Молибден свойства и применение. Применение молибдена и его свойства

Молибден по классификации в периодической таблице Менделеева относится к IV группе элементов. Имеет атомарный номер 42, а масса его атома равна 95,94. принято обозначать символом «Мо».

Молибден – это редкоземельный металл. Его объем составляет порядка 0,00011% от общей массы земли. В чистом виде имеет стальной сероватый цвет, в диспергированном – серовато-черный.

Молибден, как металл, в природе не встречается. Он содержится в минералах, которых на сегодняшний день известно порядка двадцати. Преимущественно это молибдаты, которые образуются в кислотной магме и гранитоидах.

Сырье, из которого производится металлический молибден – молибденовые концентраты. В их составе данного элемента содержится около 50%. Также в них содержатся: сера ~ 30%, оксид кремния (до 9%) и около 20% прочих примесей.

Предварительно концентрат обжигают с целью дополнительного окисления. Процесс проводят в печах двух типов: многоподовых или кипящего слоя. Температура обжига 570 °С — 600 °С. В результате чего получается огарок — МоО 3 и примеси.

На следующем этапе удаляют примеси для получения чистого оксида молибдена. Применяются два способа:

1. Возгонка при температуре 950 °С — 1100 °С.
2. Химическое выщелачивание. Суть способа в том, что при взаимодействии с аммиачной водой устраняются примеси меди и железа и получается карбид молибдена, который кристаллизуют выпаркой или нейтрализацией. Далее карбид нагревают и выдерживают при температуре до 500°С. На выходе – чистый оксид МоО3, в котором содержание примесей всего 0,05%.

Производство молибдена основано на восстановлении МоО3. Процесс проводят в два этапа:

1. В трубчатой печи при температуре 550°С — 700°С в потоке сухого водорода происходит отделение атомов кислорода.
2. Далее температура поднимается до 900°С — 1000°С и происходит окончательное восстановление. Полученный металл находится в виде порошка.

Для получения монолитного металла пользуются плавлением или спеканием порошка. Плавку используют, когда получают заготовки массой от 500 кг. Процесс производят в дуговых печах с охлаждаемым тигелем, в который подается расходуемый электрод из ранее спеченных штабиков.

Порошковое спекание – это прессование в атмосфере водорода при высоких значениях давления (2000-3000 атмосфер) и температуры (1000°С — 1200°С). Полученные штабики, подвергаются спеканию при высоких температурах равных 2200°С — 2400°С. В дальнейшем молибдену придается необходимая форма за счет обработки давлением – ковкой, прокаткой, протяжкой.

Широко в промышленности используется ферромолибден, в котором до 60-70% молибдена, а оставшееся — железо. Его получают путем введения в сталь молибденовых присадок. Сплав получают путем восстановления огарка силикатом железа с добавками стальной стружки и железистой руды.

Физические свойства

Использование молибдена зависит от его свойств и характеристик. Присущие физические свойства молибдена приведены ниже:

• тип металла — высокотемпературная плавка;
• молибденовый цвет – свинцовый;
• плотность молибдена — 10,2 г/cм 3 ;
• плавление при температуре — 2615°С;
• закипание при температуре — 4700°С;
• проводимость тепла — 143 Вт/(м·К);
• тепловая емкость — 0,27 кдЖ/(кгК);
• энергия для плавления — 28000 Дж/моль;
• энергия для испарения — 590000 Дж/моль;
• линейное расширение, коэффициент — 6·10 -6 ;
• электрическое сопротивление — 5,70 мкОм·см;
• расчетный объем — 9,4 см 3 /моль;
• усилие сдвига — 122·10 ·6 Па;
• твердость — 125 НВ;
• магнитная проницаемость -90·10 -6 .

Точению данный металл подвергается не часто, но обработка ведется стандартизованным инструментом.

Химические свойства

Молибден, химические свойства которого приведены ниже, имеет следующие характеристики:

• радиус валентности — 130·10 -12 м;
• ионный радиус — (+6e) 62 (+4e) 70·10 -12 м;
• электрическая отрицательность — 2,15;
• потенциал электрический – 0;
• валентности при окислении — 2-3-4-5-6
• валентность молибдена – 6;
• температура начала окисления — 400°С;
• окисление до МоО3 при температуре — 600°С и выше;
• реакция с водородом – нейтральная;
• температура реакции с хлором – 250°С;
• температура реакции с фтором – комнатная;
• температура реакции с серой – 440°С;
• температура реакции с азотом — 1500°С.

С кислородом элемент образует два основных оксида:

• МоО 3 – кристаллическая форма белого цвета
• МоО 2 – серебристого цвета.

Молибден MoS 2

Свойства растворимости молибдена в химических растворах: растворим в щелочах и кислотах при нагревании. Это способствует получению различных соединений или его очищению.

Обработка молибдена

Обработка молибдена затруднена в связи с невысокой вязкостью при низких температурах. Также он имеет малую пластичность, поэтому для его обработки применяются следующие методы:

1. горячее деформирование:
   • ковка;
   • прокатка;
   • протяжка;

1. термообработка;
2. механическая обработка.

При обработке небольших заготовок используются обжимные машины. Крупные заготовки прокатываются на малых станах или получают форму на протяжных станках.

Если возникает необходимость механической обработки резанием, то механическая обработка молибдена ведется инструментом, изготовленным из марок быстрорежущих сталей. Заточка углов инструмента при токарной обработке должна соответствовать углам заточки для обработки чугуна.

Термообработка молибдена характеризуется высокой прокаливаемостью из-за его содержания в сталях. Проведенная закалка повышает твердость и износоустойчивость ответственных деталей.

Применение

Около 3⁄4 всего производимого редкоземельного металла используется как легирующий элемент при производстве сталей. Оставшаяся 1⁄4 часть используется в чистом виде и в химических соединениях. Применение он нашел во многих отраслях промышленности.

1. Космическая область и авиастроение. Изделия из молибдена и его сплавов нашли применение для облицовки и изготовления головок ракет и носов самолетов, летающих на скоростях выше звуковых. Использование как конструкционный материал – это обшивка, а как тепловой экран – головная часть.
2. Металлургия. Применение молибдена в литейном производстве и металлургии обусловлено высокой прокаливаемостью. Следовательно, повышается прочность, коррозионная стойкость, вязкость. В его сплавах с кобальтом или хромом заметно повышается твердость. Из легированных сталей с молибденовыми добавками изготавливаются ответственные детали. Его добавляют в жаро- и кислотоустойчивые сплавы. Поэтому большинство инструментов, производящих горячую обработку, изготавливаются из сталей, легированных Мо.
3. Химическая промышленность. Из материалов с Мо, обладающих кислотоустойчивостью, изготавливают различные аппараты для производства кислот или их переработки. Нагреватели печей, внутри которых водородная среда также изготавливаются из молибденовых сплавов. Также данный металл можно найти в составе некоторых лаков, красок, эмалей и термически наносимых глазурей. Используют металл и как катализатор для химических реакций.
4. Радиоэлектроника. Мо — незаменимый материал для изготовления электроосветительных и электронно-вакуумных приборов, среди которых многим известны радиолампы.
5. Медицина. В медицине элемент используется при изготовлении рентгеновских аппаратов.
6. Изделия из стекла. Из-за плавления при высокой температуре Мо используют при плавлении стекла.

Марки молибдена и его сплавов

Сплавы молибдена чаше применяются в промышленности, чем чистый металл. Среди них выделяются:

• металл с чистотой 99,96%, который используется для производства электронных устройств, маркируется МЧ;
• металл, получаемый плавкой под вакуумом, маркируется молибден МЧВП;
• для производства проволоки, используемой в источниках света, применяется металл под маркой МРН, где его содержание равно 99,92%;
• при введении присадки, кремниевая щелочь, молибден маркируется МК;
• в Мо вводится цирконий (Zr) или титан (Ti) – марка ЦМ;
• при введении рения – МР;
• вольфрам с Мо – МВ.

Плюсы и минусы молибдена

Среди достоинств следует отметить следующие:

• низкая плотность, а отсюда большая прочность;
• высокий показатель модуля упругости;
• термоустойчивость;
• жаростойкость;
• коррозионная стойкость;
• практически не расширяется при нагревании.

• после сварки швы обладают хрупкостью;
• снижение температуры уменьшает пластичность;
• механическое упрочнение возможно до 8000 °С.

В статье “Молибден. Свойства, применение, производство, продукция” подробно рассматривается тугоплавкий металл молибден . Описаны свойства молибдена, указаны области его применения. Также перечислены различные марки молибдена с указанием их особенностей.

Статья освещает процесс производства молибдена от стадии обогащения руды до стадии получения заготовок в виде штабиков и слитков. Отмечаются характерные особенности каждой стадии.

Особое внимание в статье уделяется продукции (проволока, прутки, листы, полосы, порошок и др.). Описаны процессы изготовления той или иной продукции из молибдена, ее характерные особенности и области применения.

Глава 1. Молибден. Свойства и области применения 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 t пл = 2620 °С. Рассматривая различные применения молибдена в качестве металла, наиболее важными свойствами следует считать плотность, температуру плавления, электрическое сопротивление, коэффициент линейного расширения.

§1. Свойства молибдена

Основные физические и механические свойства молибдена представлены в таблице. Стоит также заметить, что электропроводность молибдена выше по сравнению с электропроводностью железа и ниже, чем аналогичное свойство меди. По механической прочности молибден немного уступает вольфраму, но, в тоже время, легче поддается обработке давлением.

Свойство	Значение
Физические свойства
Атомный номер	42
Атомная масса, а.е.м. (г/моль)	95,94
Атомный диаметр, нм	0,273
Плотность, г/см 3	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	122,0
Коэффициент Пуассона	0,30
Временное сопротивление σ B , МПа	800-900
Относительное удлинение δ, %	0-15

§2. Марки молибдена

Марка молибдена	Характеристика марки
МЧ	Молибден чистый без присадок
МЧВП	Молибден чистый без присадок, полученный с помощью вакуумной плавки
МРН	Молибден без присадок. Молибден разного назначения. Температура рекристализации молибдена этой марки может быть несколько выше, чем у молибдена марки МЧ за счет большего содержания примесей
МК	Молибден с кремнещелочной присадкой. Характеризуется значительно более высокой температурой рекристализации, по сравнению с молибденом марки МЧ и более высокой прочностью при изгибе в отожженном состоянии
МР	Сплавы молибдена и рения
ЦМ	Молибден с присадкой циркония и/или титана
МВ	Сплавы молибдена и вольфрама

Жаропрочные материалы на основе молибдена можно разделить на четыре группы:

1. практически чистый молибден;
2. низколегированные малоуглеродистые сплавы;
3. низколегированные высокоуглеродистые сплавы;
4. высоколегированные сплавы.

К первой группе относят молибден чистый вакуумной выплавки (МЧВП, ЦМ1) или с микролегированием никелем, который повышает пластичность металла при низких температурах (напрмер, марка ТСМЗ). Содержание углерода в указанных материалах, как правило, поддерживается на нижнем пределе, чтобы сохранить достаточную пластичность.

Во вторую группу входят такие сплавы молибдена, как ЦМ5, ЦМ6, ЦМ-2А, ВМ-1, ТСМ4 с типичным содержанием углерода (по массе) 0,004-0,05% С, а также сплавы ЦМ10 и ТСМ-7 с пониженным содержанием углерода. Сплавы ЦМ5 и ЦМ6 относятся к системе молибден-цирконий (Mo-Zr), а сплавы ЦМ-2А, ВМ-1 легированы одновременно небольшими добавками титана и циркония. Сплав ТСМ4, помимо циркония, содержит небольшие концентрации никеля и углерода, это сплав системы молибден-цирконий-никель-углерод (Mo-Zr-Ni-C). Среди сплавов второй группы наиболее широко распространен малолегированный сплав ЦМ-2А, отличающийся достаточной технологичностью и более высокой жаропрочностью по сравнению с чистым молибденом. Сплав ЦМ-2А наименее склонен к хладноломкости после деформации. Рекристаллизация повышает его склонность к хрупкости. Сплав ВМ-1 по составу и свойствам близок к сплаву ЦМ-2А. Сплав ЦМ5 более жаропрочен, чем ЦМ-2А. Сплав ЦМ6 с меньшим содержанием циркония и углерода уступает сплаву ЦМ5 по жаропрочности, но является более технологичным, менее склонен к хладноломкости в рекристаллизованном состоянии, хорошо сваривается.

В третью группу (низколегированные высокоуглеродистые сплавы) входит ВМ-3 с повышенным содержанием углерода, доходящим (по массе) до 0,25-0,50%. Чтобы связать весь углерод в карбиды, этот сплав легирован большим количеством титана и циркония; дополнительное упрочнение обеспечивает ниобий. Карбиды титана (TiC) и циркония (ZrC) улучшают жаропрочность сплава. В то же время карбид молибдена (Mo 2 C) оказывает негативное влияние на технологические свойства сплавов. Его присутствие снижает пластичность как при комнатной, так и при высокой температуре. Для исключения образования Mo 2 C титан, цирконий и углерод вводят в сплавы в определенных пропорциях.

К четвертой группе (высоколегированные сплавы) относятся ЦМВ30, ЦМВ50 и МР47ВП. Для сплавов ЦМВ30 и ЦМВ50 характерна высокая жаропрочность, обусловленная их легированием большими количествами вольфрама, а сплав МР47ВП системы молибден-рений (Mo-Re) отличается высокими прочностными свойствами при умеренных температурах и большой технологичностью. Жаропрочность последнего сплава может быть существенно повышена введением карбидов ZrC и ТiС.

§3. Области применения молибдена

Тугоплавкий металл молибден нашел широкое применение в современной промышленности как в качестве легирующей добавки к различным сплавам, так и в качестве конструкционного материала .

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.

Глава 2. Производство молибдена

§1. Процесс получения тугоплавкого металла молибден

Молибден принято относить к широкой группе редких металлов. Помимо данного металла в эту группу входят вольфрам, ванадий и другие. Для редких металлов характерны сравнительно небольшие масштабы производства и потребления, а также малая распространенность в земной коре. Например, как правило, содержание молибдена в рудах составляет сотые и тысячные доли процента. Ни один редкий металл не получают непосредственным восстановлением из сырья. Сначала сырье перерабатывается на химические соединения. Кроме того, все редкометаллические руды подвергаются дополнительному обогащению перед переработкой.

В процессе получения редкого металла можно выделить три основных стадии:

1. Разложение рудного материала - отделение извлекаемого металла от основной массы перерабатываемого сырья и концентрирование его в растворе или осадке.
2. Получение чистых химических соединений - выделение и очистка химического соединения.
3. Выделение металла из полученного соединения - получение чистых редких металлов.

Наибольший интерес для промышленного применения имеет минерал молибденит (MoS 2), который также носит название «молибденовый блеск». Всего известно около 20 минералов, содержащих молибден. Из руд, в состав которых входит молибденит, получают около 99% молибдена. Самыми распространенными в промышленном производстве являются медно-молибденовые руды. В процессе получения молибдена из этих руд также получают рений. Помимо медно-молибденовых руд для получения молибдена используют кварцево-молибденовые, кварцево-молибдено-вольфрамитовые и скарновые руды.

Процесс получения молибдена состоит из нескольких стадий.

1. Обогащение молибденовой руды. Оно производится с помощью флотации. В результате обогащения получают молибденитовые концентраты, содержащие 90 - 95 % MoS 2 . Промышленность выпускает концентраты трех марок: КМ1 (содержит не менее 50% молибдена), КМ2 (содержит не менее 48% молибдена) и КМ3 (содержит не менее 47% молибдена). В молибденитовых концентратах контролируется содержание примесей - фосфора, мышьяка, олова, меди и кремнезема. Если обогащению подвергаются полиметаллические молибденовые руды, то, как правило, содержание молибдена в концентратах составляет 15-20%.
2. Получение трехокиси (ангидрида) молибдена MoO 3 , который служит исходным сырьем для производства металлического молибдена. Сначала получают огарок (оксид молибдена MoO 3 , содержащий большое количество примесей) из молибденитового концентрата (MoS 2) путем окислительного обжига последнего. Далее из огарка получают молибденовый ангидрид (чистый MoO 3). Для этого могут применяться такие процессы, как возгонка или гидрометаллургическая (химическая) переработка огарка. В результате получают чистую трехокись молибдена с содержанием последнего не менее 99,975%
3. Получение молибденового порошка. Исходным сырьем для получения чистого металла служит ангидрид молибдена MoO 3 . Для производства чистого молибденового порошка проводят процесс восстановления ангидрида водородом. Восстановление осуществляется в три стадии: восстановление MoO 3 до MoO 2 при температуре 450-600 °С; восстановление MoO 2 при температуре 950 °С до металла, содержащего 0,5-1,5% кислорода; уменьшение содержания кислорода в металле ниже 0,25-0,3% путем восстановления при температуре 1000-1100 °С. В результате получают чистый молибденовый порошок, имеющий среднюю крупность зерен около 0,5-2 мкм.
4. Получение компактного молибдена. Компактный молибден, как правило, в виде штабиков или слитков является заготовкой для производства полуфабрикатов, таких, как проволока, пруток, лента и так далее.

§2. Получение компактного молибдена

Существуют два способа получения компактного молибдена. Первый заключается в применении методов порошковой металлургии. Второй - с помощью плавки в печах различного принципа действия.

Методы порошковой металлургии
Данный способ получения ковкого молибдена является наиболее распространенным, так как позволяет более равномерно распределять присадки, которые улучшают физико-механические свойства молибдена. В качестве присадок могут использоваться титан (Ti), цирконий (Zr), ванадий (V) и другие металлы.

Процесс получения компактного молибдена методом порошковой металлургии состоит из нескольких стадий:

1. прессование штабиков из металлического порошка - формовка;
2. низкотемпературное (предварительное) спекание заготовок;
3. спекание (сварка) заготовок;
4. обработка заготовок с целью получения полуфабрикатов - молибденовой проволоки, прутков и других полуфабрикатов; обычно заготовки обрабатывают под давлением (ковкой) или подвергают механической обработке резанием (например, шлифование, полирование).

С помощью метода гидростатического прессования металлический молибден в виде порошка формуют в штабики сечением 2-16 мм 2 и длиной 450-600 мм. Заготовки, масса которых достигает 300 кг, формуют методом гидравлического прессования. Стоит заметить, что спрессованные молибденовые штабики прочнее вольфрамовых вследствие меньшего размера зерен молибденового порошка и большей пластичности молибдена.

Предварительное спекание штабиков обычно проводят в муфельных или трубчатых печах при температуре 1110-1200 °С. Спекание (сварку) осуществляют при температуре 2200-2400 °С в специальных аппаратах для высокотемпературного спекания. Если заготовки крупногабаритные, то для их спекания предпочтительнее использовать печь с косвенным нагревом. Примером подобной печи является вакуумная печь непрерывного действия для высокотемпературного спекания штабиков косвенным нагревом, где в качестве нагревателей используются графитовые стержни. Стоит заметить, что предварительное спекание штабиков осуществляется в среде водорода, что способствует упрочнению заготовки и повышению электропроводности.

Плавка
Плавка используется для получения компактного молибдена в виде крупногабаритных заготовок (от 200 до 2000 кг), предназначенных для проката, вытяжки труб, производства изделий методом литья. Осуществляется плавка в электрических дуговых печах с расходуемым электродом и/или электронно-лучевая плавка. В результате плавки получаются молибденовые слитки.

При дуговой плавке в качестве электродов служат пакеты спеченных молибденовых прутков, которые, в свою очередь, получают путем сваривания (спекания) штабиков. Подобные прутки, как правило, имеют длину 1-2,5 м и объединяются в пакеты по 4-16 прутков, а в некоторых случаях и больше.

После дуговой плавки молибденовые слитки содержат следующие примеси (приблизительно), %: O 2 – 1-3 ∙ 10-4, H 2 – 1-2 ∙ 10-5, N 2 – 10-3-10-4. В результате электронно-лучевой плавки удается избавиться от большого числа примесей, среди которых кислород, азот, углерод, железо, медь, никель, марганец, кобальт. Стоит заметить, что при получении молибденовых слитков любым из приведенных способов для глубокой очистки молибдена от кислорода (содержание в металле

Глава 3. Продукция из молибдена. Прутки, проволока, листы (полосы), порошок

Промышленность выпускает большое количество продукции из тугоплавкого металла молибден. В данном контексте стоит выделить продукцию круглого сечения - молибденовые прутки и проволоку, плоский прокат – полосы, листы и ленты из молибдена, а также порошки.

Заготовками для производства перечисленной выше продукции могут служить спеченные молибденовые штабики (изготовлены методом порошковой металлургии) или слитки (изготовлены методом литья). Большинство продукции из металла молибден получают путем обработки заготовок давлением. В зависимости от типа и размера заготовок технологические процессы производства продукции могут значительно отличаться.

§1. Молибденовые прутки

Производство
Молибденовые прутки – один из самых распространенных видов продукции из тугоплавкого металла молибден. Помимо самостоятельного назначения прутки из молибдена также могут служить заготовками для изготовления проволоки.

Исходными материалами для производства прутков являются спеченные молибденовые штабики квадратного сечения со стороной 40 мм и меньше, а также слитки плавленого молибдена различных размеров.

В процессе получения молибденовых прутков из штабиков последние подвергаются ротационной ковке. Ковка молибденовых прутков осуществляется в несколько этапов. На каждом этапе получают прутки определенных диаметров, при этом условия ковки специальным образом изменяются в зависимости от диаметра поступающей заготовки.

Устройство ротационной ковачной машины
1 - станина, 2 - вал, 3 - ролики, 4 - стальная обойма, 5 - ковочные плашки, 6 - спеченный штабик

На первом этапе штабики нагревают до тепературы 1350-1400 °С. Непосредственно ковку осуществляют при температуре около 1300 °С. В результате термической обработки плотность пористых штабиков увеличивается, а поры на границах зерен внутри кристаллов исчезают. В итоге прочность материала на растяжение резко повышается и в несколько раз превосходит прочность спеченного штабика. Как правило, для нагрева используются печи сопротивления с нагревателями из молибдена и водородной атмосферой. Для подогрева больших штабиков иногда применяют муфельные печи, в которые в зависимости от размеров муфеля можно помещать одновременно несколько штабиков. Печи размещаются рядом с ковочной машиной, чтобы избежать чрезмерного охлаждения штабиков во время их извлечения из печи и введения в рабочий канал машины. Подача заготовок в ковочную машину осуществляется вручную. На данном этапе получают прутки, диаметр которых составляет 20-25 мм. На следующих этапах температуру ковки постепенно уменьшают с уменьшением диаметра прутков. Ковку прутков, имеющих диаметр 2,5-3 мм, осуществляют при температуре 950-1000 °С.

Когда длина прутков значительно возрастает, переходят на непрерывную ковку. Данный переход осуществляют при диаметре прутка 3 мм, если исходными заготовками были штабики сечением 10х10 или 12х12 мм. Подача прутков в ковочную машину осуществляется механически, а для подогрева используется газовая печь. При непрерывной ковке прутки покрывают смазкой – аквадагом или гидроколлагом (водные коллоидные суспензии графита). Смазка предохраняет пруток от окисления и уменьшает износ матриц ковочной машины.

К недостаткам ротационной ковки можно отнести трудоемкость процесса и неровность поверхности получаемых прутков. При нагреве заготовок возникают значительные потери молибдена вследствие его окисления. Для снижения потерь и улучшения пластических свойств молибдена разработаны процессы ковки в атмосфере инертного газа.

Помимо спеченных штабиков заготовками для производства молибденовых прутков могут служить слитки. Слитки плавленого молибдена имеют грубую крупнозернистую структуру и значительно труднее поддаются обработке давлением, чем спеченные заготовки. Поэтому горячую ковку можно применять только для слитков диаметром до 100 мм. Ковка осуществляется при температуре 1400-1450 °С. Заготовки диаметром 150 мм и больше обрабатывают методом прессования. Ковка таких заготовок может привести к образованию трещин.

Перед прессованием слиток нагревают до температуры 760 °С, покрывают специальной эмалью, на которую затем накатывают тонкоизмельченное стекло. Стекло в данном случае выступает в качестве смазки. Затем заготовку нагревают до 1260 °С и еще раз покрывают стеклом. Далее осуществляется прессование. После прессования слитки подвергают горячей ковке при температуре 1425 °С. У полученного в результате ковки прутка обрезают концы. Затем пруток обтачивают на глубину до 25 мм с целью удаления стекла и слоя окалины. В дальнейшем прутки могут подвергаться ковке для получения необходимого размера.

Стоит заметить, что изделия из спеченных и плавленых заготовок молибдена не отличаются по свойствам.

Применение
Одним из направлений применения продукции из молибдена является изготовление нагревателей высокотемпературных электрических печей (см. ). Молибденовые прутки могут использоваться в качестве таких нагревателей. Как правило, нагреватели из молибденовых прутков являются свободноизлучающими, то есть тепло передается от нагревателя непосредственно нагреваемому изделию, за счет чего достигается более эффективное использование мощности печи. Крепление таких нагревательных элементов должно быть очень надежным, чтобы исключить их провисание. Нагреватели из молибденовых прутков обладают высокой прочностью. Они используются в высокотемпературных электрических печах, обладающих большой мощностью.

Молибденовые прутки применяются для изготовления вводов электровакуумных приборов. Широкое распространение в данной области прутки из молибдена получили благодаря тому, что данный металл имеет достаточно высокую электропроводность и малый коэффициент термического расширения, отлично согласующийся с коэффициентом термического расширения тугоплавкого стекла, из которого сделаны корпусы электровакуумных приборов. Прутки из молибдена применяют для изготовления вводов, рассчитанных на большую силу тока, например, для вводов стеклянных вентилей.

Одной из наиболее важных областей применения молибденовых прутков является производство проволоки, где молибденовые прутки выступают в качестве заготовок (см. ).

Список литературы

• Агте К., Вацек И. «Вольфрам и молибден» .
• Зеликман А.Н «Молибден» .
• Елагин В.И., Колачев Б.А., Ливанов В.А. «Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов» .
• Уткин Н.И. “Металлургия цветных металлов” .
• http://ru.wikipedia.org
• http://slovari.yandex.ru
• http://www.сайт

70-80 % добываемого молибдена идет на производство легированных сталей. Остальное количество применяется в форме чистого металла и сплавов на его основе, сплавов с цветными и редкими металлами, а также в виде химических соединений. Молибден используется для легирования сталей, как компонент жаропрочных и коррозионностойких сплавов.

Стволы орудий и ружей, детали самолетов и автомобилей, паровые котлы и турбины, режущие инструменты и бритвенные лезвия - все это молибденовая сталь. Благотворно влияет молибден и на свойства чугуна: повышается прочность металла, увеличивается его износостойкость.

Хром-молибденовые и никель-молибденовые стали использовались (используются и сейчас) при выплавке металла для стволов артиллерийских орудий, винтовок, ствольных коробок и бронебойных снарядов благодаря своей высокой упругости и способности к точной токарной обработке. Конец войны и последующее снижение спроса дали толчок новым исследованиям применения молибдена. В 1925 немецкая фирма BASF (Баденская анилиново-содовая фабрика) запатентовала молибденсодержащий катализатор, устойчивый к действию серы в процессах гидрогенизации угля и повышающий их эффективность. Появилось большое число низколегированных молибденсодержащих автомобильных сталей, а в 1926 с конвейера сошел Wills Saint Claire – первая в мире марка автомобиля, сконструированного из стали с добавкой молибдена. В начале 1930-х началось активное использование молибдена в конструкционных материалах, в производстве быстрорежущих сталей, большинство которых всегда содержит добавку этого элемента.

Сейчас 80% получаемого в мире молибдена используется в черной металлургии: в производстве низколегированных нержавеющих сталей, содержащих менее 4% Mo, быстрорежущих и других инструментальных сталей, доля молибдена в которых достигает 9,5%. Молибден улучшает легирующие свойства хрома в нержавеющих сталях, что особенно важно при их использовании в коррозионных средах, например, морской воде или в качестве конструкционных материалов в процессах нефтехимии. Металлорежущие молибденосодержащие инструменты могут закаливаться в процессе работы. В расплавы сталей элемент добавляется в виде молибдата кальция, молибденового ангидрида или ферромолибдена. Ферромолибден обычно получают при восстановлении огарков от обжига MoS2 в присутствии железа.

Большая часть остального потребления элемента № 42 приходится на молибденсодержащие катализаторы, которые широко примененяются в процессах переработки нефти (крекинга, гидроочистки, риформинга), превращения метанола в формальдегид, парофазного окисления пропилена в акролеин, аммонолиза толуола, эпоксидирования различных алкенов и других.

Чистый молибден находит ограниченное применение при изготовлении нагревательных элементов, а также в электровакуумной технике и электроламповом производстве.

Первое место в мире по потреблению молибденовой продукции занимает Западная Европа (35%), за ней следуют США (25%) и Япония (17%). На долю этих регионов приходится более 90% мирового использования молибдена.

В технике используются некоторые соединения молибдена. Так, MoS 2 - смазочный материал для трущихся частей механизмов; дисилицид Молибдена применяют при изготовлении нагревателей для высокотемпературных печей; Na 2 MoO 4 - в производстве красок и лаков; оксиды Молибдена - катализаторы в химической и нефтяной промышленности.

Молибден находит широкое применение в металлургической промышленности в качестве легирующего элемента при производстве специальных сталей.
Молибден применяется также как главная составляющая жаропрочных сплавов, особенно в последние годы в связи с развитием газотурбостроения (газовые турбины, ракеты, реактивные двигатели и т.д.).
Добавки молибдена повышают прочность, предел упругости, сопротивление ползучести при повышенных температурах, а также коррозионную стойкость стали.
Чистый молибден в виде ленты и проволоки используется для нагревателей в печах электросопротивления и в виде жести в электровакуумной и радиотехнической промышленности. Карбид молибдена используется при изготовлении твердых сплавов.
В химической промышленности молибден используется для производства красителей и специальных составов, повышающих огнестойкость пропитываемых ими тканей и дерева, а также при изготовлении удобрений для сельского хозяйства (кристаллы, содержащие 97% дигидрата молибдена), катализаторов и смазочных веществ (дисульфит молибдена).
Молибден поддается прокатке, штамповке и ковке.
Молибденовый порошок, получаемый восстановлением трехокиси молибдена или аммониевого соединения молибдена в атмосфере водорода, служит исходным материалом для получения металлических штабиков, которые используются для изготовления сплавов или производства прутков, проволоки, листов, труб и других изделий из чистого молибдена.
Молибден, предназначенный для производства специальных сплавов, выпускается по техническим условиям ЦМТУ 4787-56 высокой чистоты с содержанием молибдена 99,98%; примеси олова, свинца, кадмия, висмута и сурьмы не должны превышать 0,0001% каждого; меди, цинка, магния, алюминия, кремния, мышьяка, серы и фосфора - 0,001% и железа - 0,005%, а всего примесей должно быть менее 0,02%.
В настоящее время в полупромышленном масштабе получают молибден чистоты 99,99%.
Молибден высокой чистоты выпускается в виде порошка или штабиков квадратного сечения размерами от 10х10 до 25х25 мм и длиной 350-460 мм.
Молибденовые штабики, предназначенные для производства проволоки, прутков, листов, труб и других изделий, изготовляются по техническим условиям ТУОР 7-53 сечением не менее 14,5х14,5 мм и длиной более 450 мм. Химический состав таких штабиков должен быть (% к металлу): не более 0,03 R2O3 (сумма окислов трехвалентных металлов), 0,03Si02, 0,005 никеля и 0,008 окиси магния и кальция; остальное молибден.
Так как металлический молибден получается металлокерамическим способом, то свойства молибдена зависят от предварительной его обработки
Механические свойства молибдена в зависимости от состояния приведены в табл. 39.

Основным недостатком молибдена является большая скорость окисления его при высоких температурах (в потоке воздуха при 1000° скорость окисления 0,5-1,25 мм/час), уже при температуре порядка 800° на поверхности металла образуется окисел молибдена М0О3, который испаряется со значительной скоростью. В сухом воздухе при 500° молибден почти не окисляется. Для защиты поверхности молибдена от окисления его плакируют другими металлами (никелем, сплавом платины с родием и др.) или легируют некоторыми элементами, предотвращающими образование М0О3.
Кислород является вредной примесью в молибдене и допускается не более 0,003%. При большем содержании кислорода выделяющаяся при охлаждении металла и распологающаяся по границам зерен окись молибдена сообщает ему хрупкость и делает не пригодным для обработки давлением.
Развитие высокотемпературной техники потребовало создать молибденовые сплавы с высокой температурой рекристаллизации, высокой твердостью и прочностью при повышенной температуре и хорошей коррозионной стойкостью. Легирующие добавки позволили значительно улучшить свойства молибдена при высоких температурах.
Влияние различных добавок при комнатной температуре на твердость молибдена приведено на рис. 43, а при повышенных температурах - на рис. 44.

Предел прочности и удлинение некоторых молибденовых сплавов в зависимости от температуры отжига приведены на рис. 45.
Установлено, что в твердых растворах легирующие добавки с большим атомным радиусом, чем у молибдена, сильно тормозят рекристаллизацию, а с меньшим атомным радусом - мало влияют на рекристаллизацию. Например цирконий (атомный радиус 1,55 А) значительно повышает температуру рекристаллизации при незначительном его добавлении в молибден, а ниобий (атомный радиус 1,43 А) начинает влиять на рекристаллизацию при добавках его выше 1%. Сильно повышают температуру рекристаллизации молибдена добавки бериллия, марганца, ванадия и хрома.
Легирующие добавки значительно улучшают механические свойства сплавов молибдена, повышают их коррозионную стойкость, прочность и твердость при высоких температурах. Сплавы молибдена с кремнием обладают высокой жаростойкостью при высоких температурах (1500°).
Молибден с добавкой 0,5% титана обладает более удовлетворительной прочностью при температурах выше 800°, чем другие сплавы.
Хром в количестве 1,2% несколько уменьшает окисляемость молибдена при высоких температурах, но делает молибден хрупким, уменьшая его способность к ковке. Молибден, содержащий 0,1% бериллия, хорошо поддается термообработке.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:

Добавить

01.04.2019

Все мы знаем, что транспортерная лента выступает в качестве тяговой и несущей части конвейера ленточного типа. Такие изделия производят из разнообразных полимерных...

01.04.2019

Современные утюги очень практичные и удобные. Однако и они требуют регулярного ухода. От состояния утюга зависит качество глажки одежды. Важно, чтобы он был всегда...

01.04.2019

Из нашего материала вы узнаете, что делать, если забился унитаз, как можно прочистить его самостоятельно без вантуза и троса, и почему он засоряется....

01.04.2019

Известная корпорация из Черногории под названием Uniprom, под контролем которой находится алюминиевое предприятие Kombinat Aluminijuma Podgorica, сделала заявление о...

01.04.2019

В наше время, сдавая металлолом, вы имеете уникальную возможность получить максимально быстро неплохой доход, при этом у владельца лома отсутствуют какие-либо...

01.04.2019

На сегодняшний день промышленный демонтаж является весьма популярной услугой, которую необходимо заказывать для сноса строения и х модернизации. Вся процедура состоит из...

31.03.2019

Любая отрасль производства развивается и растёт. Технологии, бывшие прорывными десять лет, уже не кажутся чем-то необычным, что нередко ведёт к потери прибыли, как...

29.03.2019

На территории Объединённых Арабских Эмиратов корпорация United Iron & Steel Company передала в использование комплекс, который состоит из двухтактного агрегата...

29.03.2019

На сегодняшний день электрические лебедки являются не просто востребованными конструкциями, а попросту необходимыми изделиями для подъёма грузов. В таких агрегатах...

История молибдена

История открытия молибдена началась в 1778 году, когда химик из Швеции Карл Шееле получил минеральный молибденит в результате прокаливания молибденовой кислоты (calorizator). Через несколько лет, в 1781 году П.Гьельм получил молибден в виде металла, чистый же молибден был получен только в 1817 году Й. Берцелиусом.

По причине схожести внешнего вида минерального молибдена со свинцовым блеском, сначала их называли одинаково - от древнегреческого μόλυβδος, что означает свинец.

Молибден является элементом VI группы V периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 42 и атомную массу 95,94. Принятое обозначение - Mo (от латинского Molybdaenum ).

Нахождение в природе

Молибден в свободном виде в природе не распространён. Имеется в виде нескольких десятков известных минералов в земной коре, морской и речной воде, в нефти, углях, мизерное количество в воздухе. Основные месторождения молибдена находятся на территории США, Мексики, Чили, Канаде, России и Армении.

Физические и химические свойства

Молибден является переходным мягким металлом светло-серого цвета с характерным металлическим блеском. Устойчив во время нахождения на воздухе при комнатной температуре, процесс окисления начинается при температуре выше 400˚с.

Суточная потребность в молибдене меняется в зависимости от возраста, на неё влияют также физическая нагрузка и масса тела. Норма для детей с рождения и до 10-летнего возраста составляет 15-150 мкг в день, для взрослых - 75-250 мкг, после 70-ти лет потребность в молибдене снижается и не должна превышать 200 мкг в сутки. Обычно необходимое количество данного микроэлемента человек получает с пищей, поэтому дополнительный приём не требуется.

Полезные свойства молибдена и его влияние на организм

Молибден важен для:

• Стимулирования деятельности ферментов, обеспечивающих синтез кислот и дыхание тканей;
• Поддержания здорового состояния зубов;
• Улучшения качественного состава крови, увеличения уровня гемоглобина крови;
• Регулирования обменных процессов;
• Выведения мочевой кислоты, предотвращения возникновения подагры;
• Профилактики импотенции и других расстройств мужской половой сферы;
• Участия в синтезе витаминов ,
• Профилактики диабета.

Взаимодействие с другими

Молибден является важной частью фермента, отвечающего за утилизацию . При избытке молибдена нарушается утилизация и синтез витамина .

Главными поставщиками молибдена в организм человека являются зелёные листовые овощи ( , ), злаки, крупы ( , ) и бобовые ( , ). Присутствует молибден в , рыбе, орехах и ягодах.

Применение молибдена в жизни

Основное применение молибдена - металлургическая промышленность, также используется при производстве ламп накаливания.

Признаки избытка молибдена

Чрезмерное количество молибдена случается у работников металлургической сферы промышленности, проявляется так называемой молибденовой подагрой, которая обусловлена повышением мочевой кислоты в крови.

Недостаточное количество молибдена (дефицит) встречается крайне редко, как правило, в регионах, где в почвах не хватает минерала или у людей со скудным рационом питания. Признаками нехватки молибдена являются: замедление роста, выпадение волос, возникновение отёков, дряблость кожи и мышц, дерматиты и грибковые поражения кожных покровов.