Как добывают молибден. Применение молибдена
Молибден или лат. Molybdaemon представляет собой пластичный металл светло-серого цвета (см. фото). В чистом виде в 1817 году он был выделен в Й.Берцелиусом. В свободном виде в природе не встречается, а сульфид его очень схож по внешнему виду с сульфидом свинца и практически до XVIII столетия эти минералы называли одним словом – молибден, что с древнегреческого переводится как «свинец».
В настоящее время известно около 20 минералов этого вещества – это молибдаты и сульфидные руды. Широкое применение нашел в металлургии при производстве высококачественных сталей в качестве легирующей добавки. Чистый элемент используют при производстве зеркал для мощных газодинамических лазеров, а еще он входит в состав микроудобрений. Соединения этого макроэлемента, такие как оксиды, молибдаты и сульфиды используют в химической промышленности как катализаторы, пигменты красителей, компоненты глазурей. Также молибден есть в составе растений и клетках животных. В некоторых странах молибден добавляют в микроудобрения для повышения содержания азота в почвах, таким образом, повышая урожайность выращиваемых сельскохозяйственных культур.
В последние несколько лет есть предпосылки считать, что благодаря ему не развиваются некоторые онкологические заболевания желудочно-кишечного тракта. Любопытный факт – некоторые ученые полагают, что на Марсе нет жизни, из-за отсутствия на этой планете молибдена.
Действие молибдена
Действие макроэлемента на организм человека определили при изучении фермента ксантиноксидазы всего лишь полвека назад. Хотя и до сих пор не совсем понятен механизм действия этого элемента на организм человека. При дальнейшем исследовании характеристик элемента ученые установили, что молибден в организме играет такие роли:
- Содержится в ферментах, участвующих синтезе мочевой кислоты, которая является конечным продуктом обмена белка, способствуют ее удалению из организма, тем самым препятствуя возникновению подагры.
- Как антиоксидант нормализует функцию мужской половой функции.
- Активирует выработку аминокислот, способствуя накоплению азота.
- Является одним из важных составляющих в процессе дыхания тканей.
- Участвует в метаболизме углеводов и жиров.
- Задерживая фтор в организме, препятствует разрушению зубной ткани и предотвращает возникновения кариеса.
- Содействует утилизации железа в организме, тем самым предотвращая анемию.
- Отвечает за регуляцию процессов роста и обмена веществ.
- Делает более эффективной работу антиокислителей, таких например как витамины В12, С и Е.
- Является участником в процессе образования гемоглобина.
- Позитивно влияет на микрофлору кишечника.
- Выводит токсины и помогает справиться с отравлениями.
Суточная норма
Медики до настоящего времени так и не сошлись во мнении по поводу того, какое же количество молибдена необходимо получать человеку для обеспечения суточной нормы. Одни называют цифру 75-250 мкг в сутки, другие цифру несколько больше – 300-400 мкг в сутки. Но эта цифра еще варьируется в зависимости от возраста и веса. В любом случае, какие бы цифры не озвучивали врачи, человек при обычном сбалансированном питании получает 50-100 мкг в сутки этого макроэлемента, обеспечивая, таким образом, необходимый минимум.
Молибден поступает в организм с пищей и довольно хорошо всасывается слизистой желудка и стенками тонкого кишечника.
Учитывайте, что потребление большого количества алкоголя, сладостей и препаратов с содержанием меди могут привести к необходимости повышения нормы потребления элемента.
Недостаток молибдена в организме
Недостаток этого макроэлемента встречается редко и причинами его служат вегетарианство, продолжительные стрессовые ситуации, вынужденный прием внутривенного питания, а также врожденные дефекты.
Дефицит элемента может привести к достаточно серьезным последствиям – различные болезни мозга, глаз, почек, крови, нарушение функций вестибулярного аппарата. Происходит сбой в обмене веществ, развиваются аллергические реакции, депрессивные состояния. Человек чувствует общую слабость организма. У некоторых может появиться одышка и сердечная аритмия.
Избыток молибдена
Избыток элемента является редким явлением, но все же в промышленных условиях, при недостатке меди и приеме препаратов, где молибден содержится, эта вероятность возрастает.
Очень токсичными соединения молибдена назвать сложно. Получить дозу, опасную для жизнедеятельности в обычных условиях довольно трудно. Она составляет 10-15 мг в день, но наш организм устроен таким образом, что чем больше молибдена поступает, тем хуже он усваивается. И все же при передозировке наблюдаются следующие симптомы: анемия, замедление роста, развитие подагры. В случае переизбытка этого вещества назначают препараты меди и серы.
Продукты, в которых содержится молибден, следует употреблять в пищу для поддержания необходимого количества его в организме. Они довольно распространены для каждого человека, так что составить рацион не составит труда:
- Листовые овощи зеленого цвета, капуста, шпинат, фасоль, горох, чечевица, семечки подсолнечника.
- Злаки и зерновые культуры: пшеница, гречка, просо, ячмень и др.
- Мясо и субпродукты (печень, почки).
- Молочные продукты и яйца.
- Грибы.
Показания к назначению
Препараты, содержащие молибден назначают при остром дефиците этого макроэлемента, в основном, спровоцированном специфической диетой. Для поддержания нормального количества зачастую рекомендуют откорректировать питание, и тогда с проблемой дефицита этого важного элемента вы не столкнетесь.
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:
- практически чистый молибден;
- низколегированные малоуглеродистые сплавы;
- низколегированные высокоуглеродистые сплавы;
- высоколегированные сплавы.
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:
- Разложение рудного материала - отделение извлекаемого металла от основной массы перерабатываемого сырья и концентрирование его в растворе или осадке.
- Получение чистых химических соединений - выделение и очистка химического соединения.
- Выделение металла из полученного соединения - получение чистых редких металлов.
Процесс получения молибдена состоит из нескольких стадий.
- 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%.
- 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%
- 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.
- 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:
- прессование штабиков из металлического порошка - формовка;
- низкотемпературное (предварительное) спекание заготовок;
- спекание (сварка) заготовок;
- 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).
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
ПроизводствоМолибденовые 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
Молибден и его сплавы относятся к тугоплавким материалам. Для изготовления обшивки головных частей ракет и самолетов тугоплавкие металлы и сплавы на их основе используют в двух вариантах. В одном из вариантов эти металлы служат лишь тепловыми экранами , которые отделены от основного конструкцнонного материала теплоизоляцией. Во втором случае тугоплавкие металлы и их сплавы служат основным конструкционным материалом. Молибден занимает второе место после вольфрама и его сплавов по прочностным свойствам. Однако, по удельной прочности при температурах ниже 1350-1450°С Mo и его сплавы занимают первое место. Таким образом, наибольшее распространение для изготовлеиия обшивки и элементов каркаса ракет и сверхзвуковых самолетов получают молибден и ниобий и их сплавы, обладающие большей удельной прочностью до 1370°С по сравненню с танталом, вольфрамом и сплавами на их основе.
Из Mo изготовляют сотовые панели космических летательных аппаратов, теплообменники, оболочки возвращающихся на землю ракет и капсул, тепловые экраны, обшивку кромок крыльев и стабилизаторы в сверхзвуковых самолетах. В очень тяжелых условиях работают некоторые детали прямоточных ракетных и турбореактивных двигателей (лопатки турбин, хвостовые юбки, заслонки форсунок, сопла ракетных двигателей, поверхности управления в ракетах с твердым топливом). При этом от материала требуется не только высокое сопротивление окислению и газовой эрозии, но и высокая длительная прочность и сопротивление удару. При температурах ниже 1370°С для изготовления данных деталей используют молибден и его сплавы.
Молибден - перспективный материал для оборудования, работающего в среде серной, соляной и фосфорной кислот. В связи с высокой стойкостью данного металла в расплавленном стекле его широко используют в стекольной промышленности, в частности для изготовления электродов для плавки стекла. В настоящее время из молибденовых сплавов изготавливают прессформы и стержни машин для литья под давлением алюминиевых, цинковых и медных сплавов. Высокая прочность и твердость таких материалов при повышенных температурах обусловили их применение в качестве инструмента при горячей обработке сталей и сплавов давлением (оправки прошивных станов, матрицы, прессштемпели).
Молибден существенно улучшает свойства сталей. Присадка Mo значительно повышает их прокаливаемость. Небольшие добавки Mo (0,15-0,8 %) в конструкционные стали настолько увеличивают их прочность, вязкость и коррозионную стойкость, что они используются при изготовлении самых ответственных деталей и изделий. Для повышения твердости молибден вводят в сплавы кобальта и хрома (стеллиты), которые применяют для наплавки кромок деталей из обычной стали, работающих на износ (истирание).Также он входит в состав ряда кислотоупорных и жаростойких сплавов на основе никеля , кобальта и хрома.
Еще одной областью применения является производство нагревательных элементов электропечей , работающих в атмосфере водорода при температурах до 1600°С. Также молибден широко используется в радиоэлектронной промышленности и рентгенотехнике для изготовления различных деталей электронных ламп, рентгеновских трубок и других вакуумных приборов.
Соединения молибдена - сульфид, оксиды, молибдаты - являются катализаторами химических реакций, пигментами красителей, компонентами глазурей. Также данный металл как микродобавка входит в состав удобрений. Гексафторид молибдена применяется при нанесении металлического Mo на различные материалы. МоSi 2 используется как твердая высокотемпературная смазка. Чистый монокристаллический Mo используется для производства зеркал для мощных газодинамических лазеров. Теллурид молибдена является очень хорошим термоэлектрическим материалом для производства термоэлектрогенераторов (термо-э.д.с 780 мкВ/К). Трехокись молибдена (молибденовый ангидрид) широко применяется в качестве положительного электрода в литиевых источниках тока. Дисульфид MoS 2 и диселенид МоSе 2 молибдена используют в качестве смазки трущихся деталей, работающих при температурах от -45 до +400°С. В лакокрасочной и легкой промышленности для изготовления красок и лаков и для окраски тканей и мехов в качестве пигментов применяют ряд химических соединений Mo.
Свойства молибдена
Молибден, как и вольфрам, в периодической системе элементов Д. И. Менделеева расположен в VI группе, но в 5-м периоде. Наиболее характерно для него шестивалентное состояние, хотя известны соединения, в которых молибден имеет другие валентности. Его порядковый номер 42; атомная масса 95,95; плотность при комнатной температуре 10200 кг/м3. Молибден относится к тугоплавким металлам, является переходным элементом. Он плавится при 2620±10°С и кипит примерно при 4800 °С.
Молибден и его сплавы отличаются также высоким модулем упругости, малым температурным коэффициентом расширения, хорошей термостойкостью, малым сечением захвата тепловых нейтронов. Электропроводность молибдена ниже, чем у меди, но выше, чем у железа. По механической прочности он несколько уступает вольфраму, но легче поддается обработке давлением.
Физические и механические свойства молибдена
| Свойство | Молибден |
| Атомный номер | 42 |
| Атомная масса | 95,94 |
| Параметр элементарной ячейки, нм | 0,3147 |
| Атомный диаметр, нм | 0,272 |
| Плотность при 20°С, г/cм3 | 10,2 |
| Температура плавления, °С | 2610 |
| Температура кипения, °С | 5687 |
| Теплота плавления, кДж/моль: | 28 |
| Теплота испарения, кДж/моль: | 590 |
| Молярный объем, см³/моль: | 9,4 |
| Удельная теплоемкость, Дж/(г.К) | 0,256 |
| Теплопроводность, Вт/(м К) | 142 |
| Коэффициент линейного расширения, 10-6 К-1 | 4,9 |
| Электросопротивление, мкОм см | 5,7 |
| Модуль Юнга, ГПа | 336,3 |
| Модуль сдвига, ГПа | 122 |
| Коэффициент Пуассона | 0,3 |
| Твердость, НВ | 125 |
| Цвет искры | Короткий желтый прерывистый пучок искр |
| Группа металлов | Тугоплавкий металл |
Химические свойства молибдена
Достоинстава / недостатки молибдена
Достоинства:
имеет высокую точку плавления, а следовательно - жаропрочность;
т.к. плотность молибдена (10200 кг/м3) почти в два раза меньше плотности вольфрама (19300 кг/м3), то сплавы на основе молибдена обладают значительно большей удельной прочностью (при температурах ниже 1370 °С);
молибден имеет высокий модуль упругости;
малый температурный коэффицйент расширения;
обладает хорошей термостойкостью;
малое сечение захвата тепловых нейтронов;
для молибдена характерна высокая коррозионная стойкость. Данный металл устойчив в большей части щелочных растворов, а также в серной, соляной и плавиковой кислотах при разных температурах и концентрациях.
Недостатки:
молибден обладает небольшой окалийностью;
высокая хрупкость сварных швов;
малая пластичность при низких температурах;
упрочнение молибдена нагартовкой можно использовать лишь до 700-800 °С, при более высоких температурах происходит разупрочнение из-за возврата.
Применение молибдена
Молибден применяют в качестве легирующей добавки к различным сплавам, в том числе к высококачественным сталям. Молибден и молибденовые сплавы используются в деталях, длительно работающих в вакууме до 1800°С (в соплах ракет и в электровакуумных приборах), как конструкционный материал в энергетических ядерных реакторах, для изготовления оборудования, работающего в агрессивных средах. Молибденовая проволока и молибденовая лента служит для изготовления высокотемпературных печей, вводов электрического тока в лампочках.
Молибден и его сплавы относятся к тугоплавким материалам. Для изготовления обшивки головных частей ракет и самолетов тугоплавкие металлы н сплавы на их основе используют в двух вариантах. В одном из вариантов эти металлы служат лишь тепловыми экранами, которые отделены от основного конструкцнонного материала теплоизоляцией. Во втором случае тугоплавкие металлы и их сплавы служат основным конструкционным материалом. Молибден занимает второе место после вольфрама и его сплавов по прочностным свойствам. Однако, по удельной прочности при температурах ниже 1350-1450°С молибден и его сплавы занимают первое место. Таким образом, наибольшее распространение для изготовлеиия обшивки и элементов каркаса ракет и сверхзвуковых самолетов получают молибден и ниобий и их сплавы, обладающие большей удельной прочностью до 1370°С по сравненню с танталом, вольфрамом и сплавами на их основе.
Из молибдена изготовляют сотовые панели космических летательных аппаратов, теплообменники, оболочки возвращающихся на землю ракет и капсул, тепловые экраны, обшивку кромок крыльев и стабилизаторы в сверхзвуковых самолетах. В очень тяжелых условиях работают некоторые детали прямоточиых ракетных и турбореактивных двигателей (лопатки турбин, хвостовые юбки, заслонки форсунок, сопла ракетных двигателей, поверхности управления в ракетах с твердым топливом). При этом от материала требуется не только высокое сопротивление окислению и газовой эрозии, но и высокая длительная прочность и сопротивление удару. При температурах ниже 1370°С для изготовления данных деталей используют молибден и его сплавы.
Молибден - перспективный материал для оборудования, работающего в среде серной, соляной и фосфорной кислот. В связи с высокой стойкостью молибдена в расплавленном стекле его широко используют в стекольной промышленности, в частности для изготовления электродов для плавки стекла. В настояшее время из молибдеповых сплавов изготовляют прессформы и стержни машин для литья под давлением алюминиевых, цинковых и медных сплавов. Высокая прочность и твердость сплавов молибдена при повышенных температурах обусловили их применение в качестве инструмента при горячей обработке сталей и сплавов давлением (оправки прошивных станов, матрицы, прессштемпели).
Молибден существенно улучшает свойства сталей. Присадка молибдена значительно повышает их прокаливаемость. Небольшие добавки Mo (0,15-0,8 %) в конструкционные стали настолько увеличивают их прочность, вязкость и коррозионную стойкость, что они используются при изготовлении самых ответственных деталей и изделий. Для повышения твердости молибден вводят в сплавы кобальта и хрома (стеллиты), которые применяют для наплавки кромок деталей из обычной стали, работающих на износ (истирание).Также он входит в состав ряда жаростойких и кислотоупорных сплавов на основе никеля, кобальта и хрома.
В чистом виде молибден применяют в виде ленты или проволоки, в качестве нагревательных элементов электропечей, работающих в атмосфере водорода при температурах до 1600°С. Молибденовая проволока и жесть широко используются в радиоэлектронной промышленности и рентгенотехнике для изготовления различных деталей электронных ламп, рентгеновских трубок и других вакуумных приборов.
Соединения молибдена — сульфид, оксиды, молибдаты - являются катализаторами химических реакций, пигментами красителей, компонентами глазурей. Также молибден как микродобавка входит в состав удобрений. Гексафторид молибдена применяется при нанесении металлического молибдена на различные материалы. МоSi2 используется как твердая высокотемпературная смазка. Чистый монокристаллический молибден используется для производства зеркал для мощных газодинамических лазеров. Теллурид молибдена является очень хорошим термоэлектрическим материалом для производства термоэлектрогенераторов (термо-э.д.с 780 мкВ/К). Трехокись молибдена(молибденовый ангидрид) широко применяется в качестве положительного электрода в литиевых источниках тока.
Также находят применение и химические соединения молибдена. Дисульфид MoS2 и диселенид МоSе2 молибдена используют в качестве смазки трущихся деталей, работающих при температурах от -45 до +400°С. В лакокрасочной и легкой промышленности для изготовления красок и лаков и для окраски тканей и мехов в качестве пигментов применяют ряд химических соединений Mo.
| Марки молибдена и сплавовСтандарт | Марка | Основа % | ДР. % | Средн. содержание примес. и посадок % не более |
| ПРОВОЛОКА: ОСТ11 021.004-76, | ||||
| ТУ48-19-203-76, ТУ11-77 Яе0.021.122ТУ, | ||||
| ТУ11-77 Яе0.021.123ТУ | МЧ | Мо осн. | Al+Fe-0,018. Fe-0,009. Ca+Mg-0,005. Ni-0,005. Si-0,014. C-0,005. | |
| ПРУТОК: ТУ11-77ЯеО.О21.О57ТУ. | ||||
| ПЛЮЩЕНКА: ТУ11 Яе0.021.016.-75 | МЧ | Мо осн. | ||
| Ni-0,0030. Si-0,003. W-0,2000. C-0,300. | ||||
| O-0,1000. N-0,0030. H-0,0005. | ||||
| МЧ ЗАГОТОВКИ: ТУ48-19-88-78, ТУ48-19-250-77. ПОЛОСЫ: ТУ11-77 ЯеО.021.055, ТУ48-19-315-80, ТУ48-19-272-77, | ||||
| ГОСТ 5.1820-73. ФОЛЬГА: ТУ48-19-245-76. ТРУБЫ: ТУ48-19-251-77. | ||||
| ПРОВОЛОКА ДЛЯ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА ГОСТ 27266-87 | МЧ | Мо 99,96 | Сумма примесей - 0,04. | |
| ПРУТОК: ТУ11-77 Яе0.021.057ТУ, | ||||
| ТУ48-19-203-76, ТУ48-19-247-77 | ||||
| ПЛЮЩЕНКА: ТУ11 ЯеО.02 1.016-75. | МЧВП | Мо осн. | По статистич. данным K-0,0100. Са+Мg-0,0030. Al+Fe-0,014. | |
| Ni-0,0030. Si-0,003. W-0,2000. | ||||
| C-0,300. O-0,1000. N-0,0030. H-0,0005. | ||||
| МЧВП ЗАГОТОВКИ: ТУ48-19-88-78, ТУ48-19-250-77. ПОЛОСЫ: ТУ11-77 ЯеО.021.055, ТУ48-19-315-80, ГОСТ 5.1820-73. | ||||
| ФОЛЬГА: ТУ48-19-245-76. ТРУБЫ: ТУ48-19-251-77. | ||||
| ПОЛОСЫ: ТУ48-19-272-77 | МЧВП | Мо осн. | Тi-0.007 | |
| В 0,005-0,025 | Fe+А1-0,018 Са+Мg-0,005. Ni-0,005. Si-0,014. С-0,003. N-0,005. О-0,005. Н-0,0008. | |||
| Формула | Название соединения | Молекулярный вес | % |
| MoCl5 | Пятихлористый молибден | 273,24 | 35,12 |
| MoO2 | Двуокись молибдена | 127,95 | 74,99 |
| Mo03 | Молибденовый ангидрид | 143,95 | 66,66 |
| MoS2 | Двусернистый молибден | 160,08 | 59,94 |
| MoSi2 | Дисилицил молибдена | 152,12 | 63,07 |
| MoCl | Хлорид молибдена | 131,39 | 73,02 |
| MoF6 | Фторид молибдена | 209,94 | 45,7 |
Стандарты тугоплавких металлов
ГОСТы и ТУ на молибден
| Мо | ГОСТ 17434-72 | ЛИСТЫ. ПРУТКИ. ПОКОВКИ ИЗ ПОРОШКА М-МП | |
| Мо | ГОСТ 18905-73 | Проволока молибденовая. Сортамент | |
| Мо | ГОСТ 25442-82 | Полосы молибденовые отожженные для глубокой вытяжки. | |
| Мо | ГОСТ 27266-87 | Проволока молибденовая для источников света МЧ, МК, МРН. | |
| Мо | ГОСТ 4759-91 | Ферромолибден. Технические требования и условия поставки (ИСО 5452-80) | |
| Мо | ГОСТ 5.1820-73 | Полосы молибденовые | |
| Мо | ОСТ1 90022-71 | Сплавы молибденовые деформируемые | |
| Мо | ОСТ11 021.004-76 | ПРОВОЛОКА МОЛИБДЕНОВАЯ ДДЯ ИЭТ. ОТУ МЧ, МРН, МК, МС | |
| Мо | СуО,021,001ТУ ТУ11-80 | ШТАБИКИ МОЛИБДЕНОВЫЕ МЧ, МРН, МК, МС | |
| Мо | СуО,021,118ТУ | ПРОВОЛОКА МОЛИБДЕНОВАЯ КАРБИДИРОВАННАЯ ИЗ ПРОВОЛ. ТУ48-9-47-66 И ОТОЖЖЕННАЯ В ВОДОРОДЕ | |
| Мо | СуО,021,141ТУ ТУ11-77 | ЗАГОТОВКИ ИЗ МОЛИБДЕНА НЕШЛИФОВАННЫЕ МЧ, МК, МРН | |
