Molibdēns – leģējoša piedeva tēraudam
Molibdēns (Mo) ir viens no galvenajiem leģējošajiem elementiem, ko izmanto tēraudos, un tas ietekmē to struktūru un mehāniskās īpašības. Tā unikālās īpašības uzlabo tērauda izturību, izturību pret koroziju un šļūdi, kā arī sacietējamību.
Molibdēna šķīdība dzelzī
Tam ir ierobežota šķīdība dažādās dzelzs alotropiskajās formās:
- Γ dzelzs (austenīts) – līdz aptuveni 3%.
- Austenītā, kas satur aptuveni 0,30% oglekļa – līdz aptuveni 8%.
- α dzelzs (ferīts) – līdz 32%, šķīdībai samazinoties līdz ar temperatūras pazemināšanos.
Molibdēns – fizikāli ķīmiskās īpašības
| parametrs | Vecāki dati (enciklopēdija) | Mūsdienu dati (IUPAC / CRC 2023) |
| Ķīmiskais simbols | Mo | Mo |
| Atomskaitlis Z | 42 | 42 |
| Atommasa [u] | 95,94 | 95,95 |
| Grupa periodiskajā tabulā | 6 (pārejas metāli) | 6 (pārejas metāli) |
| Elektronu konfigurācija | [Kr] 4d⁵ 5s¹ | [Kr] 4d⁵ 5s¹ |
| Blīvums (20 °C) [g/cm³] | 10,2 | 10,28 |
| Kušanas temperatūra [°C] | 2600 ° C | 2623 ° C |
| Vārīšanās temperatūra [°C] | 4600 ° C | 4639 ° C |
| Cietība (pēc Mosa skalas) | ~ 5,5 | 5,5 |
| Krāsa un izskats | sudrabaini balta, metāliska, cieta | sudrabaini balta, metāliska, cieta |
| Janga modulis (E) [GPa] | nav datu | ~ 329 |
| Bīdes modulis (G) [GPa] | nav datu | ~ 126 |
| Tukšuma modulis (K) [GPa] | nav datu | ~ 230 |
| Elektrovadītspēja [MS/m] | nav datu | ~18,7 (32 % IAKS) |
| Siltumvadītspēja [W m⁻¹ K⁻¹] | nav datu | ~ 138 |
| Īpatnējais siltums cp [J kg⁻¹ K⁻¹] | nav datu | 251 |
| Kušanas entalpija [kJ/mol] | nav datu | ~ 37,5 |
| Iztvaikošanas entalpija [kJ/mol] | nav datu | ~ 598 |
| Elektronegativitāte (Paulings) | ~ 1,8 | 2,16 |
| Stabili izotopi | nav datu | ⁹²Mo, ⁹⁴Mo, ⁹⁵Mo, ⁹⁶Mo, ⁹⁷Mo, ⁹⁸Mo, ¹⁰⁰Mo |
Ķīmiskā raksturošana
- Molibdēns ir ugunsizturīgs metāls, kas ir izturīgs pret kušanu un šļūdi augstās temperatūrās.
- Virsma ātri pārklājas ar plānu MoO₃ slāni, kas daļēji aizsargā pret koroziju.
- Tas izšķīst tēraudā, palielinot tā izturību pret punktveida korozija un spraugās (īpaši vidē ar Cl⁻ joniem).
- Instrumentu tēraudos tas palielina cietību un izturību pret atlaidināšanu.
- Veido stabilus karbīdus (Mo₂C), kas palielina nodilumizturību.
- Katalīzē (piemēram, naftas ķīmijā) izmanto sulfīdu (MoS₂) veidā.
- Ietekme uz tēraudu
Tāpat kā hroms, tā ir ferītu veidojoša piedeva un tai piemīt spēcīga afinitāte pret oglekli — lielāka nekā hromam un volframam. Neskatoties uz augsto cenu, tās unikālās īpašības ļauj to plaši izmantot dažādās tērauda kategorijās, tostarp:
- Konstrukciju tēraudi (0,2–0,3 % mēnesī)
- Aukstās apstrādes instrumentu tēraudi un karsts (0,2–0,5 % Mo)
- Ātrgriezējtēraudos (aptuveni 5% Mo)
- Skābes izturīgi nerūsējošie tēraudi (2–4 % mēnesī)
Molibdēna pievienošanas galvenās sekas
- Izturība pret koroziju – īpaši vidē, kas satur hlorīdus un skābes, kas padara to neaizstājamu nerūsējošie tēraudi.
- Uzlabota šļūdes izturība – palielina tērauda izturību pret ilgstošām slodzēm augstās temperatūrās.
- Atlaiduma trausluma samazināšana – novērš rūdīta un atlaidināta tērauda rūdījuma trausluma attīstību.
- Paaugstināta sacietējamība – šajā aspektā tas ir pārāks par hromu un volframu, kas padara molibdēna tēraudi tie vieglāk iegūst vienmērīgu sacietējušu struktūru.
- Saglabātā austenīta daudzuma samazināšanās – izšķiroši svarīgi rūdīta tērauda i sacietēšana virsma.
- Samazināta tieksme uz pārkaršanu - molibdēna tēraudi ir mazāk uzņēmīgi pret pārmērīgu austenīta graudu augšanu.
- Izturība pret cietības zudumu atlaidināšanas laikā – aizkavē karbīda sekrēcijas un koagulācijas procesus.
Molibdēns – molibdēna tēraudu izmantošana
To plaši izmanto konstrukciju, instrumentu un speciālo tēraudu ražošanā. To izmanto:
- Karstumizturīgi tēraudi – piemēram, sakausējumi, kas satur papildu hromu un vanādiju, ko izmanto enerģētikas un aviācijas nozarēs.
- Karstās apstrādes instrumentu tēraudi un ātrgaitas tēraudi - uzlabo izturību un izturību pret augstām temperatūrām.
- Nerūsējošais tērauds i skābēm izturīgs – uzlabo izturību pret skābēm, īpaši sērskābi un etiķskābi.
- Tērauds detaļām, kas darbojas augstās temperatūrās – pateicoties spējai palielināt šļūdes pretestību.
Molibdēna ierobežojumi un izaicinājumi
Neskatoties uz daudzajām priekšrocībām, tam ir arī daži ierobežojumi:
- Augsta cena – ierobežo tā izmantošanu dažos lētos tēraudos.
- Samazināta izturība pret oksidēšanos – augstās temperatūrās tas veido gaistošus MoO₃ oksīdus, kas var ierobežot tā izmantošanu karstumizturīgos tēraudos.
- Ierobežota šķīdība ferītā zemā temperatūrā – kas ietekmē dažu tērauda marku mikrostruktūru.
Molibdēna tēraudu nākotne
Tehnoloģijām attīstoties, pieaug pieprasījums pēc molibdēna mūsdienu tēraudos. Piemēram, augsta leģētā martensīta tēraudi tiek sacietēti ar nogulšņu metodi, nogulsnējot starpmetāliskus savienojumus, kas satur šo elementu. Nākotnē var sagaidīt, ka tā nozīme materiālu inženierijā turpinās pieaugt, īpaši lietojumos, kuros nepieciešama augsta izturība pret šļūdi, koroziju un nogurumu.