытых источников информации.
|
