Малібдэн — легіруючая дабаўка да сталі
Малібдэн (Mo) — адзін з ключавых легіруючых элементаў, якія выкарыстоўваюцца ў сталях, уплываючы на іх структуру і механічныя ўласцівасці. Яго ўнікальныя ўласцівасці паляпшаюць трываласць, каразійную стойкасць і ўстойлівасць да паўзучасці, а таксама загартоўку сталі.
Растваральнасць малібдэна ў жалезе
Ён мае абмежаваную растваральнасць у розных алатропных формах жалеза:
- У γ-жалезе (аўстэніце) – прыкладна да 3%.
- У аўстэніце, які змяшчае каля 0,30% вугляроду, — да прыкладна 8%.
- У α-жалезе (ферыце) – да 32%, прычым растваральнасць памяншаецца са зніжэннем тэмпературы.
Малібдэн — фізіка-хімічныя ўласцівасці
| Параметр | Старыя дадзеныя (энцыклапедыя) | Сучасныя дадзеныя (IUPAC / CRC 2023) |
| Хімічны сімвал | Mo | Mo |
| Атамны нумар Z | 42 | 42 |
| Атамная маса [u] | 95,94 | 95,95 |
| Група ў перыядычнай табліцы | 6 (пераходныя металы) | 6 (пераходныя металы) |
| Электронная канфігурацыя | [Кр] 4d⁵ 5s¹ | [Кр] 4d⁵ 5s¹ |
| Шчыльнасць (20 °C) [г/см³] | 10,2 | 10,28 |
| Тэмпература плаўлення [°C] | 2600 ° C | 2623 ° C |
| Тэмпература кіпення [°C] | 4600 ° C | 4639 ° C |
| Цвёрдасць (па шкале Мооса) | ~ 5,5 | 5,5 |
| Колер і знешні выгляд | серабрыста-белы, металічны, цвёрды | серабрыста-белы, металічны, цвёрды |
| Модуль Юнга (E) [ГПа] | няма дадзеных | ~ 329 |
| Модуль зруху (G) [ГПа] | няма дадзеных | ~ 126 |
| Модуль пругкасці ў аб'ёме (K) [GPa] | няма дадзеных | ~ 230 |
| Электраправоднасць [мс/м] | няма дадзеных | ~18,7 (32% IACS) |
| Цеплаправоднасць [Вт м⁻¹ K⁻¹] | няма дадзеных | ~ 138 |
| Удзельная цеплаёмістасць cp [Дж/кг⁻¹ K⁻¹] | няма дадзеных | 251 |
| Энтальпія плаўлення [кДж/моль] | няма дадзеных | ~ 37,5 |
| Энтальпія выпарэння [кДж/моль] | няма дадзеных | ~ 598 |
| Электраадмоўнасць (Паулінг) | ~ 1,8 | 2,16 |
| Стабільныя ізатопы | няма дадзеных | ⁹²Mo, ⁹⁴Mo, ⁹5Mo, ⁹⁶Mo, ⁹⁷Mo, ⁹⁸Mo, ¹⁰⁰Mo |
Хімічная характарыстыка
- Малібдэн — гэта тугаплаўкі метал, які ўстойлівы да плаўлення і паўзучасці пры высокіх тэмпературах.
- Паверхня хутка пакрываецца тонкім пластом MoO₃, які часткова абараняе ад карозіі.
- Ён раствараецца ў сталі, павялічваючы яе ўстойлівасць да кропкавая карозія і шчылінныя (асабліва ў асяроддзях з іонамі Cl⁻).
- У інструментальных сталях ён павялічвае цвёрдасць і ўстойлівасць да адпачынку.
- Стварае стабільныя карбіды (Mo₂C), якія павышаюць устойлівасць да ізаляцыі.
- У каталізе (напрыклад, у нафтахіміі) выкарыстоўваецца ў выглядзе сульфідаў (MoS₂).
- Уплыў на сталь
Як і хром, ён з'яўляецца ферытаўтваральнай дабаўкай і праяўляе моцную сувязь з вугляродам — большую, чым хром і вальфрам. Нягледзячы на высокі кошт, яго ўнікальныя ўласцівасці дазваляюць яму шырока выкарыстоўвацца ў розных марках сталі, у тым ліку:
- Канструкцыйныя сталі (0,2–0,3% Mo)
- Інструментальныя сталі для халоднай апрацоўкі і гарачы (0,2–0,5% Mo)
- У хуткарэзных сталях (прыблізна 5% Mo)
- Кісластойкія нержавеючыя сталі (2–4% Mo)
Асноўныя эфекты дадання малібдэна
- Устойлівасць да карозіі – асабліва ў асяроддзях, якія змяшчаюць хларыды і кіслоты, што робіць яго незаменным у нержавеючыя сталі.
- Палепшаная трываласць на паўзучасць – павялічвае ўстойлівасць сталі да працяглых нагрузак пры высокіх тэмпературах.
- Зніжэнне далікатнасці пры адпуску – прадухіляе развіццё адпускной далікатнасці ў загартаваных і адпушчаных сталях.
- Павышаная загартоўвальнасць – у гэтым аспекце ён пераўзыходзіць хром і вальфрам, што робіць малібдэнавыя сталі ім лягчэй атрымаць аднастайную зацвярдзелую структуру.
- Зніжэнне колькасці рэшткавага аўстэніту – вырашальнае значэнне для загартоўваная сталь i загартоўка паверхня.
- Зніжаная схільнасць да перагрэву - малібдэнавыя сталі менш схільныя да празмернага росту зерняў аўстэніту.
- Устойлівасць да страты цвёрдасці падчас адпуску – запавольвае працэсы выдзялення і каагуляцыі карбіду.
Малібдэн — выкарыстанне малібдэнавых сталей
Ён шырока выкарыстоўваецца ў канструкцыйных, інструментальных і спецыяльных сталях. Ён выкарыстоўваецца ў:
- Цеплатрывалыя сталі – напрыклад, сплавы, якія змяшчаюць дадатковы хром і ванадый, якія выкарыстоўваюцца ў энергетычнай і авіяцыйнай прамысловасці.
- Інструментальныя сталі для гарачай апрацоўкі і хуткарэзных сталей – павышае трываласць і ўстойлівасць да высокіх тэмператур.
- Нержавеючая сталь i кісластойкі – паляпшае ўстойлівасць да кіслот, асабліва сернай і воцатнай.
- Сталі для дэталяў, якія працуюць пры высокіх тэмпературах – дзякуючы здольнасці павялічваць супраціўленне паўзучасці.
Абмежаванні і праблемы малібдэна
Нягледзячы на шматлікія перавагі, ён таксама мае некаторыя абмежаванні:
- Высокая цана – абмяжоўвае яго выкарыстанне ў некаторых танных сталях.
- Зніжаная ўстойлівасць да акіслення – пры высокіх тэмпературах утварае лятучыя аксіды MoO₃, што можа абмяжоўваць яго выкарыстанне ў цеплаўстойлівых сталях.
- Абмежаваная растваральнасць у ферыце пры нізкіх тэмпературах – што ўплывае на мікраструктуру некаторых марак сталі.
Будучыня малібдэнавых сталей
Па меры развіцця тэхналогій попыт на малібдэн у сучасных сталях расце. Напрыклад, высокалегаваныя мартэнсітныя сталі ўмацоўваюцца дысперсійным метадам шляхам асаджэння інтэрметалічных злучэнняў, якія змяшчаюць гэты элемент. У будучыні можна чакаць, што яго значэнне ў матэрыялазнаўстве будзе працягваць расці, асабліва ў тых галінах, дзе патрабуецца высокая паўзучасць, каразійная стойкасць і ўстойлівасць да стомленасці.