Molibden ve Molibden Alaşımlarının Sınıflandırılması

1. Giriş

Çelik, alüminyum, titanyum ve diğer metal endüstrileri gibi refrakter metal malzeme biliminin gelişmesiyle birlikte, molibden ve molibden alaşımlarının gelişimi yavaş yavaş nispeten karmaşık ve eksiksiz bir yapısal sistem oluşturmuştur.

Çok sayıda yerli ve yabancı ilgili materyali inceledim ve buna dayanarak, molibden alaşımı çalışmaları ve üretimi yapan araştırmacılara ve üreticilere yardımcı olmak umuduyla molibden alaşımlarının gelişim yönüne ilişkin tahminlerin yanı sıra molibden alaşımı sınıflandırması için bakış açıları ve yöntemler önerdim.

2. Molibden Alaşımının Gelişiminin Kısa Tarihçesi

Molibden metali 1778 yılında keşfedildiğinden beri metalurji, elektrik ışık kaynakları, elektronik endüstrisi, kimya endüstrisi, cam ve fiberglas endüstrisi, tıp endüstrisi vb. alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bununla birlikte, doğal performans kusurları (düşük plastik-kırılgan geçiş sıcaklığı, sınırlı mukavemet, sertlik vb. gibi) nedeniyle, onu iyileştirmek için çeşitli yöntemler denenmiş ve böylece alaşımlama yolu teşvik edilmiştir.

Başlangıçta, aşağıdaki gibi eser elementler titanyum ve zirkonyum, iz element alaşımlı alaşımlar (Mo-0.5Ti, Z-6, vb.) oluşturmak için molibdene eklenmiş, iz elementlerin katı çözelti güçlendirmesi, tane sınırı kırılgan fazının ortadan kaldırılması ve reaksiyon ürünlerinin (TiC, ZrC) alaşımı güçlendirmek için dispersiyon fazları olarak kullanılması yoluyla performansını artırmayı amaçlamıştır.

Aynı zamanda molibden, tungsten, renyum ve diğer metallerle belirli oranlarda birleştirilerek ilgili alaşımlar (Mo-5Re, Mo-25W, vb.) oluşturuldu ve katı çözeltilerin kapsamlı alaşımlanması yoluyla ısı dirençleri artırıldı, böylece molibden-tungsten ve molibden-renyum alaşım serileri oluşturuldu.

Mikro alaşımlı alaşımların temeline dayanarak, belirli miktarda alaşım elementinin eklenmesi, yüksek sıcaklıkta kullanımdan sonra molibden alaşımlarının oda sıcaklığındaki kırılganlığını artırabilir.

Bu, Mo-Ti-Zr-C serisi alaşımlara dönüşmüştür. Bu serideki TZM ve TZC alaşımları şu anda kullanımda olan en önemli molibden alaşımları haline gelmiştir ve molibden alaşım ailesinin önemli bir parçasıdır.

Son yıllarda, katkı maddesi olarak titanyumun yerine hafniyum kullanıldığında, reaksiyon ürünü HfC'nin TiC'den daha güçlü bir güçlendirme etkisine sahip olduğu ve bunun molibden alaşımlarının performansını daha da artırabileceği bulunmuştur.

Buna dayanarak, Mo-Hf-C (MHC) ve Mo-Hf-Zr-C (ZHM) alaşım serileri oluşturulmuştur.

Aynı zamanda, insanlar molibden alaşımlarının kapsamlı performansında temel bir atılım elde etmek için eser elementlerin katı çözelti dağılım güçlendirme etkisini büyük miktarda alaşımlı molibden tungsten alaşımının katı çözelti güçlendirme etkisiyle birleştirmeye çalışıyorlar.

Bu durum, halen geliştirilmekte olan Mo-W-Zr-Hf-C ve Mo-W-Hf-C alaşım serilerinin ortaya çıkmasına neden olmuştur.

Islak doping yöntemi kullanılarak molibdene potasyum, silikon, alüminyum ve diğer eser elementlerin eklenmesi, şu anda en iyi yüksek sıcaklık performansına sahip molibden alaşımı olduğu bildirilen katkılı molibden oluşturur.

Yeniden kristalleşme sıcaklığı 1800'e ulaşabilir ve yeniden kristalleşmeden sonra bile hala belirli bir mukavemete, plastisiteye ve geniş gelişme beklentilerine sahiptir. Aynı zamanda, katkılı molibden alaşımlarına metalik renyum eklenmesi, daha da üstün kapsamlı performansa sahip alaşımlar üretebilir.

Şu anda, saf molibden ve çeşitli molibden alaşımlarına nadir toprak oksitleri eklendiğine dair raporlar bulunmaktadır. Bu, birkaç daha olgun molibden alaşım sınıfı haline gelmiştir. Bu noktada, molibden alaşımlarının karmaşık bir evrimsel diyagramı oluşmuştur (şekle bakınız).

3. Molibden Alaşımlarının Sınıflandırılması

Bu makale molibden alaşımlarını iki şekilde sınıflandırmaktadır alaşım elementleri ve alaşımın güçlendirme türleri. Ek, molibden ve molibden alaşımları için ayrıntılı bir sınıflandırma tablosudur.

Not :

• A: Saf Molibden
• B: Katkılı Dağılım Güçlendirilmiş
• C: Katkılı Dağılım + Güçlendirilmiş Katı Çözelti
• D: Katı Çözelti Güçlendirilmiş + Karbür Dağılımı Güçlendirilmiş
• E: Katı Çözelti ile Güçlendirilmiş + Katı Çözelti ile Güçlendirilmiş + Karbür Dispersiyonu
• F: Güçlendirilmiş Katı Çözelti
• G: Katı Çözelti Güçlendirilmiş + Karbür Dağılımı Güçlendirilmiş + Nadir Toprak Oksit Dağılımı Güçlendirilmiş
• H: Güçlendirilmiş Nadir Toprak Oksit Dağılımı

3.1 Alaşım Elementlerine Göre Sınıflandırma

(1) İkili Alaşım

İkili alaşımlar, molibdene tek bir alaşım elementi eklenmiş molibden alaşımlarını ifade eder. Bu tür alaşımlar iki türe ayrılabilir. Birincisi, alaşım elementleri olarak tungsten ve renyum içeren bir molibden alaşımıdır.

Bu alaşım türünde, eklenen alaşım elementlerinin miktarı büyüktür ve alaşım performansı esas olarak iyi sertlik ve ısı direnci ile karakterize edilir. Diğer tür ise alaşım elementleri olarak titanyum, zirkonyum ve hafniyum içeren bir molibden alaşımıdır.

Bu tür alaşımın özelliği, eklenen miktarın az olması ve alaşım performansının saf molibdene kıyasla biraz daha iyi olmasıdır. Bunların başlıcaları Mo0.5Ti, Z-6 ve MHC'dir.

(2) Çok bileşenli Alaşım

Çok bileşenli molibden alaşımları ikili molibden alaşımlarına dayanır. Alaşım performansını daha da iyileştirmek için, belirli mükemmel performansa sahip alaşımlar oluşturmak üzere ikinci veya çoklu alaşım bileşenleri eklenir. Bunların başlıcaları aşağıdaki serileri içerir:

Mo-Ti-Zr-C serisi: Bu alaşım türü, belirli miktarda zirkonyum ve karbon elementleri eklenmiş Mo0.5Ti'ye dayanmaktadır. Şu anda en olgun ve yaygın olarak kullanılan mükemmel molibden alaşımıdır, genellikle plakalarda, şeritlerde ve folyo malzemelerde görülür ve filmaşin malzemelerde daha az kullanılır. Ana kaliteleri TZC ve TZM'dir.

Mo-Hf-Zr-O serisi: Bu alaşım türü MoTi-Zr-C serisine dayanmaktadır. Alaşım performansını daha da iyileştirmek için titanyumun yerine hafniyum kullanılır. Araştırmacıların farklı hafniyum oranları nedeniyle ZHM, ZHM4, ZHM6, ZHM7, ZHM8 gibi çoklu kaliteler oluşmuştur. Bu alaşımlar da oldukça mükemmeldir, ancak şu anda hem yurt içinde hem de uluslararası alanda yaygın kullanım raporları bulunmamaktadır.

Mo-W-Hf-C serisi ve Mo-W-Hf-Zr-C serisi alaşımlar, matris çözeltisindeki büyük miktarda alaşımın güçlendirme etkilerini eser element karbürlerin dağılım güçlendirme etkisiyle birleştirmek ve böylece mükemmel kapsamlı özelliklere (yüksek mukavemet, sertlik ve iyi yüksek sıcaklık performansı) sahip alaşımlar üretmek ve yüksek sıcaklıkta kullanımdan sonra oda sıcaklığındaki kırılganlığın üstesinden gelmek için geliştirilmiştir. Şu anda, M25WH1, M25WH2, HWM25, M25WZH1 gibi çeşitli kaliteler vardır, ancak hiçbiri olgun değildir.

Katkılı molibden alaşımları, saf molibdene belirli miktarda potasyum, silikon ve alüminyum elementlerinin eklendiği ıslak veya kuru doping ile yapılır. Bu, molibdenin yeniden kristalleşme sıcaklığını önemli ölçüde artırabilir ve yeniden kristalleşmeden sonra bile iyi plastikliği koruyabilir.

Bu tür molibden alaşımı, 1800'e kadar ulaşan, rapor edilen en yüksek yeniden kristalleşme sıcaklığına sahiptir. Sadece çubuk ve tellerde kullanılmaz, aynı zamanda levha, şerit ve folyolarda da geniş bir uygulama alanına sahiptir.

Bazı askeri uygulamalarda, potasyum, silikon ve alüminyumun katkılama etkisi renyumun katı çözelti güçlendirme etkisi ile birleştirilerek özel yüksek performans gereksinimlerini karşılayan ürünler üretilir.

Nadir toprak molibden alaşımları, molibdenin yeniden kristalleşme sıcaklığı ve sarkma önleyici özellikleri nedeniyle tek bileşenli ve çok bileşenli alaşımlarda kapsamlı bir şekilde test edilmiştir. Olgun olanlar, saf molibdene 1% ~ 2% La2O3 veya Y2O3 ekleyen MLa ve MY alaşımlarını içerir.

Bu alaşımlar iyi bir yüksek sıcaklık performansına ve geniş bir uygulama alanına sahiptir. Mo-0.5Ti+Y, tek elementli alaşıma dayalı bir dispersiyon alaşımı oluşturmak için Y2O3 ekler ve bunun levha, şerit ve folyo alanında bir yer edinmesi beklenir.

TZM, TZC, ZHM alaşımlarına nadir toprak oksitleri ekleme çalışmaları şu anda araştırma ve geliştirme aşamasındadır. Nadir toprak oksitlerinin eklenmesi, kararlı kimyasal yapıyı ve iyi güçlendirme etkisini önemli ölçüde artırabilir.

3.2 Güçlendirme Türüne Göre Sınıflandırma

Molibden alaşımının evrim süreci ve güçlendirme yöntemi diyagramında, alaşımların alaşım güçlendirme türüne göre aşağıdaki kategorilere ayrılabileceği görülebilir:

(1) Katı çözelti güçlendirici tip alaşımlar

İz katı çözelti güçlendirici alaşımlar: Bu alaşım türü, esas olarak alaşımın performansını artırmak için katı çözeltiye az miktarda alaşım elementi eklemeye dayanan Mo-0.5Ti Z-6 tek elementli sistem molibden alaşımını ifade eder.

Bu güçlendirme etkisi çok zayıftır ve alaşım performansı saf molibdenden sadece biraz daha yüksek olabilir. Bu nedenle, alaşıma genellikle eser katı çözelti elementleri eklenirken belirli miktarda karbon eklenir, böylece karbon ve alaşım elementlerinin dağılım güçlendirmesinde rol oynaması için karbürler oluşturmasına izin verilir.

Büyük miktarda katı çözelti güçlendirici alaşımlar: Bu alaşım türü molibden-tungsten ve molibden-renyum serisi alaşımları ifade eder. Öncelikle alaşımın ısı direncini ve sertliğini artırmak için molibden ile bir alaşım katı çözeltisi oluşturmak için çok sayıda alaşım elementinin eklenmesine dayanırlar, ancak işlenebilirlik daha da kötüleşir.

(2) Dispersiyonla güçlendirilmiş alaşımlar

Karbür dağılımlı güçlendirilmiş alaşımlar: Çok elementli molibden alaşımlarında eser elementlerin güçlendirici etkisi dışında, karbür güçlendirmesi benimsenemez.

Molibden alaşımlarına eklenen titanyum, zirkonyum ve hafniyum gibi aktif elementler, karbon ile reaksiyona girerek ince dağılmış fazlar şeklinde bulunan ve yüksek sıcaklıklarda dağılımın güçlendirilmesinde rol oynayan refrakter karbürler (TiC, ZrC, HfC) oluşturur.

Mo-Ti-Zr-C serisinin TZM, TZC alaşımları ve Mo-Hf-Zr-C serisinin ZHM alaşımlarının tümü bu alaşım kategorisine aittir.

Nadir toprak oksit dağılımlı güçlendirilmiş alaşımlar: Bu alaşımlar, nadir toprak oksitin ince parçacıklarının dağılım güçlendirme etkisi yoluyla alaşımın mukavemetini arttırır. Karbür güçlendirmesi ile karşılaştırıldığında, dağılım güçlendirme etkisi daha güçlüdür. Bu tür alaşımlara örnek olarak ML10, MY ve Mo-0.5Ti+Y verilebilir.

(3) Katkılı-güçlendirilmiş alaşımlar

Bu kategori, çeşitli farklı molibden katkısı miktarlarına sahip alaşımları ifade eder. Bu alaşımlar sadece eser doping elementlerinin katı çözelti güçlendirme etkisine değil, aynı zamanda alaşımın performansını daha da artırmak için yüksek sıcaklıklarda potasyum kabarcıklarının varlığına da dayanır.

(4) Kapsamlı güçlendirilmiş alaşımlar

Genel olarak, molibden alaşımlarının çeşitli güçlendirme mekanizmaları arasında yakın bir ilişki vardır. Eser elementlerin güçlendirici etkisi esas olarak 1100 ile 1300 arasındaki sıcaklıklarda ortaya çıkar.

Sıcaklık daha da yükseldiğinde başarısız olur. Karbürlerin dispersiyonu güçlendirici etkisi en çok 1400-1500'de belirgindir. 1500-1800'de karbürler yumuşar ve kararsız hale gelir. Bu sıcaklıkta, yüksek erime noktalı nadir toprak oksitlerinin güçlendirici etkisi önemlidir.

2000'in üzerinde, nadir toprak oksitleri yumuşamaya başlarken, katkılı potasyum ve silikon kabarcıklarının güçlendirici etkisi belirgindir. Daha yüksek performanslı malzemelerin arayışı her zaman devam etmiştir ve kapsamlı güçlendirilmiş alaşımlar şu anda molibden alaşımlarının araştırma ve geliştirilmesindeki sıcak noktalardan biridir.

4. Molibden alaşımlarının gelişim beklentilerine ilişkin görüşler

(1) Molibden alaşımlarının ve saf molibdenin üretim süreci çok benzer olduğundan, refrakter malzemelerin gelişmesiyle birlikte, saf molibden malzemelerin yerini yavaş yavaş yüksek performanslı molibden alaşımlı malzemeler alacaktır.

(2) Önemli bir süre boyunca, Mo-Ti-Zr-C serisi TZM, TZC alaşımları, mükemmel performansları ve olgun teknolojileri ile levha, şerit ve folyo uygulamalarında ana akım olmaya devam edecektir. İyi sarkma direncine ve yüksek sıcaklık performansına sahip nadir toprak molibden, çubuk ve tellerde kademeli olarak saf molibdenin yerini alacaktır.

(3) Katkılı molibden ve renyum elementleri eklenmiş katkılı molibden, bu iki tür molibden alaşımı, mükemmel kapsamlı performansları ile hem sivil hem de askeri ürünlerde kademeli olarak gelişecek ve büyüyecek ve umut verici bir gelişme beklentisine sahip olacaktır.

(4) Kapsamlı bir şekilde güçlendirilmiş molibden alaşımları, insanların peşinde olduğu yeni hedef olacaktır.