Le molybdène est un élément d'alliage de l'acier.
Le molybdène (Mo) est un élément d'alliage essentiel utilisé dans les aciers, influençant leur structure et leurs propriétés mécaniques. Ses propriétés uniques améliorent la résistance, la résistance à la corrosion et au fluage, ainsi que la trempabilité de l'acier.
Solubilité du molybdène dans le fer
Sa solubilité est limitée dans diverses formes allotropiques du fer :
- Dans le fer γ (austénite) – jusqu’à environ 3 %.
- Dans l'austénite contenant environ 0,30 % de carbone – jusqu'à environ 8 %.
- En fer α (ferrite) – jusqu’à 32 %, la solubilité diminuant avec la baisse de température.
Propriétés physico-chimiques du molybdène
| Paramètre | Données plus anciennes (encyclopédie) | Données contemporaines (IUPAC / CRC 2023) |
| Symbole chimique | Mo | Mo |
| Numéro atomique Z | 42 | 42 |
| Masse atomique [u] | 95,94 | 95,95 |
| Groupe du tableau périodique | 6 (métaux de transition) | 6 (métaux de transition) |
| Configuration électronique | [Kr] 4d⁵ 5s¹ | [Kr] 4d⁵ 5s¹ |
| Densité (20 °C) [g/cm³] | 10,2 | 10,28 |
| Point de fusion [°C] | 2600 ° C | 2623 ° C |
| Point d'ébullition [°C] | 4600 ° C | 4639 ° C |
| Dureté (Mohs) | ~ 5,5 | 5,5 |
| Couleur et apparence | blanc argenté, métallique, dur | blanc argenté, métallique, dur |
| Module de Young (E) [GPa] | pas de données | ~ 329 |
| Module de cisaillement (G) [GPa] | pas de données | ~ 126 |
| Module de compressibilité (K) [GPa] | pas de données | ~ 230 |
| Conductivité électrique [MS/m] | pas de données | ~18,7 (32 % IACS) |
| Conductivité thermique [W m⁻¹ K⁻¹] | pas de données | ~ 138 |
| Chaleur spécifique cp [J kg⁻¹ K⁻¹] | pas de données | 251 |
| Enthalpie de fusion [kJ/mol] | pas de données | ~ 37,5 |
| Enthalpie de vaporisation [kJ/mol] | pas de données | ~ 598 |
| Électronégativité (Pauling) | ~ 1,8 | 2,16 |
| isotopes stables | pas de données | ⁹²Mo, ⁹⁴Mo, ⁹⁵Mo, ⁹⁶Mo, ⁹⁷Mo, ⁹⁸Mo, ¹⁰⁰Mo |
Caractérisation chimique
- Le molybdène est un métal réfractaire qui résiste à la fusion et au fluage à haute température.
- La surface se recouvre rapidement d'une fine couche de MoO₃, qui la protège partiellement contre la corrosion.
- Il se dissout dans l'acier, augmentant sa résistance à corrosion par piqûres et crevasses (surtout dans les environnements contenant des ions Cl⁻).
- Dans les aciers à outils, il augmente la dureté et la résistance au revenu.
- Crée des carbures stables (Mo₂C) qui augmentent la résistance à l'abrasion.
- En catalyse (par exemple en pétrochimie), utilisé sous forme de sulfures (MoS₂).
- Impact sur l'acier
Comme le chrome, c'est un additif ferri-formateur qui présente une forte affinité pour le carbone, supérieure à celle du chrome et du tungstène. Malgré son prix élevé, ses propriétés uniques expliquent son utilisation répandue dans différentes nuances d'acier, notamment :
- Aciers de construction (0,2–0,3% Mo)
- aciers à outils pour travail à froid et chaud (0,2–0,5 % Mo)
- Dans les aciers rapides (environ 5 % par mois)
- Aciers inoxydables résistants aux acides (2–4% Mo)
Principaux effets de l'ajout de molybdène
- Résistance à la corrosion – notamment dans les environnements contenant des chlorures et des acides, ce qui le rend indispensable dans aciers inoxydables.
- résistance au fluage améliorée – augmente la résistance de l'acier aux charges de longue durée à haute température.
- Réduction de la fragilité au revenu – prévient l’apparition de fragilité au revenu dans les aciers trempés et revenus.
- Trempabilité accrue – il est supérieur au chrome et au tungstène à cet égard, ce qui le rend aciers au molybdène elles obtiennent plus facilement une structure durcie uniforme.
- Réduction de la quantité d'austénite résiduelle – crucial pour acier de cémentation i durcissement surface.
- Tendance réduite à la surchauffe - aciers au molybdène sont moins susceptibles à une croissance excessive des grains d'austénite.
- Résistance à la perte de dureté lors du revenu – retarde les processus de sécrétion et de coagulation des carbures.
Le molybdène – l’utilisation des aciers au molybdène
Il est largement utilisé dans les aciers de construction, d'outillage et spéciaux. Il est utilisé dans :
- Aciers résistants à la chaleur – par exemple, les alliages contenant du chrome et du vanadium supplémentaires, utilisés dans les industries de l'énergie et de l'aviation.
- aciers à outils pour travail à chaud et les aciers rapides – améliore la durabilité et la résistance aux hautes températures.
- Acier inoxydable i résistant aux acides – améliore la résistance aux acides, notamment aux acides sulfurique et acétique.
- Aciers pour composants fonctionnant à haute température – grâce à la capacité d'accroître la résistance au fluage.
Limites et défis liés au molybdène
Malgré ses nombreux avantages, il présente également certaines limites :
- Prix élevé – limite son utilisation dans certains aciers bon marché.
- Résistance réduite à l'oxydation – à haute température, il forme des oxydes de MoO₃ volatils, ce qui peut limiter son utilisation dans les aciers résistants à la chaleur.
- Solubilité limitée dans la ferrite à basses températures – ce qui affecte la microstructure de certaines nuances d'acier.
L'avenir des aciers au molybdène
Avec les progrès technologiques, la demande en molybdène dans les aciers modernes augmente. Les aciers martensitiques fortement alliés, par exemple, sont durcis par précipitation grâce à la formation de composés intermétalliques contenant cet élément. À l'avenir, son importance en ingénierie des matériaux devrait continuer de croître, notamment pour les applications exigeant une résistance élevée au fluage, à la corrosion et à la fatigue.