Molibden – legirajući dodatak čeliku
Molibden (Mo) je jedan od ključnih legirajućih elemenata koji se koriste u čelicima, utičući na njihovu strukturu i mehanička svojstva. Njegova jedinstvena svojstva poboljšavaju čvrstoću, otpornost na koroziju i puzanje, te prokaljivost čelika.
Rastvorljivost molibdena u željezu
Ima ograničenu rastvorljivost u različitim alotropskim oblicima željeza:
- U γ željezu (austenitu) – do otprilike 3%.
- U austenitu koji sadrži oko 0,30% ugljika – do oko 8%.
- U α željezu (feritu) – do 32%, pri čemu se rastvorljivost smanjuje sa smanjenjem temperature.
Molibden – fizičko-hemijska svojstva
| Parametar | Stariji podaci (enciklopedija) | Savremeni podaci (IUPAC / CRC 2023) |
| Hemijski simbol | Mo | Mo |
| Atomski broj Z | 42 | 42 |
| Atomska masa [u] | 95,94 | 95,95 |
| Grupa u periodnom sistemu elemenata | 6 (prelazni metali) | 6 (prelazni metali) |
| Elektronska konfiguracija | [Kr] 4d⁵ 5s¹ | [Kr] 4d⁵ 5s¹ |
| Gustoća (20 °C) [g/cm³] | 10,2 | 10,28 |
| Tačka topljenja [°C] | 2600 ° C | 2623 ° C |
| Tačka ključanja [°C] | 4600 ° C | 4639 ° C |
| Tvrdoća (Mohsova skala) | ~ 5,5 | 5,5 |
| Boja i izgled | srebrno bijela, metalik, tvrda | srebrno bijela, metalik, tvrda |
| Youngov modul (E) [GPa] | nema podataka | ~ 329 |
| Modul smicanja (G) [GPa] | nema podataka | ~ 126 |
| Modul elastičnosti (K) [GPa] | nema podataka | ~ 230 |
| Električna provodljivost [MS/m] | nema podataka | ~18,7 (32% IACS) |
| Toplotna provodljivost [W m⁻¹ K⁻¹] | nema podataka | ~ 138 |
| Specifična toplota cp [J kg⁻¹ K⁻¹] | nema podataka | 251 |
| Entalpija topljenja [kJ/mol] | nema podataka | ~ 37,5 |
| Entalpija isparavanja [kJ/mol] | nema podataka | ~ 598 |
| Elektronegativnost (Pauling) | ~ 1,8 | 2,16 |
| Stabilni izotopi | nema podataka | ⁹²Mo, ⁹⁴Mo, ⁹⁵Mo, ⁹⁶Mo, ⁹⁷Mo, ⁹⁸Mo, ¹⁰⁰Mo |
Hemijska karakterizacija
- Molibden je vatrostalni metal koji je otporan na topljenje i puzanje na visokim temperaturama.
- Površina se brzo prekriva tankim slojem MoO₃, koji djelimično štiti od korozije.
- Rastvara se u čeliku, povećavajući njegovu otpornost na rupičasta korozija i pukotine (posebno u okruženjima sa Cl⁻ ionima).
- Kod alatnih čelika povećava tvrdoću i otpornost na otpuštanje.
- Stvara stabilne karbide (Mo₂C) koji povećavaju otpornost na abraziju.
- U katalizi (npr. petrohemiji) se koristi u obliku sulfida (MoS₂).
- Uticaj na čelik
Poput hroma, on je aditiv koji formira ferit i pokazuje snažan afinitet prema ugljiku - više nego hrom i volfram. Uprkos visokoj cijeni, njegova jedinstvena svojstva čine ga široko korištenim u različitim vrstama čelika, uključujući:
- Konstrukcijski čelici (0,2–0,3% Mo)
- Alatni čelici za hladnu obradu i vruće (0,2–0,5% Mo)
- U brzoreznim čelicima (otprilike 5% Mo)
- Nehrđajući čelici otporni na kiseline (2–4% Mo)
Ključni efekti dodavanja molibdena
- Otpornost na koroziju – posebno u okruženjima koja sadrže hloride i kiseline, što ga čini nezamjenjivim u nehrđajući čelici.
- Poboljšana čvrstoća na puzanje – povećava otpornost čelika na dugotrajna opterećenja na visokim temperaturama.
- Smanjenje krhkosti pri otpuštanju – sprečava razvoj krhkosti usled popuštanja kod kaljenih i poboljšanih čelika.
- Povećana prokaljivost – u ovom aspektu je superiorniji od hroma i volframa, što ga čini molibdenski čelici lakše dobijaju ujednačenu očvrslu strukturu.
- Smanjenje količine zaostalog austenita – ključno za čelik za cementaciju i kaljenje površina.
- Smanjena sklonost pregrijavanju - molibdenski čelici Manje su podložni prekomjernom rastu zrna austenita.
- Otpornost na gubitak tvrdoće tokom otpuštanja – usporava procese lučenja i koagulacije karbida.
Molibden – upotreba molibdenskih čelika
Široko se koristi u konstrukcijskim, alatnim i specijalnim čelicima. Koristi se u:
- Čelici otporni na toplinu – npr. legure koje sadrže dodatni hrom i vanadijum, koje se koriste u energetskoj i avio-industriji.
- Alatni čelici za vruću obradu i brzoreznih čelika – poboljšava izdržljivost i otpornost na visoke temperature.
- Nehrđajući čelik i otporan na kiseline – poboljšava otpornost na kiseline, posebno sumpornu i sirćetnu kiselinu.
- Čelici za komponente koje rade na visokim temperaturama – zahvaljujući sposobnosti povećanja otpornosti na puzanje.
Ograničenja i izazovi molibdena
Uprkos brojnim prednostima, ima i neka ograničenja:
- Visoka cijena – ograničava njegovu upotrebu kod nekih jeftinih čelika.
- Smanjena otpornost na oksidaciju – na visokim temperaturama formira isparljive MoO₃ okside, što može ograničiti njegovu upotrebu u čelicima otpornim na toplinu.
- Ograničena rastvorljivost u feritu na niskim temperaturama – što utiče na mikrostrukturu nekih vrsta čelika.
Budućnost molibdenskih čelika
Kako tehnologija napreduje, potražnja za molibdenom u modernim čelicima raste. Visokolegirani martenzitni čelici, na primjer, očvršćavaju se precipitacijom taloženjem intermetalnih spojeva koji sadrže ovaj element. U budućnosti se može očekivati da će njegov značaj u inženjerstvu materijala nastaviti rasti, posebno u primjenama koje zahtijevaju visoku otpornost na puzanje, koroziju i zamor.