Classificação de molibdênio e ligas de molibdênio

1. Introdução

Com o desenvolvimento da ciência dos materiais metálicos refratários, como aço, alumínio, titânio e outras indústrias metálicas, o desenvolvimento de molibdênio e ligas de molibdênio formou gradualmente um sistema estrutural relativamente complexo e completo.

Revisei uma grande quantidade de materiais relevantes nacionais e estrangeiros e, com base nisso, proponho pontos de vista e métodos para classificação de ligas de molibdênio, bem como previsões para a direção do desenvolvimento de ligas de molibdênio, na esperança de auxiliar pesquisadores e produtores envolvidos em ligas de molibdênio. estudos e produção.

2. Breve História do Desenvolvimento da Liga de Molibdênio

Desde a descoberta do metal molibdênio em 1778, ele tem sido amplamente utilizado na metalurgia, fontes de luz elétrica, indústria eletrônica, indústria química, indústria de vidro e fibra de vidro, indústria médica e assim por diante.

No entanto, devido aos seus defeitos de desempenho inerentes (tais como baixa temperatura de transição plástico-frágil, resistência limitada, dureza, etc.), vários métodos têm sido tentados para melhorá-lo, promovendo assim o seu caminho para a formação de ligas.

Inicialmente, oligoelementos como titânio e zircônio foram adicionados ao molibdênio para formar ligas de oligoelementos (como Mo-0,5Ti, Z-6, etc.), visando melhorar seu desempenho através do fortalecimento de soluções sólidas de oligoelementos, eliminando grãos fase frágil limite e usando seus produtos de reação (TiC, ZrC) como fases de dispersão para fortalecer a liga.

Ao mesmo tempo, o molibdênio foi combinado com tungstênio, rênio e outros metais em certas proporções para formar ligas correspondentes (como Mo-5Re, Mo-25W, etc.) para melhorar sua resistência ao calor por meio de extensa liga de soluções sólidas, assim formando séries de ligas de molibdênio-tungstênio e molibdênio-rênio.

Com base na base de ligas microligadas, a adição de uma certa quantidade de elementos de liga pode melhorar a fragilidade à temperatura ambiente das ligas de molibdênio após uso em alta temperatura.

Isto evoluiu para as ligas da série Mo-Ti-Zr-C. As ligas TZM e TZC desta série tornaram-se as ligas de molibdênio mais importantes atualmente em uso e são uma parte importante da família de ligas de molibdênio.

Nos últimos anos, descobriu-se que usando o háfnio para substituir o titânio como elemento aditivo, seu produto de reação HfC tem um efeito de fortalecimento mais forte do que o TiC, o que pode melhorar ainda mais o desempenho das ligas de molibdênio.

Com base nisso, as séries de ligas Mo-Hf-C (MHC) e Mo-Hf-Zr-C (ZHM) foram estabelecidas.

Ao mesmo tempo, as pessoas estão tentando combinar o efeito de fortalecimento da dispersão da solução sólida de oligoelementos com o efeito de fortalecimento da solução sólida de uma grande quantidade de liga de molibdênio e tungstênio, a fim de alcançar um avanço fundamental no desempenho abrangente das ligas de molibdênio.

Isso levou às séries de ligas Mo-W-Zr-Hf-C e Mo-W-Hf-C, que ainda estão em desenvolvimento.

Usando um método de dopagem úmida, a adição de potássio, silício, alumínio e outros oligoelementos ao molibdênio forma molibdênio dopado, que atualmente é relatado como a liga de molibdênio com o melhor desempenho em altas temperaturas.

Sua temperatura de recristalização pode chegar a 1800 e mesmo após a recristalização, ainda apresenta certa resistência, plasticidade e amplas perspectivas de desenvolvimento. Ao mesmo tempo, adicionar rênio metálico a ligas de molibdênio dopadas pode produzir ligas com desempenho abrangente ainda superior.

Atualmente, há relatos de adição de óxidos de terras raras ao molibdênio puro e a vários tipos de ligas de molibdênio. Isso se tornou vários tipos de liga de molibdênio mais maduros. Neste ponto, um diagrama evolutivo complexo de ligas de molibdênio foi formado (ver figura).

3. Classificação de ligas de molibdênio

Este artigo classifica as ligas de molibdênio de duas maneiras: de acordo com os elementos da liga e os tipos de reforço da liga. O anexo é uma tabela de classificação detalhada para molibdênio e ligas de molibdênio.

Observação :

• A: Molibdênio Puro
• B: Dispersão Dopada Reforçada
• C: Dispersão Dopada + Solução Sólida Fortalecida
• D: Solução Sólida Reforçada + Dispersão de Carboneto Reforçada
• E: Solução Sólida Fortalecida + Solução Sólida Fortalecida + Dispersão de Carboneto
• F: Solução Sólida Fortalecida
• G: Solução Sólida Reforçada + Dispersão de Carboneto Reforçada + Dispersão de Óxido de Terras Raras Reforçada
• H: Dispersão de óxido de terras raras fortalecida

3.1 Classificação por Elementos de Liga

(1) Liga Binária

Ligas binárias referem-se a ligas de molibdênio com um único elemento de liga adicionado ao molibdênio. Este tipo de liga pode ser dividido em dois tipos. Uma delas é uma liga de molibdênio com tungstênio e rênio como elementos de liga.

Neste tipo de liga, a quantidade de elementos de liga adicionados é grande e o desempenho da liga é caracterizado principalmente por boa dureza e resistência ao calor. O outro tipo é uma liga de molibdênio com titânio, zircônio e háfnio como elementos de liga.

A característica deste tipo de liga é que a quantidade adicionada é pequena e o desempenho da liga é ligeiramente melhorado em comparação com o molibdênio puro. Os principais são Mo0.5Ti, Z-6 e MHC.

(2) Liga multicomponente

As ligas de molibdênio multicomponentes são baseadas em ligas binárias de molibdênio. A fim de melhorar ainda mais o desempenho da liga, um segundo ou vários componentes de liga são adicionados para formar ligas com excelente desempenho. Os principais incluem as seguintes séries:

Série Mo-Ti-Zr-C: Este tipo de liga é baseado em Mo0,5Ti, com adição de uma certa quantidade de elementos de zircônio e carbono. Atualmente é a liga de molibdênio excelente mais madura e amplamente utilizada, frequentemente vista em placas, tiras e materiais de folha, e menos usada em materiais de fio-máquina. As principais notas são TZC e TZM.

Série Mo-Hf-Zr-O: Este tipo de liga é baseado na série MoTi-Zr-C. Para melhorar ainda mais o desempenho da liga, o háfnio é usado para substituir o titânio. Devido às diferentes proporções de háfnio dos pesquisadores, vários graus, como ZHM, ZHM4, ZHM6, ZHM7, ZHM8, foram formados. Estas ligas também são excelentes, mas atualmente não há relatos de uso generalizado tanto nacional como internacionalmente.

As ligas das séries Mo-W-Hf-C e Mo-W-Hf-Zr-C são desenvolvidas para combinar os efeitos de fortalecimento de grandes quantidades de liga na solução da matriz com o fortalecimento da dispersão de carbonetos de oligoelementos, produzindo assim ligas com excelentes propriedades abrangentes (alta resistência, dureza e bom desempenho em altas temperaturas) e superação da fragilidade à temperatura ambiente após uso em altas temperaturas. Atualmente, existem vários graus como M25WH1, M25WH2, HWM25, M25WZH1, mas nenhum está maduro.

As ligas de molibdênio dopadas são feitas por dopagem úmida ou seca, onde uma certa quantidade de elementos de potássio, silício e alumínio são adicionados ao molibdênio puro. Isto pode aumentar significativamente a temperatura de recristalização do molibdênio, mantendo uma boa plasticidade mesmo após a recristalização.

Este tipo de liga de molibdênio possui a mais alta temperatura de recristalização relatada, chegando a 1800. Ela não é usada apenas em varetas e fios, mas também possui uma ampla gama de aplicações em folhas, tiras e folhas.

Em certas aplicações militares, o efeito dopante do potássio, silício e alumínio é combinado com o efeito de fortalecimento da solução sólida do rênio para produzir produtos que atendem a requisitos especiais de alto desempenho.

As ligas de molibdênio de terras raras foram extensivamente testadas em ligas monocomponentes e multicomponentes devido à temperatura de recristalização e às propriedades anti-flacidez do molibdênio. Os maduros incluem ligas MLa e MY, que adicionam 1% ~ 2% La2O3 ou Y2O3 ao molibdênio puro.

Essas ligas têm bom desempenho em altas temperaturas e uma ampla perspectiva de aplicação. Mo-0,5Ti+Y adiciona Y2O3 para formar uma liga de dispersão baseada em uma liga de elemento único, que deverá garantir um lugar no campo de folhas, tiras e folhas.

O trabalho de adição de óxidos de terras raras às ligas TZM, TZC, ZHM está atualmente em fase de pesquisa e desenvolvimento. A adição de óxidos de terras raras pode melhorar significativamente a estrutura química estável e um bom efeito de fortalecimento.

3.2 Classificação por Tipo de Reforço

No diagrama do processo de evolução e método de reforço da liga de molibdênio, pode-se observar que as ligas podem ser divididas nas seguintes categorias de acordo com o tipo de reforço da liga:

(1) Ligas do tipo reforço de solução sólida

Traçar ligas de reforço de solução sólida: Este tipo de liga refere-se principalmente à liga de molibdênio do sistema de elemento único Mo-0.5Ti Z-6, que depende principalmente da adição de uma pequena quantidade de elementos de liga à solução sólida para melhorar o desempenho da liga.

Este efeito de fortalecimento é muito fraco e o desempenho da liga só pode ser ligeiramente superior ao do molibdênio puro. Portanto, uma certa quantidade de carbono é frequentemente adicionada à liga enquanto se adiciona vestígios de elementos de solução sólida, permitindo que elementos de carbono e liga formem carbonetos para desempenhar um papel no fortalecimento da dispersão.

Grande quantidade de ligas de reforço de solução sólida: Este tipo de liga refere-se às ligas das séries molibdênio-tungstênio e molibdênio-rênio. Eles dependem principalmente da adição de um grande número de elementos de liga para formar uma solução sólida de liga com molibdênio para aumentar a resistência ao calor e a dureza da liga, mas a usinabilidade piora.

(2) Ligas reforçadas por dispersão

Ligas reforçadas com dispersão de carboneto: Além do efeito de fortalecimento dos oligoelementos em ligas de molibdênio multielementos, o fortalecimento do carboneto não pode ser adotado.

Elementos ativos como titânio, zircônio e háfnio, adicionados às ligas de molibdênio, reagem com o carbono para gerar carbonetos refratários (TiC, ZrC, HfC) que existem na forma de fases finas dispersas, desempenhando um papel no fortalecimento da dispersão em altas temperaturas.

As ligas TZM, TZC da série Mo-Ti-Zr-C e o ZHM da série Mo-Hf-Zr-C pertencem todas a esta categoria de ligas.

Ligas reforçadas por dispersão de óxido de terras raras: Essas ligas aumentam a resistência da liga através do efeito de fortalecimento da dispersão de partículas finas de óxido de terras raras. Comparado com o fortalecimento do carboneto, seu efeito de fortalecimento da dispersão é mais forte. Exemplos de tais ligas incluem ML10, MY e Mo-0,5Ti+Y.

(3) Ligas reforçadas dopadas

Esta categoria refere-se a ligas com diferentes quantidades de dopagem de molibdênio. Eles não apenas dependem do efeito de fortalecimento da solução sólida dos elementos dopantes, mas também dependem principalmente da presença de bolhas de potássio em altas temperaturas para melhorar ainda mais o desempenho da liga.

(4) Ligas totalmente reforçadas

De modo geral, existe uma estreita relação entre os vários mecanismos de fortalecimento das ligas de molibdênio. O efeito fortalecedor dos oligoelementos ocorre principalmente em temperaturas entre 1100 e 1300.

Quando a temperatura sobe ainda mais, ele falha. O efeito de fortalecimento da dispersão dos carbonetos é mais evidente em 1400-1500. Entre 1500 e 1800, os carbonetos amolecem e tornam-se instáveis. A esta temperatura, o efeito de fortalecimento dos óxidos de terras raras de alto ponto de fusão é significativo.

Acima de 2000, os óxidos de terras raras começam a amolecer, enquanto o efeito fortalecedor das bolhas dopadas de potássio e silício é evidente. A busca por materiais de alto desempenho sempre foi contínua, e as ligas totalmente reforçadas são atualmente um dos pontos importantes na pesquisa e desenvolvimento de ligas de molibdênio.

4. Opiniões sobre as perspectivas de desenvolvimento das ligas de molibdênio

(1) Como o processo de produção de ligas de molibdênio e molibdênio puro é muito semelhante, com o desenvolvimento de materiais refratários, os materiais de molibdênio puro serão gradualmente substituídos por materiais de liga de molibdênio de alto desempenho.

(2) Por um período considerável, a série Mo-Ti-Zr-C de ligas TZM, TZC, com seu excelente desempenho e tecnologia madura, permanecerá predominante na aplicação de placas, tiras e folhas. O molibdênio de terras raras com boa resistência à curvatura e desempenho em altas temperaturas substituirá gradualmente o molibdênio puro em hastes e fios.

(3) Molibdênio dopado e molibdênio dopado com adição de elementos de rênio, esses dois tipos de ligas de molibdênio, com seu excelente desempenho abrangente, irão gradualmente se desenvolver e crescer em produtos civis e militares, tendo uma perspectiva de desenvolvimento promissora.

(4) Ligas de molibdênio reforçadas e abrangentes serão o novo alvo que as pessoas estão perseguindo.