Дипломная работа на тему: Исследование рекристаллизации молибдена

Введение

Высокотемпературная обработка является одним из важнейших этапов технологического воздействия на различные конструкционные и функциональные материалы для придания им необходимых свойств. Примерами такого воздействия являются разнообразные виды термообработки металлов и сплавов (отжиг, закалка, нормализация и др.), различные процессы их технологической обработки (нанесение функциональных покрытий, ковка, горячая штамповка, экструзия, выращивание монокристаллов).

Поскольку микроструктура во многом определяет механические и коррозионные свойства металла, рекристаллизация при высоких температурах может привести к нежелательным изменениям эксплуатационных возможностей. Для снижения вероятности таких нежелательных изменений необходимо знать, как меняется микроструктура при обработке, и корректировать технологический процесс для того, чтобы эти изменения не вызвали недопустимого изменения свойств металла.

Сегодня молибден является весьма важным элементом в разнообразных сферах жизни и деятельности человека от металлургии и машиностроения до биологии и медицины.

История открытия молибдена связана со Швецией. В 1758 шведский минералог и химик Аксель Фредерик Кронштедт (Axel Fredrik Cronstedt) (1722-1765) предположил, что давно известные в средневековой Европе три минерала (PbS, MoS2 и графит) с одним названием - Molybdaena - на самом деле три самостоятельных вещества. Двадцать лет спустя, в 1778, химическим составом молибденита заинтересовался шведский химик Карл Вильгельм Шееле. Прокипятив его с концентрированной азотной кислотой, он получил белый осадок "особой белой земли" (Wasserbleyerde), которую назвал молибденовой кислотой (Acidum Molybdaenae). Экспериментальные трудности (у него не было подходящей печи) не позволили Шееле самостоятельно выделить молибден, решить эту задачу удалось в 1782 шведскому химику Петеру Якобу Гьельму (Peter Jacob Hjelm). Относительно чистый металл удалось получить много лет спустя Йенсу-Якобу Берцелиусу в 1817 году. Совершенно чистый молибден, способный к ковке, получили лишь в начале 20 в. [1].

В 1891 французская фирма Schneider & Со впервые начала использовать молибден в качестве легирующей добавки, придающей стали одновременно высокую твердость и вязкость. Это редкое сочетание ценных свойств в одном металле было сразу оценено по достоинству, так как, обладая плотностью в два раза меньшей, чем плотность вольфрама, молибден являлся почти равноценной его заменой. Резкий скачок в объеме потребления молибдена произошел во время Первой мировой войны, так как темпы производства металлического вольфрама, использовавшегося в качестве легирующей добавки в производстве броневой стали, явно отставали от темпов его увеличивающегося потребления. К этому времени уже были известны замечательные свойства молибдена как легирующей добавки, но основные проблемы были связаны с нехваткой разведанных месторождений молибденита. Интенсивные поиски увенчались успехом лишь в 1918, когда в "долине облаков", в Колорадо было открыто крупнейшее в мире месторождение Клаймакс.

В начале 1930-х началось активное использование молибдена в конструкционных материалах, в производстве быстрорежущих сталей, большинство которых всегда содержит добавку этого элемента.

Сейчас 80% получаемого в мире молибдена используется в черной металлургии: в производстве низколегированных нержавеющих сталей, содержащих менее 4% Мо, быстрорежущих и других инструментальных сталей, доля молибдена в которых достигает 9,5%. Молибден улучшает легирующие свойства хрома в нержавеющих сталях, что особенно важно при их использовании в коррозионных средах, например, морской воде или в качестве конструкционных материалов в процессах нефтехимии. Металлорежущие молибденосодержащие инструменты могут закаливаться в процессе работы. В расплавы сталей элемент добавляется в виде молибдата кальция, молибденового ангидрида или ферромолибдена. Ферромолибден обычно получают при восстановлении огарков от обжига MoS2 в присутствии железа.

Большая часть остального потребления молибдена приходится на молибденсодержащие катализаторы, которые широко применяются в процессах переработки нефти (крекинга, гидроочистки, риформинга), превращения метанола в формальдегид, парофазного окисления пропилена в акролеин, аммонолиза толуола, эпоксидирования различных алкенов и других.

Первое место в мире по потреблению молибденовой продукции занимает Западная Европа (35%), за ней следуют США (25%) и Япония (17%). На долю этих регионов приходится более 90% мирового использования молибдена.

Молибден - один из основных микроэлементов в питании человека и животных. Он содержится во многих живых тканях и необходим для поддержания активности некоторых ферментов, участвующих в процессах обмена веществ в организме.

Чистый молибден находит применение в электровакуумной технике и электроламповом производстве, а также при изготовлении нагревательных элементов. Для высокотемпературного применения молибденовых изделий в окислительных атмосферах его поверхность защищают от коррозии функциональными покрытиями, самыми распространенными из которых являются силицидные покрытия. Разработкой таких покрытий с середины 70-х годов прошлого столетия активно занимаются ученые кафедры материалов реакторостроения Харьковского университета [2, 3].

Наиболее приемлемой и простой методикой формирования силицидных покрытий на молибдене является диффузионное насыщение. Известны попытки связать скорость роста силицидных слоев на молибдене с размером зерна молибденовой подложки. Расчеты и экспериментальные результаты показали увеличение скорости насыщения при измельчении зерна основы. Объяснялось это существенным приростом площади межзеренных границ и определяющим вкладом зернограничной диффузии кремния. Поскольку при высокотемпературной эксплуатации перераспределение фаз происходит также преимущественно за счет зернограничной диффузии, представляет интерес описание влияния зеренной структуры покрытия, во многом определяемой условиями формирования, на процессы перераспределения фаз при эксплуатации изделий. Первой частью этой задачи является исследование влияния условий высокотемпературной обработки на зеренную структуру силицидов.

В данной дипломной работе принципы стереологического анализа (количественной металлографии) рассматриваются применительно к задачам определения среднего размера зерна.

В соответствии с вышеизложенным целью работы было исследование рекристаллизации пруткового молибдена разных марок.

Для достижения поставленной цели было необходимо:

изучить основные стадии рекристаллизации и особенности ее протекания в молибдене;

провести анализ литературных данных по рекристаллизации молибдена для выбора приемлемых температурно-временных параметров высокотемпературного отжига;

освоить необходимые разделы количественной металлографии, а именно - методы определения среднего размера зерна;

освоить работу на высокотемпературной вакуумной установке и провести высокотемпературный вакуумный отжиг образцов молибдена;

подготовить образцы для металлографических исследований и провести измерения размеров зерен.

2. Аналитический обзор

Оглавление

- 1. Введение

- Сущность процесса рекристаллизации и ее виды

- Особенности рекристаллизации молибдена

- Методы определения среднего размера зерна

- Экспериментальная часть

- Использованные материалы и получение образцов

- Экспериментальное оборудование для высокотемпературного отжига и режимы обработки

- Приборы и методы количественного металлографического анализа

- Экспериментальные исследования рекристаллизации молибдена

- Основные результаты и выводы Выводы

- 5. Литература

Заключение

1. Высокотемпературный вакуумный отжиг молибдена приводит к росту зерна, вызванному в основном собирательной рекристаллизацией.

2. Повышение температуры отжига до 1800 оС не только интенсифицирует собирательную рекристаллизации, но и вызывает вторичную рекристаллизацию.

. Рекристаллизация в молибдене марки МЧВП протекает быстрее, чем в молибдене МЧ, что подтверждается снимками структуры.

. Полученные данные для молибдена МЧВП хорошо согласуются с известными данными для литого молибдена, а для молибдена МЧ - со спеченным порошком.

Список литературы

1. Фигуровский Н.А. Открытие элементов и происхождение их названий. - М., Наука, 1970.

2. Е.П. Нечипоренко, А.П. Петриченко, Ю.Б. Павленко. Защита металлов от коррозии. - Харьков: "Вища школа", 1985. - 112 с.

3. С.В. Литовченко. Исследование структуры силицидных покрытий на молибдене. - Вiсник ХДУ. № 1301, серiя фiзична "Ядра, частинки, поля", Харкiв, 1998, с.222-224.

4. Физическое металловедение. В 3 томах / Под ред.Р. Кана и П. Хаазена. - М.: Металлургия, 1987.

5. Физика твердого тела. Энциклопедический словарь / Гл. ред.В.Г. Барьяхтар - Киев: Наук. думка. Т.1. - 1996, Т.2. - 1998.

. Б.А. Колачев, В.А. Ливанов, В.И. Елагин. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов // М.: Металлургия, 1988. - 294 с.

7. Молибден / Под ред. А. Натансона // М.: Иностр. лит., 1959. - С.74

9. Металловедение и термическая обработка стали. Справочник в 3 томах. / Под ред.М. Бернштейна и А. Рахштадта - Том 1. Методы испытаний и исследования. В двух книгах. - М.: Металлургия, 1991.

. Приборы и методы физического металловедения. Вып.1 и 2. - М.: Мир, 1973.

. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. - М.: Металлургия, 1976. - 276 с.

12. Hull F. С., Houk W. J., Trans. AIME, 197, 565 (1953).

13. МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ - МАРКИ И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ / Беккерев И.В. // Ульяновск: УлГТУ, 2007. - С.218.