钼合金

以钼为基添加一种或几种合金元素形成的合金，是一种难熔金属材料。常用的合金元素有钛、锆、铪、钨和铼，脱氧剂常用碳和硼。这些合金元素与钼构成Mo-Ti-Zr-c、Mo-Ti-Zr-Hf、Mo-w以及Mo-Re四大合金系列。由于铪的价格昂贵，工业上暂未采用钼-钛-锆-铪合金。常用工业钼合金的名称及成分列于表1。

表1常用工业钼合金的名称和成分(％)

①美国牌号；②前苏联牌号。

合金化原理钼合金可分为固溶强化和弥散沉淀强化两大类。(1)固溶强化是基体钼和合金元素的原子半径的差异而造成的晶格畸变，钼、钛、锆、铪的原子半径分别为0.28nm、0.296nm、0.322nm和0.317nm显然，锆和铪对钼的固溶强化效果最佳，而钛与钼的原子半径差异较小，形成无限固溶体。少量的钛、锆固溶强化元素可把钼的再结晶温度由1000℃提高到1300℃。1200℃的强度极限由118MPa提高到294MPa，100h的持久强度由39MPa提高到118MPa。(2)沉淀强化是钼合金在高温淬火过程中形成过饱和固溶体在随后的退火时效时析出弥散的碳化锆、碳化铪、碳化钛和碳化钼质点。这四种碳化物的熔点相应为3530℃、3887℃、3140℃和2687℃。碳化锆和碳化铪的熔点高，在高温下不易聚集长大和再溶入基体，它们是钼合金的最佳沉淀强化相、碳化钛次之。碳化钼由于熔点低，易在晶界上析出，降低高温强度，使加工性恶化。因此，钼合金要尽量避免碳化钼的析出。为此，对于钼-钛-锆-碳系合金成分的设计要求(Ti+Zr)／c的比值控制在2.1～6.1范围以内。在更高的温度下，为避免时效合金沉淀相聚集长大和再溶解入基体，需用Mo-w合金。钼和钨形成无限固溶体，钨的加入可提高合金的熔点，30％w钼钨合金的熔点可提高到2850℃。

塑性-脆性转变钼是体心立方金属，塑性-脆性转变是它的固有特性，转变温度范围在室温附近。间隙元素碳、氧和氮在钼中的溶解度极低，易在晶界上析出，使转变温度提高。加入钛、锆、铪和钨等合金元素只能使转变温度提高而不降低。但是，铼的加入可以净化晶界，改变电子结构，同时钼的变形机制由滑移转变成孪晶，可显著降低塑性一脆性转变温度，Mo-50Re合金的静弯曲转变温度可降到-250℃。

再结晶及加工强化钼合金在再结晶温度以下加工，由于加工强化作用可大大提高强度。当工作温度超过再结晶温度时，固溶强化钼合金的加工强化作用消失，发生再结晶软化。而高合金成分钼合金则不然，因为高温(例如2100℃)再结晶处理实际上是不完全淬火。随后在高温受力条件下，受到温度和应力的双重作用，促进时效反应，沉淀相更致密均匀，由于这种应变时效作用，再结晶合金的强度反而比冷变形态的高。

力学性能常用钼合金的拉伸性能列于表2。

表2常用工业钼合金的强度

制取方法有粉末冶金法和熔炼法。

粉末冶金法先把高纯钼粉分别和氢化钛、氢化锆、氢化铪和碳混合均匀后，用模压或等静压法压制成形。模压适用于小尺寸，形状简单，量大的制品。等静压适用于压制大尺寸、形状复杂的零件或者锻造、轧制毛坯。等静压的压力为150MPa，压制品在1950～2100℃的氢气炉中烧结，烧结品的晶粒细小，密度可达理论值的95％～98％。

熔炼法包括真空自耗(非自耗)电弧熔炼，电子束熔炼和真空壳式熔炼3种方法。

(1)真空白耗(非自耗)电弧熔炼。高纯钼和合金元素做成棒状电极(负极)，电极棒置于水冷铜结晶器中间，在高真空状态下电极和结晶器底垫之间产生电弧，同时电极熔化成液体金属，电极和熔化的液体金属之间维持正常电弧，电极连续熔化(白耗)，最终在水冷铜结晶器内生成钼合金锭。电流、电压、自耗电极直径与结晶器直径的比值和外加搅拌磁场强度对铸锭质量有明显影响；真空非自耗熔炼就是电极不熔化(常用钨电极)，被熔化金属置于结晶器内生成电弧，成为铸锭。

(2)真空壳式熔炼。被熔化的钼合金在水冷或氦冷的铜坩埚内壁生成一层内壳，在壳内的金属液体可用来铸造。自耗电极壳式炉类似真空白耗电弧炉，非自耗电极壳式炉与非自耗电弧炉一样，用钨或石墨作电极，被熔化的钼块与蒸气压高的合金元素放在坩埚内作为另一个电极，两电极间燃烧电弧，被熔化的钼合金在坩埚中熔化。这种方法最适宜用来回收废料。

(3)电子束熔炼。被熔的钼及合金元素作为正极，电子枪发射的高速电子轰击正极。电子动能变成热能熔化金属。熔化的金属液滴在可拉锭的结晶器内结晶。由于熔化是在高真空条件下进行，液滴净化效果特好，但蒸气压高的合金元素(例如钛和锆)挥发严重，成分难以控制。因此，金属钼提纯常用电子束法，合金熔炼常用真空电弧炉。

塑性加工包括挤压，锻造和轧制。

挤压主要用挤压法破碎熔炼钼锭的粗大柱状晶，为后续加工提供坯料。挤压温度为1450～1550℃，挤压比达到3，柱状晶已明显破碎。

锻造烧结粉末坯或挤压坯可进行自由锻、模锻和旋锻。锻造初始变形量要足够大，保证断面变形均匀，避免棒材心裂。始锻温度为1250～1280℃，终锻温度为850℃。

轧制烧结坯料和挤压锻造坯料均可轧制成板材和棒材。合金轧制温度为1250～1280℃。随着变形量的增加，加工硬化程度提高，需中间消除应力退火。合金板坯和棒坯的变形抗力大，第一道次的变形量要严格控制，防止板材层裂和棒材心裂。

用途钼合金可用作人造卫星蒙皮、火箭的控制器、无缝钢管的穿孔顶头、玻璃电加热用钼电极，以及有色、黑色金属压铸模具和高温炉的发热体。