Молибден и сплавы на его основе-: TZM и легированные марки для высоких температур

Молибден и сплавы на его основе-: определение и основы свойств

Молибден — тугоплавкий металл с температурой плавления около 2623°С и плотностью около 10,2 г/см3. Сочетание высокой температуры плавления, высокой -температурной прочности, низкого коэффициента теплового расширения и высокой теплопроводности делает его одним из небольшой группы металлов, пригодных для длительной эксплуатации при температуре выше 1000 C. Сплавы на основе молибдена- производятся путем добавления небольших количеств титана, циркония, гафния, оксида лантана или углерода к нелегированному молибдену, главным образом для повышения температуры рекристаллизации и сохранения прочности. после длительного воздействия-температуры. Потребление скромное по сравнению со сталью, но применение является стратегическим: аэрокосмическая промышленность, оборонное оборудование, электроника, химическая обработка и производство стекла.

Сравнение свойств и семейства сплавов

Основные физические свойства молибдена кратко изложены ниже; Значения типичны для деформируемого нелегированного материала при комнатной температуре.

Далее перечислены семейства коммерческих сплавов и назначение каждого из них. Пруток, стержень и проволока являются обычными формами продукции для легированных марок, при этом пластина, лист и фольга регулируются соответствующей спецификацией пластины.

Ключевым металлургическим отличием этих марок является температура рекристаллизации. Нелегированный молибден начинает рекристаллизоваться в районе 1100 С, а рекристаллизованный молибден склонен к хрупкому разрушению при комнатной температуре. TZM сохраняет наклепанную структуру до значительно более высоких температур, поэтому он является стандартным выбором для горячих зон и компонентов, которые должны выдерживать термоциклирование.

Где используются эти сплавы

Печное и вакуумное оборудование.Нагревательные элементы, радиационные экраны, подовые плиты, лодочки и приспособления для вакуумных печей и печей водородного спекания, где ни один другой металл не сочетает температуру плавления с полезной проводимостью.

Стекольная промышленность.Электроды и электрододержатели для электроплавильных печей, а также компоненты штампов для вытягивания расплавленного стекла в волокно.

Сапфир и рост кристаллов.Тигли, матрицы и компоненты нагревателей для-высокотемпературных печей для выращивания кристаллов, работающих при температуре около 2000 C.

Аэрокосмическая и оборонная промышленность.Вставки сопел ракеты, облицовки горловины и теплозащитные конструкции-для возвращаемых тел-, где компоненты должны выдерживать вибрацию, удары, вакуум, радиацию и суровые температурные циклы. Обшивка и детали конструкции из сплава на основе молибдена- используются в стабилизирующих конструкциях спасательных капсул и в горячих секциях ракет-носителей.

Электроника и полупроводники.Мишени для распыления, компоненты ионной-имплантации, радиаторы и инструменты для свинцовой-рамки.

Химическая и металлургическая.Коррозионно-стойкое оборудование для снижения кислотной работы и высоко-температурной обработки металлов и солей.

Правила изготовления, соединения и термического-цикла

Окисление – это жесткий предел.Молибден быстро окисляется на воздухе при температуре выше 600 C, а оксид летуч при температуре выше 700 C, поэтому он не образует защитных отложений. Работа при высоких-температурах должна осуществляться в вакууме, водороде, аргоне или другой защитной атмосфере, либо деталь должна иметь защитное покрытие.

Работайте с учетом температуры рекристаллизации.Холодно-молибден пластичен; сильно рекристаллизованного материала нет. Формовка обычно выполняется в тепле, а температура эксплуатации ниже диапазона рекристаллизации сохраняет ударную вязкость.

Сварка и соединение.Сварка плавлением выполняется в среде инертного газа или в перчаточном боксе со строгой защитой, поскольку азот и кислород разрушают соединение. Пайка и механическое крепление являются распространенными альтернативами в узлах печей.

Обработка.Молибден ведет себя как твердый серый чугун: легкие резы, острые твердосплавные инструменты и отсутствие дефектов границ зерен,-которые появляются в рекристаллизованной заготовке.

Конструкция для термического удара.Несмотря на то, что коэффициент теплового расширения низок, переход от пластичного-к-хрупкому означает, что быстрая закалка толстого сечения может привести к его растрескиванию; меняйте секции постепенно и проводите предварительный подогрев там, где это возможно.

Распространенные ошибки в спецификации и использовании

Выставлять молибденовые детали на воздух при рабочей температуре и ожидать появления защитной оксидной пленки, как если бы они были получены из сплавов, содержащих хром-.

Заказ нелегированного молибдена там, где требуется TZM или марка с примесью лантана-, а затем обнаружение провисания или рекристаллизации детали на ранних этапах эксплуатации.

Оценка прочности после скачка высокой-температуры осуществляется с использованием данных по растяжению при комнатной-температуре без учета рекристаллизации и роста зерен.

Использование молибдена в качестве материала для электрических контактов по умолчанию, когда существуют композиты Mo-Cu, предназначенные специально для терморегулирования и контактной работы.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Какова температура плавления молибдена?
Около 2623 C, с температурой кипения около 4639 C. Это один из -технических металлов с самой высокой температурой плавления, что является основной причиной его использования в горячих зонах печей и высоко-конструкционных деталях.

Вопрос: Что означает TZM и почему он используется?
ТЗМ — сплав молибдена с небольшими добавками титана, циркония и углерода. Добавки повышают температуру рекристаллизации и предел ползучести по сравнению с нелегированным молибденом, поэтому сплав сохраняет форму после длительного воздействия высокой температуры.

Вопрос: Можно ли использовать молибден на воздухе при высокой температуре?
Нет. Окисление становится быстрым примерно при температуре выше 600 C, а оксид улетучивается при температуре выше 700 C, не обеспечивая никакой защиты. При работе при высоких-температурах необходимо использовать вакуум, водород, инертную атмосферу или защитное покрытие.

Вопрос: Чем молибден отличается от вольфрама при работе при высоких-температурах?
Вольфрам плавится выше, при температуре около 3422°С, и он более плотный, но его сложнее обрабатывать и изготовлять. Молибден выбирают, когда его более низкая плотность, лучшая пластичность и более легкая обработка перевешивают более низкую температуру плавления.

Вопрос: Какие формы продукта доступны?
Прутки, стержни и проволока поставляются в соответствии со спецификацией стержней и стержней, пластины, листы и полосы - в соответствии со спецификацией пластин, а спеченные или катаные формы также доступны в качестве электродов, тиглей, лодочек и мишеней для распыления.

Вопрос: Является ли молибденовый сплав магнитным?
Молибден парамагнитен, а обычные марки, легированные TZM и лантаном,-также фактически не-немагнитны при эксплуатации, что важно в некоторых электронных и приборных приложениях.