Целая. Учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям Летательные аппараты

• Название: Учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям Летательные аппараты
• Анкор: Целая.doc
• Дата: 30.10.2017
• Размер: 32.33 Mb.
• Имя файла: Целая.doc
• Тип: Учебник; #9974
• страница: 27 из 30

Продолжение таблицы 46	σ1000, МПа		90	220…230 100.110		Обозначения: t. ºC- температура; σв- прочность при растяжении; σ100- то же при длительном нагружении в течении 100 часов; σ1000- то же при длительном нагружении в течении 100 часов; σ0,2- предел текучести; ε- относительное удленение; φ- относительное сужение
	σ100, МПа		100	280…300 160	280 100
	φ, %			40…70 70…75 79…83	33 47 30
	ε, %	4…5 10 12 17		16…20 21…24 26 40…43	16 15 24
	σ0,2, МПа	620			730 450…500
	σв, МПа	700…900 450 300 100		750…800 450 250…290 125	810 700 550 170
		20 1100 1200 1500	1100	20 1000 1100 1200 1500	20 1000 1100 1200 1500
	Состояние материала	Холодноката-ный (ε ≈80-90%)	Рекристалли-зованный (1300 ºС, 1 час)	Прессованный (ε = 80-90 %)	Прессованный и отожженный (1300 ºС, 1 час)
	Полуфабрикат	Лист	Лист	Пруток	Пруток
	Марка сплава	ВН-2АЭМ		ВН-3	ВН-4

9.5. МОЛИБДЕН

9.5.1. КРАТКИЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Название «молибден» происходит от греческого слова «молиб- дос», означающего в переводе «свинец»: до XII века молибденом именовали свинец, свинцовый блеск, многие похожие на свинец ме­таллы, а также графит. Наиболее распространенный молибденовый минерал - молибденит - в течение многих столетий считали разно­видностью графита, с которым они похожи внешне.

Элемент «молибден» был открыт в 1778 г. шведским химиком Шееле. Разлагая молибденит азотной кислотой, он выделил молиб­деновую кислоту и некоторые ее соли. Соотечественник Шееле Гьельм в 1781 г. впервые получил металлический молибден восста­новлением триоксида молибдена углеродом. Более чистый молиб­ден был получен в начале XIX в. Берцелиусом, который использовал в качестве восстановителя водород.

В конце XIX в. было открыто влияние на свойства стали присадок молибдена: придание ей высокой прочности и способности самозакаливаться. Начало широкого развития производства молиб­деновых сталей относится к 1910 г., когда были обнаружены особые свой­ства орудийных сталей, содержащих молибден. В дальнейшем молиб­ден стал важнейшим легирующим элементом в сталях различного типа.

Промышленное производство металлического молибдена и приме­нение его в электротехнике началось примерно в те же годы, что и производство вольфрама (1909 - 1910 гг.), когда был разработан металло­керамический способ получения компактного молибдена из порошка.

9.5.2. СВОЙСТВА МОЛИБДЕНА

И ОБЛАСТИ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ

Молибден входит в группу перспективных тугоплавких метал­лов и обладает благоприятным комплексом физико-механических характеристик, благодаря которым он является одним из самых луч­ших конструкционных металлов.


Физико-механические свойства молибдена

Атомный номер	42
Атомная масса	95, 96
Плотность, кг/м3	10200
Тип решетки	объемно-центрированный куб
Параметры решетки, а, Å	З,14
Температура плавления, °С	2620±10
Температура кипения, °С	4864
Теплота плавления, Дж/кг	20,9∙106
Удельная теплоемкость при 20° С, Дж/(кг∙К)	272
Теплопроводность при 20 °С, Вт/(мК)	146,54
Коэффициент термического расширения (25...700 °С)	(5,8...6,2)10-6
Удельное электрическое сопротивле­ние при 20 °С, Ом∙м	5,2∙10-4
Сечение захвата тепловых электронов, барн	2,6
Модуль упругости, МПа	32∙104
Модуль сдвига при 20 °С, МПа	122∙10-3
Предел прочности при растяжении, МПа	1400…2600
Работа выхода электронов, эВ	4,37
Степень черноты при 1800°С	0,187

Дробная атомная масса свидетельствует о наличии изотопов, у молибдена их 7. Отсутствие полиморфных превращений, высокие значения температуры плавления, модуля упругости и теплопровод­ности при относительно невысокой плотности и низком коэффици­енте термического расширения молибдена привлекают к нему все большее внимание конструкторов и разработчиков жаропрочных сплавов для новой техники.

Около 80 % добываемого молибдена применяется в черной метал­лургии для производства легированных сталей. В стали молибден вводят в твердый раствор и, частично, в состав сложного карбида молибдена и железа. Обычно его вводят вместе с другими легирую­щими добавками - хромом, никелем и ванадием: причем, в конструк­ционных сталях содержание молибдена не превышает 0,5 %, а в быс­трорежущих сталях, где он заменяет вольфрам, доходит до 7,5...8,5%. В сталях для штампов содержание молибдена колеблется от 1 до 1,5 %, в нержавеющих хромоникелевых сталях - от 2 до 4 %.

Молибден существенно улучшает свойства стали, придавая ей одно­родную мелкозернистую структуру. Понижая температуру эвтектоидного распада стали, молибден расширяет температурный интервал за­калки и отпуска и влияет на глубину прокаливаемости стали. Молибден повышает механические свойства стали - предел упругости, сопротив­ление износу и удару. Одно из наиболее ценных свойств молибдена - его способность устранять хрупкость при отпуске хромоникелевой стали.

Молибден применяют также для легирования чугуна. Введение в чугун 0,2...0,5 % его уменьшает размер зерна серого чугуна, улучшает его свойства при высокой температуре и износоустойчивость. Из кремне­молибденового чугуна изготавливают кислотостойкую аппаратуру.

Молибден вводят в состав ряда кислостойких и жаропрочных сплавов, в которых он сочетается главным образом с никелем, ко­бальтом и хромом. Большинство жаростойких сплавов, одновремен­но коррозионностойких, содержит 20...30 % Сr и 1...7 % Мо. В наибо­лее кислотостойких сплавах, сопротивляющихся действию всех мине­ральных кислот, кроме плавиковой, содержание молибдена достигает 15...20 %, остальные компоненты - никель, кобальт, хром, железо.

Молибден хорошо прокатывается в тонкие листы толщиной 0,1...0,2 мм, которые применяют для изготовления анодов генера­торных ламп и кенотронов. Пластинки молибдена служат также для изготовления рентгеновских трубок.

Молибденовую проволоку и ленту используют в качестве нагрева­телей в высокотемпературных электрических печах, в паре с вольфрамо­вой применяют для изготовления термопар, пригодных для измерения температуры 1200...2000 °С в инертной или восстановительной среде.

Для предохранения деталей из молибдена от окисления при высо­ких температурах применяют покрытия силицидом молибдена, спла­вами никеля с хромом, в также некоторые другие способы защиты.

Молибден может служить в качестве конструкционного материа­ла в энергетических ядерных реакторах, так как он сочетает прочность при высоких температурах со сравнительно малым сечением захвата тепловых нейтронов.

Крупные стержни молибдена (длиной 1 м, диаметром 30...40 мм) в последние годы стали применять в качестве нагревателей (элект­родов) в печах для плавки стекла. Молибден практически не реаги­рует с расплавленным стеклом. Мешалки и другие детали, предназ­наченные для варки стекла, также изготавливают из молибдена.

9.5.3. МИНЕРАЛЫ, РУДЫ И РУДНЫЕ КОНЦЕНТРАТЫ

Известно около 20 минералов молибдена, из которых промышлен­ное значение имеют четыре: молибденит МоS₂, повеллит СаМоO₄, молибдит Fе₃(МоO₄)3∙J1/2 Н₂O и вульфенит РbМоO₄. За исключением молибденита, все они - вторичные минералы, образовавшиеся вслед­ствие выветривания первичного минерала - молибденита.

Молибденит MoS₂ - самый распространенный и наиболее промышленно важный минерал молибдена. Это мягкий, свинцово-се­рого цвета минерал с металлическим блеском. Плотность его - 4100...4800 кг/м³. Минерал имеет гексагональную кристаллическую решет­ку слоистого типа. Слои ионов молибдена, расположенные между дву­мя слоями ионов серы, образуют трехслойные упаковки. При нагре­вании на воздухе до 500...600 °С минерал легко окисляется до МоO₂.

Повеллит СаМо0₄ чаще встречается как вторичный минерал - продукт окисления молибденита, поэтому он покрывает его в виде тонких пленок. Цвет повеллита варьируется от белого до серого, плот­ность - 4350...4520 кг/м³.

Молибдит Fе(МоO₄)₃∙nН₂0, образующийся при выветривании молибденита, часто встречается вместе с последним в зоне окисле­ния месторождения молибденита. Состав молибдита непостоянен, поэтому его иногда выражают общей формулой Fе₂O₃∙МоO₃∙2Н₂0. Может служить значительным источником получения молибдена.

Вульфенит РbМоO₄ встречается в зонах окисления свинцовых месторождений. В зависимости от содержания примесей минерал может быть окрашен в желтый, ярко-красный, оливково-зеленый или сероватый цвета. Плотность минерала 6700...7000 кг/м³. В настоя­щее время промышленное значение этого минерала невелико.

Молибден принадлежит к малораспространенным элементам. Сред­нее содержание его в земной коре - 3∙10^-4 % (по массе). Эксплуатируются руды, содержащие десятые и даже сотые доли процента молибдена.

Различают несколько типов молибденовых руд:

1. Простые кварцево-молибденовые, в которых молибденит за­легает в кварцевых жилах.

2. Кварцево-молибдено-вольфрамовые руды, содержащие наря­ду с молибденитом вольфрамит.

3. Скарные. В рудах этого типа молибденит часто с шилитом и некоторыми сульфидами (пирит, халькопирит) залегает в кварцевых жилах, заполняющих трещины в скарных (окремненных) известняках.

4. Медно-молибденовые, в которых молибденит сочетается с сульфидами меди и железа.

Наиболее значительные месторождения молибденовых руд сосредоточены в западной части США, Мексике, Чили, юго-вос­точной части Канады, южной Норвегии и восточных штатах Авст­ралии. В бывшем Советском Союзе эксплуатировался ряд место­рождений молибденовых руд, обеспечивающих потребность оте­чественной промышленности в молибдене: на Северном Кавказе и Закавказье, в Красноярском крае и других районах.

9.5.4. СПОСОБЫ ПЕРЕРАБОТКИ

МОЛИБДЕНОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

Обогащают молибденсодержащие руды почти исключительно методами флотации. Молибденитовые концентраты подвергают окислительному отжигу, в результате которого получают огарок, состоящий из трехокиси молибдена, загрязненной рядом примесей. Огарок затем поступает на выплавку ферромолибдена или на получение чистых соединений молибдена, важнейшее из которых – трехокись молибдена. Обжиг молибденитовых концентратов проводят в многоподовых печах с механическим перегреванием в печах кипящего слоя.

Относительно низкая температура кипения трехокиси молибде­на (1 155 °С) послужила основой для разработки промышленной тех­нологии получения чистой трехокиси молибдена из молибденовых огарков возгонкой. Способ применяется на заводах США и Австра­лии. Его преимущества состоят в возможности получения чистой трехокиси молибдена по короткой технологической схеме.

Трехокись молибдена может быть восстановлена до металла водородом, углеродом и углеродсодержащими газами, а также алю­минием и кремнием, то есть металлотермическим методом.

Промышленный способ производства чистого порошкообразно­го молибдена, превращаемого затем в компактный металл, состоит в восстановлении трехокиси молибдена водородом. Компактный мо­либден получают способом порошковой металлургии и способом ду­говой и электроннолучевой плавки.

При получении сравнительно небольших заготовок (штабиков) сечением 2...16 см² и длиной 450...600 мм порошки молибдена прессу­ют в стальных пресс-формах под давлением 2...3 т/см² на гидравли­ческом прессе. Крупные молибденовые заготовки массой 100...120 кг. формуют методом гидростатического прессования. Для производства более крупных заготовок молибдена массой до 2 000 кг (для прокат­ки листов большого размера, труб и других изделий) применяют ва­куумную плавку молибдена в дуговых и электроннолучевых печах.

В результате электроннолучевой плавки молибден очищается от подавляющей части примесей, в частности от О, N, Fe, Са, Ni, Мп, Со.

Электроннолучевая плавка уменьшает содержание примесей кислорода, азота и углерода до пределов, близких к их растворимости в твердом молибдене, что устраняет выделение оксида, нитрида и карби­да на межкристаллитных границах и снижает порог перехода молибде­на из пластичного состояния в хрупкое до комнатной температуры.

Механические свойства молибдена зависят от чистоты металла и способа производства. Примеси кислорода, азота и углерода понижа­ют пластичность и разрушающее напряжение, но влияние элементов внедрения может быть частично нейтрализовано соответствующей термомеханической обработкой или легированием, или тем и другим од­новременно. Механические свойства молибдена приведены в табл. 47.

Таблица 47