MolybdänWerkstoffeigenschaften und Anwendungen                            Molybdenum     Material Properties and Applicati...
MolybdänMolybdenumMolybdän zählt zu den 90 natürlich         Molybdenum is one of the 90 naturallyvorkommenden Elementen. ...
INHALT                                                                                                          Molybdän  ...
Herstellung von HalbzeugManufacture of Semi-finished ProductsDie wichtigsten Mineralien für die            The most importa...
Durch unterschiedliche Umformverfah-                  The sintered billets are then hot workedren, wie beispielsweise Stra...
Produktionsprogramm und garantierte AnalyseProduct Range and Guaranteed Chemical CompositionNeben Molybdän unterschiedlich...
Chemische Spezifikation festen metallischen MolybdänsChemical specification of solid metallic molybdenum  Element         Ga...
Hinweise zur WerkstoffauswahlBasis for Material SelectionDie richtige Werkstoffauswahl hängt      Correct material selecti...
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MoILQ                                              MoILQBei MoILQ handelt es sich um                       MoILQ is a micr...
MoCu                                                  MoCuMoCu ist ein Verbundwerkstoff mit                     MoCu is a ...
Eigenschaften von Molybdän und seinen LegierungenProperties of Molybdenum and its AlloysPhysikalische Eigenschaften des re...
Gobbing-Rührer mit MoW-Schaft     Gobbing stirrer with MoW shaft13
Mechanische Eigenschaften von Molybdän und Molybdän-LegierungenMechanical Properties of Molybdenum and its AlloysAufgrund ...
Da im Fall von Molybdänwerkstoffen die           With molybdenum alloys the ductilityDuktilität und auch die Bruchzähigkei...
Beschreibung des Probenmaterials für die KriechversucheDescription of the sample material for the creep tests             ...
Lichtmikroskopische Aufnahme eines Mo-Bleches(spannungsarm geglüht)Optical micrograph of a Mo sheet metal(stress relieved)...
Chemisches Verhalten von Molybdän und seinen LegierungenChemical Behaviour of Molybdenum and its AlloysMolybdän und seine ...
Tabelle 1: Korrosionsverhalten von Molybdän gegenüber Wasser, wässrigen Lösungen, Nichtmetallen und GlasschmelzenTable 1: ...
Das Verhalten von Molybdän gegenüber       The behaviour of molybdenum towardsverschiedenen Gasen ist aus Tabelle        v...
Tabelle 3: Verhalten von Molybdän gegenüber OfenbauwerkstoffenTable 3: Behaviour of molybdenum towards furnace constructio...
Bearbeitung von MolybdänMachining of MolybdenumMolybdän gilt als gut bearbeitbar. Das       Molybdenum is considered easy ...
Spanlose Formgebung                       Mechanical WorkingDie spanlose Formgebung muß ober-         Mechanical working m...
Spanabhebende Formgebung                   MachiningMolybdänwerkstoffe lassen sich gut         Molybdenum-based alloys are...
Empfehlenswerte Bedingungen zur spanabhebenden Bearbeitung von Molybdän und MolybdänlegierungenRecommended conditions for ...
VerbindungstechnikJoining TechniquesZur Herstellung komplexerer Bauteil-       More complex molybdenum componentskomponent...
Löten                                       BrazingDas Löten ist eine weit verbreitete         Brazing is a widely used me...
Oberflächenbehandlung von Molybdän und seinen LegierungenSurface Treatment of Molybdenum and its AlloysMolybdän und seine L...
Aufrauhen                                Surface RougheningEin Aufrauhen der Oberfläche läßt sich    Surface roughening can...
LieferformenAvailable ProductsÜbersicht der PLANSEE-Halbzeuge aus Mo und Mo-LegierungenOverview of the PLANSEE semi-finishe...
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  1. 1. MolybdänWerkstoffeigenschaften und Anwendungen Molybdenum Material Properties and Applications
  2. 2. MolybdänMolybdenumMolybdän zählt zu den 90 natürlich Molybdenum is one of the 90 naturallyvorkommenden Elementen. Es besitzt occurring elements. It has a body-ein kubisch raumzentriertes Metallgitter centred cubic structure and is classedund zählt mit seinem Schmelzpunkt as a refractory metal because of itsvon 2617 °C (2890 K) zu den melting point of 2617 °C (2890 K).Refraktärmetallen. Molybdenum and molybdenumMolybdän und Molybdänlegierugen alloys are produced using eitherwerden durch verschiedene powder metallurgy or by a moltenHerstellungsprozesse erzeugt, einer- route (electron-beam or vacuumseits über die Pulvermetallurgie und arc melting). Powder metallurgicalandererseits auf schmelzmetallurgi- processing has decisive advantagesschem Weg (Elektronenstrahlschmelzen over the other methods and thereforeoder Vakuum-Lichtbogenschmelzen). is most widely used. The fine-grainedDie Pulvermetallurgie besitzt dabei microstructure resulting from powderentscheidende Vorteile gegenüber den metallurgy production results in easieranderen Herstellungsverfahren und further processing and improves thekommt deshalb auch am häufigsten mechanical properties of the finalzur Anwendung. Die Feinkörnigkeit des product. Additionally, the powder routepulvermetallurgisch hergestellten is the only production possibility forMolybdäns erleichtert die Weiterverar- alloys such as molybdenum dopedbeitung und verleiht dem Fertigprodukt with La2O3 or Y2O3.bessere mechanische Eigenschaften.Außerdem ist die Pulvermetallurgie die PLANSEE was founded in 1921 byeinzige Herstellungsmöglichkeit für Professor Paul Schwarzkopf and isLegierungen wie z.B. mit La2O3 oder now one of the leading manufacturersY2O3 dotiertes Molybdän. of powder metallurgical materials and components. We have been producingPLANSEE, 1921 von Prof. Dr. Paul molybdenum and its alloys for moreSchwarzkopf gegründet, zählt zu den than 80 years. In addition the PLANSEEführenden Herstellern pulvermetallurgi- product range includes the high-meltingscher Produkte und Komponenten. Wir metals tungsten, tantalum, niobium,beschäftigen uns seit über 80 Jahren chromium and their alloys.mit der Herstellung von Molybdän undMolybdänlegierungen. Unser Produkti-onsprogramm umfasst neben Molybdändie hochschmelzenden Metalle Wolf-ram, Tantal, Niob, Chrom und derenLegierungen.
  3. 3. INHALT Molybdän Seite Herstellung von Halbzeug, Produktionsprogramm und garantierte Analyse 4 Hinweise zur Werkstoffauswahl 8 Eigenschaften von Molybdän und seinen Legierungen 12 Chemisches Verhalten von Molybdän und seinen Legierungen 18 Bearbeitung von Molybdän 22 Verbindungstechnik 26 Oberflächenbehandlung 28 PLANSEE-Lieferformen 30 CONTENTS Molybdenum Page Manufacture of Semi-finished Products, Product Range and Guaranteed Chemical Composition 4 Basis for Material Selection 8 Properties of Molybdenum and its Alloys 12 Chemical Behaviour of Molybdenum and its Alloys 18 Machining of Molybdenum 22 Joining Techniques 26 Surface Treatment 28 Available Products 30Angaben über die Beschaffenheit bzw. Data concerning the condition of orEmpfehlungen zur Verwendbarkeit von recommendations for the use of materials andWerkstoffen und Erzeugnissen dienen der products are given for information only. All data areBeschreibung. Sie beruhen auf praktischen based on practical experience. Information referringErfahrungen. Angaben in Bezug auf das to the existence of specific properties is given toVorhandensein bestimmter Eigenschaften the best of our knowledge, but does not imply anyerfolgen nach bestem Wissen, jedoch ohne guarantee. Any assurances in this respect mustGewähr. Diesbezügliche Zusagen bedürfen always be obtained specifically in writing.stets gesonderter schriftlicher Vereinbarung. All rights reserved, in particular for translation intoAlle Rechte, insbesondere das der Übertragung foreign languages. Reproduction of any part ofin fremde Sprachen, vorbehalten. Ohne this brochure is not permitted without the expressausdrückliche Genehmigung von PLANSEE consent of PLANSEE.ist es nicht gestattet, diese Broschüre oderTeile daraus zu vervielfältigen.
  4. 4. Herstellung von HalbzeugManufacture of Semi-finished ProductsDie wichtigsten Mineralien für die The most important minerals forHerstellung von Molybdän sind the extraction of molybdenum areMolybdänglanz (MoS2) und Gelbbleierz molybdenite, (MoS2) and yellow leadoder Wulfenit (PbMoO4). Die größten ore or wulfenite (PbMoO4). The largestMolybdänvorkommen befinden sich in molybdenum deposits are located inNord- und Südamerika sowie in China. North and South America and in China.In den Kupferminen Chiles fällt Molybdenite occurs as a by-productMolybdänglanz als Nebenprodukt of copper extraction in Chilean copperder Kupfergewinnung an. mines.Die Erze enthalten meist etwa The ores mostly contain around0,5 % MoS2, sodass eine Trennung 0.5 % MoS2 and must be separatedvon den Begleitmineralien unter from accompanying minerals by Glasschmelzelektroden aus Mogleichzeitiger Anreicherung durch enrichment through a flotation Glass melting electrodes made of MoFlotation notwendig ist. Das Konzentrat process. The concentrate is thenwird geröstet, wobei das Molybdänsulfid roasted, converting the molybdenumin Molybdäntrioxid übergeführt wird. sulphide into molybdenum trioxide.Das abgeröstete Konzentrat wird zur Impurities are removed from theweiteren Abtrennung der Verunreini- roasted concentrate either bygungen entweder sublimiert oder sublimation, or by chemical treatment.chemisch behandelt. Ausgangsstoffe The raw materials for the productionzur Erzeugung von Molybdänpulver of molybdenum powder are ammoniumsind Ammoniummolybdat und molybdate and molybdenum trioxide.Molybdäntrioxid. Both materials are converted intoDiese Ausgangsstoffe werden mit molybdenum powder by a two-stageWasserstoff in zwei Stufen zu hydrogen reduction process, whichMolybdänpulver reduziert. Die Reduk- gives fine-grained metal powder of hightion liefert feinkörniges Metallpulver purity (≥ 99.97 %).von hoher Reinheit (≥ 99,97 %). Nach Sieben und Homogenisierung wird After screening and homogenisation, das Molybdänpulver zu Stäben molybdenum powder is pressed into und Platten verschiedener Geometrien rods and plates of various geometries und Dimensionen gepresst. Dies ge- and dimensions. This takes place using schieht entweder mittels hydraulischer either hydraulic presses with steel Pressen in Stahlmatrizen oder mittels dies, or by isostatic pressing, in which isostatischer Pressen, wobei das Pulver a rubber bag is filled with powder for in einen Schlauch gefüllt und durch consolidating into a compact by water allseitig einwirkenden Wasserdruck zu pressure acting on all sides. Formstücken gepresst wird. Sintering then takes place, usually Die Presslinge werden anschließend in hydrogen furnaces at temperatures Mo-Spritzdraht meist in H2 gefluteten Öfen bei in the range 1800 - 2200 °C Mo spray wire Temperaturen zwischen 1800 - 2200 °C (2073 - 2473 K). The mechanical (2073 - 2473 K) gesintert. Während des strength and density of the pressed Sintervorganges erhöhen sich Festigkeit compact increases during the sintering und Dichte der Presslinge. Sinterlin- process to reach the properties ge besitzen alle notwendigen Eigen- necessary for further processing to schaften, um sie zu Halbzeug weiterver- semi-finished products. arbeiten zu können. 4
  5. 5. Durch unterschiedliche Umformverfah- The sintered billets are then hot workedren, wie beispielsweise Strangpressen, at temperatures in the rangeSchmieden oder Walzen, werden die 1200 - 1500 °C (1473 - 1773 K) usingSinterblöcke bei Temperaturen zwischen processes such as extrusion, forging1200 - 1500 °C (1473 - 1773 K) massiv or rolling. As the degree of deformationumgeformt. Mit zunehmendem Umform- increases the working temperature cangrad kann die Verarbeitungstemperatur be reduced. In this way forged parts,gesenkt werden. Auf diese Weise round bars, sheets, foils and ribbons arewerden Schmiedestücke, Rundstäbe, produced. Wires are manufactured fromGrobbleche, Feinbleche und Bänder round bars by drawing.erzeugt. Drähte werden durch Ziehenvon Rundstäben hergestellt.Schematischer Ablauf der Herstellung von HalbzeugenSchematic flow of the production of semi-finished products 5
  6. 6. Produktionsprogramm und garantierte AnalyseProduct Range and Guaranteed Chemical CompositionNeben Molybdän unterschiedlicher In addition to molybdenum of differentReinheit werden nachstehend purity levels, the alloys listed below areangeführten Legierungen gefertigt. in production. Werkstoffbezeichnung / Chemische Zusammensetzung (Angaben in Gew.-%) Material designation Chemical composition (information given in weight%) Mo (rein / pure) ≥ 99.97 % Mo *) Mo-UHP (hochrein / ultra high prity) ≥ 99.9995 % Mo TZM Mo 0.5 % Ti 0.08 % Zr 0.01 - 0.04 % C MHC Mo 1.2 % Hf 0.1 % C ML Mo 0.3 % La2O3 MLR Mo 0.7 % La2O3 (R=Recrystallized) Mo-Lanthanoxid (ML) Lanthanated Mo (ML) MLS Mo 0.7 % La2O3 (S=Stress relieved) MoILQ Mo 0.03 % La2O3 (ILQ=Incandescent Lamp Quality) Mo-Yttriumoxid (MY) Mo 0.47 % Y2O3 0.08 % CeO2 Yttriated Mo (MY) Mo5Re Mo 5.0 % Re MoRe Mo41Re Mo 41.0 % Re MW70 Mo 30.0 % W MoW MW50 Mo 50.0 % W R750 Mo 30.0 ± 3.0 % Cu*) metallische Reinheit ohne W / metallic purity without WGenauere Details über die Lieferformen For further details on the product rangeentnehmen Sie bitte Seite 30. please refer to page 30. 6
  7. 7. Chemische Spezifikation festen metallischen MolybdänsChemical specification of solid metallic molybdenum Element Garantierte Analyse max. [µg/g] Typische Analyse [µg/g] Element Guaranteed analysis max. [µg/g] Typical analysis [µg/g] Ag 10 <5 Al 10 <5 As 5 1 Ba 5 <1 Ca 20 5 Cd 5 <2 Co 10 <2 Cr 20 3 Cu 20 5 Fe 60 30 K 10 3 Mg 10 <5 Mn 2 <1 Na 10 <2 Nb 10 <5 Ni 10 5 Pb 10 3 Ta 20 < 10 Ti 10 2 Zn 10 <5 Zr 10 <2 W 250 100 Mo min. 99.97 % *) 99.99 % *)*) metallische Reinheit ohne W / metallic purity without W C 30 15 H 10 3 N 5 <2 O 40 15 P 20 < 10 S 10 <2 Si 30 5 7
  8. 8. Hinweise zur WerkstoffauswahlBasis for Material SelectionDie richtige Werkstoffauswahl hängt Correct material selection requiresvom konkreten Anwendungsfall ab. a knowledge of the application.Wichtige Kriterien können dabei sein: Important criteria can be:• Physikalische Eigenschaften • Physical properties (z.B. Schmelzpunkt, Dampfdruck, (e.g. melting point, vapour pressure, Dichte, elektrische Leitfähigkeit, density, electrical conductivity, Wärmeleitfähigkeit, Wärmeaus- thermal expansion coefficient, dehnung, Wärmekapazität) heat capacity)• Mechanische Eigenschaften • Mechanical properties (z.B. Festigkeiten, Bruchverhalten, (e.g. strength, fracture toughness, Kriechverhalten, Duktilität) creep behaviour, ductility)• Chemische Eigenschaften • Chemical properties (Korrosionsbeständigkeiten, (corrosion resistance, etching Ätzverhalten) behaviour)• Bearbeitbarkeit • Ease of working (spanabhebende Bearbeitung, (machinability, formability, Verformungsverhalten, weldability) Schweißeignung) • Recrystallization behaviour• Rekristallisationsverhalten (recrystallization temperature, (Rekristallisationstemperatur, tendency to embrittlement, Versprödungsneigung, aging effects) Alterungseffekte)Durch geeignete Legierungszusam- A wide range of properties can bemensetzung und Herstellungsprozes- obtained from molybdenum usingse lassen sich die Eigenschaften der suitable alloy compositions andMolybdänwerkstoffe in einem weiten manufacturing processes. PLANSEEBereich variieren. PLANSEE hat daher has developed several differentverschiedene Molybdänlegierungen mit molybdenum alloys with variousunterschiedlichen Eigenschaftsprofilen property profiles. The most frequentlyentwickelt. Die am häufigsten used materials are:verwendeten Werkstoffe sind:Molybdän (Mo) Molybdenum (Mo)Molybdän zeigt folgende Eigenschaften: Molybdenum exhibits the following• Hoher Schmelzpunkt (2620 °C) properties:• Niedriger Dampfdruck • High melting point (2620 °C)• Hohe Warmfestigkeit • Low vapour pressure• Geringe thermische Dehnung • High strength at elevated temperatures• Hohe Wärmeleitfähigkeit • Low thermal expansion• Geringe Wärmekapazität • High thermal conductivity• Hohes Elastizitätsmodul • Low heat capacity• Hohe Korrosionsbeständigkeit • High elastic modulus gegen Metall- und Glasschmelzen • High corrosion resistance to• Rekristallisation zwischen molten glass and metals Mo-Metallpulver 800 und 1200 °C • Recrystallization temperature Mo metal powder between 800 and 1200 °C 8
  9. 9. Die maximale Einsatztemperatur liegt The maximum operating temperaturebei etwa 1900 °C. Bei höheren Anwen- of molybdenum is around 1900 °C. Atdungstemperaturen muss auf Wolfram higher temperatures tungsten must beausgewichen werden. used in its place.Reines Molybdän wird aufgrund seiner Pure molybdenum is used in many in-vorteilhaften Eigenschaften in vielen In- dustries because of its advantageousdustrien angewendet: Bänder und Drähte properties. Some examples are ribbonsfür die Lichttechnik, Halbleiterbasisplatten and wires for lighting technology, semi-für die Leistungselektronik, Elektroden conductor base plates for power electro-zum Schmelzen von Glas, Hochtemp- nics, electrodes for glass melting, partseraturofenbauteile, Spritzdraht für die for high-temperature furnace construc-Automobilindustrie, Sputtertargets und tion, spray wire for the automotiveVerdampferquellen für die Beschichtungs- industry and sputter targets and evapo-technik sind nur einige Beispiele. ration sources for coating technology.TZM (Titan-Zirkon-Molybdän) TZM (Titanium-Zirconium-Molybdenum)Die im TZM vorhandenen geringen Men- In comparison to pure molybdenumgen kleiner, feinst verteilter Karbide und TZM has higher strength, a higherOxide führen zur Festigkeitssteigerung, recrystallization temperature andAnhebung der Rekristallisationstempe- improved creep strength. This isratur und erhöhten Kriechfestigkeit im brought about by the addition of smallVergleich zu reinem Molybdän. Wichtige quantities of finely dispersed carbides andAnwendungsgebiete sind bei hohen Tem- oxides. Important areas of application atperaturen mechanisch hoch beanspruchte high temperatures are highly-stressedTeile für HIP- und Hochtemperaturofenan- parts for HIP- and other high-temperaturelagen, Werkzeuge (Gesenke für isothermes furnaces, tools (dies for isothermal forging,Schmieden, Heißpressen, Druckgusswerk- hot pressing and diecasting, hot-runner Röntgendrehanode mit integriertem Stielzeuge, Heißkanaldüsen) und Drehanoden nozzles) and rotating anodes for X-ray X-ray rotating anode with integrated shaftfür Röntgenröhren. Die empfohlenen Ein- tubes. Recommended application tempe-satztemperaturen liegen bei 1000 - 1400 °C. ratures are between 1000 - 1400 °C. MHC MHC MHC ist eine teilchenverstärkte Mo- MHC is a particle strengthened Mo Basislegierung, die 1,2 Gew.-% Hf und based alloy with 1.2 weight% Hf and 0,1 Gew.-% °C enthält. Durch die Einla- 0.1 weight% °C. The addition of finely gerung feinst disperser Teilchen werden dispersed particles conveys the highest höchste Warmfestigkeiten und eine level of hot strength and an increase Erhöhung der Rekristallisationstemperatur in the recrystallization temperature. In erzielt. Im Vergleich zu TZM erlaubt die comparison to TZM the greater thermal höhere thermische Stabilität der Hafnium- stability of hafnium carbide increases karbide um 150 °C höhere Einsatztempe- the application temperature by 150 °C to raturen bis 1550 °C. Bevorzugte Einsatz- 1550 °C. Suitable areas of application are Strangpressmatrizen gebiete sind in der Metallformgebung zu found in metal forming. Extrusion dies finden.ML/MLR/MLS ML/MLR/MLSIn diesen Werkstoffen führen Lanthanoxid- The lanthanum oxide particles (0.3 or 0.7partikel (0,3 bzw. 0,7 Gew.-%) zur Ausbil- weight%) in these materials result in thedung einer Stapelfaserstruktur. Diese bis formation of a layered, fibrous structure.zu Temperaturen über 1500 °C stabile This structure, which is stable up toGefügestruktur bewirkt nach Hochtemp- temperatures in excess of 1500 °C, imparts excellent creep properties anderatureinsätzen eine bessere Raumtemp- leads to higher ambient-temperatureeraturduktilität und eine ausgezeichnete ductility after use at elevated temperatu-Kriechfestigkeit. Wichtige Anwendungs- res. Important areas of application aregebiete sind Ofenbauteile, Heizseile und furnace parts, wire and stranded wire-drähte, Sinter- und Glühschiffchen, Halte- heating elements, sintering and annealingund Durchführungsdrähte sowie Stifte in boats, support wires, lead wires and pins ML-DrahtLampen und Verdampferwendeln. for lamps as well as evaporation coils. ML wire 9
  10. 10. MoILQ MoILQBei MoILQ handelt es sich um MoILQ is a micro-doped materialeinen mikrodotierten Werkstoff mit with 0.03 weight% La2O3, which was0,03 Gew.-% La2O3, der speziell für developed specifically for applicationsden Einsatz in der Lichtindustrie ent- in the lighting industry. Because of thewickelt wurde. Durch den niedrigeren lower doping content it has a higherDotierungsgehalt zeigt dieser eine recrystallization temperature thanhöhere Rekristallisationstemperatur als pure Mo, but can be worked morereines Mo bei einer besseren Umform- easily than ML. MoILQ is used both asbarkeit im Vergleich zu ML. MoILQ wird mandrel wire in filament manufacturingals Kerndraht sowie als Stützdraht bei as well as filament-support wire withinder Herstellung des Filaments bei der the lamp. MoILQ-VorziehdrahtLampenproduktion eingesetzt. MoILQ wire MY MY MY ist eine teilchengehärtete Mo- MY is a particle strengthened Mo alloy, Legierung, die etwa 0,47 Gew.-% Yttrium- with approximately 0.47 weight% yttrium oxid und 0,08 Gew.-% Ceroxid enthält. oxide and 0.08 weight% cerium oxide. Dieser Werkstoff wurde für den Einsatz This material was developed for use in in der Lampenindustrie entwickelt und the lamp industry and in addition to good besitzt neben einer guten Adhäsion zu adhesion to quartz glass exhibits good Quarzglas gute Schweißeigenschaften welding properties and better oxidation sowie eine verbesserte Oxidationsbe- resistance than pure molybdenum ständigkeit bei Temperaturen < 400 °C at temperatures < 400 °C. Lamp im Vergleich zu Molybdän. Wichtige An- components such as ESS ribbons for MY-ESS-Band zur Stromdurchführung wendungsgebiete für MY sind Lampen- the current lead-in and evaporation durch das Quarzglas komponenten wie das stromzuführende sources for thermal coating processes MY-ESS ribbon for current lead-in through ESS-Band sowie Verdampferquellen für are important areas of application for MY. the quartz glass thermische Aufdampfprozesse.MoW MoWDurch Zulegieren von Wolfram wird By alloying with tungsten, theneben der Hochtemperaturfestigkeit high-temperature strength, theund der Rekristallisationstemperatur vor recrystallization temperature andallem die Korrosionsbeständigkeit von above all the corrosion resistance ofMolybdän erhöht. Dieser Werkstoff wird molybdenum is increased. Withmit unterschiedlicher Zusammensetzung different compositions (e.g. MW70(z.B. MW70 mit 70 Gew.-% Mo und with 70 weight% Mo and 30 weight%30 Gew.-% W; MW50 mit 50 Gew.-% W and MW50 with 50 weight% MoMo und 50 Gew.-% W) vorzugsweise in and 50 weight% W) this material isder Zinkindustrie und für Rührwerkzeu- used for handling molten zinc and forge bei der Glasherstellung eingesetzt. stirrers in glass manufacturing. Schmelztiegel in nahtloser Ausführung inkl. Dorn und Dornstange aus Mo Seamless melting crucible and mandrels from MoMoRe MoReDurch das Zulegieren von Rhenium wird After alloying with rhenium,eine Duktilisierung des Molybdäns bis molybdenum becomes ductile atzu Temperaturen deutlich unter temperatures significantly belowRaumtemperatur erreicht. ambient. MoRe is used as aEingesetzt wird MoRe als Thermoele- thermocouple wire in standardmentdraht in den Standardzusammen- compositions Mo5Re and Mo41Re.setzungen Mo5Re und Mo41Re, in It also has applications in aerospace,der Luft- und Raumfahrt, bei Schweiß- in welded constructions as well as inkonstruktionen sowie bei der Fertigung the production of cathode ray tubes.von Kathodenstrahlröhren. 10
  11. 11. MoCu MoCuMoCu ist ein Verbundwerkstoff mit MoCu is a composite material30 Gew.-% Kupfer. Dadurch entsteht ein with 30 weight% copper. ThisWerkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit results in a material with highund geringer thermischer Dehnung, der thermal conductivity and lowsich sehr gut für die Herstellung von thermal expansion, ideally suitedpassiven Kühlelementen (Wärmesen- for manufacturing heat sinks inken) in elektronischen Bauteilen eignet. electronic components. Wärmesenken aus MoCu Heat sinks made of MoCuDie folgende Tabelle gibt einen The following table gives anÜberblick über die Eigenschaften overview of the properties of variousverschiedener Molybdän-Legierungen molybdenum alloys comparedim Vergleich zu reinem Molybdän. with pure molybdenum. Eigenschaft ML/MLR Mo TZM MHC MoILQ MY MoW MoRe MoCu Property MLS Legierungsbestandteile 5 Re 0.5 Ti; (in Gew.-%) 1.2 Hf; 0.3 La2O3 0.03 0.47 Y2O3; 30 - 50 (Mo5Re); 30 - 50 99.97 0.08 Zr; Alloy components 0.1 C 0.7 La2O3 La2O3 0.08 Ce2O3 W 41 Re Cu 0.01 - 0.04 C (in weight%) (Mo41Re) Wärmeleitfähigkeit Thermal conductivity Raumtemperatur-Festigkeit Room temperature strength Hochtemperatur-Festigkeit Kriechfestigkeit < 1400 °C < 1500 °C < 1400 °C - High temperature strength > 1400 °C > 1500 °C > 1400 °C Creep resistance Rekristallisations- temperatur - Recrystallization temperature Duktilität nach HT-Einsatz - Ductility after HT use Schweißbarkeit - Weldability = vergleichbar zu reinem Mo / comparable with pure Mo, = größer als bei reinem Mo / more than with pure Mo = viel größer als bei reinem Mo / far more than with pure Mo, = geringer als bei reinem Mo / less than with pure Mo, = viel kleiner als bei reinem Mo / far less than with pure Mo, - = keine Angaben / no details 11
  12. 12. Eigenschaften von Molybdän und seinen LegierungenProperties of Molybdenum and its AlloysPhysikalische Eigenschaften des reinen MolybdänsPhysical properties of pure molybdenum Eigenschaften / Properties Ordnungszahl / Atomic number 42 Atommasse / Atomic mass 95.94 [g/mol] 2620 [°C] Schmelzpunkt / Melting point 2893 [K] 5560 [°C] Siedepunkt / Boiling point 5833 [K] Atomvolumen / Atomic volume 1.53 • 10-29 [m³] Dichte bei 20 °C / Density at 20 °C 10.28 [g/cm³] kubisch raumzentriert Kristallstruktur / Crystal structure body-centred cubic Gitterkonstante / Lattice constant 0.3147 [nm] Linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient bei 20 °C 5.2 • 10-6 [m/(m K)] Linear coefficient of thermal expansion at 20 °C Wärmeleitfähigkeit bei 20 °C / Thermal conductivity at 20 °C 140 [W/(m K)] Spezifische Wärme bei 20 °C / Specific heat at 20 °C 0.254 [J/(g K)] Elektrische Leitfähigkeit bei 20 °C / Electrical conductivity at 20 °C 17.9 • 106 [1/(Ωm)] Spezifischer elektrischer Widerstand bei 20 °C / Specific electrical resistivity at 20 °C 0.056 [(Ωmm2)/m] Schallgeschwindigkeit bei 20 °C Longitudinalwelle / Longitudinal wave 6250 [m/s] Acoustic velocity at 20 °C Transversalwelle / Transverse wave 3350 [m/s] Elektronenaustrittspotential / Electron work function 4.39 [eV] Einfangquerschnitt für thermische Neutronen / Capture cross section for thermal neutrons 2.7 • 10-28 [m²] 12
  13. 13. Gobbing-Rührer mit MoW-Schaft Gobbing stirrer with MoW shaft13
  14. 14. Mechanische Eigenschaften von Molybdän und Molybdän-LegierungenMechanical Properties of Molybdenum and its AlloysAufgrund des hohen Schmelzpunktes Because of its high melting point invon 2620 °C behält Molybdän bis zu excess to 2620 °C, molybdenum retainshohen Temperaturen seine Festigkeit its strength and creep resistance upund Kriechbeständigkeit bei. Die mecha- to high temperatures. The mechanicalnischen Eigenschaften werden durch properties are influenced by the purity,die Reinheit, die Art und Menge der the type and composition of any alloyingLegierungsbestandteile und durch die elements and by the microstructure.Mikrostruktur beeinflußt. As with all other metals an increase inMit zunehmendem Verformungsgrad strength is observed with increasingist, wie bei allen anderen Metallen, ein degree of deformation. However unlikeAnstieg der Festigkeit zu beobachten with most other metals, the ductility- im Gegensatz zu den meisten anderen of molybdenum also increases atMetallen steigt im Fall der Molybdän- greater levels of deformation. A furtherwerkstoffe mit zunehmendem Verfor- possibility of increasing ductility is tomungsgrad auch die Duktilität an. reduce the ductile-to-brittle transitionEine weitere Möglichkeit die Duktilität temperature by alloying with rhenium.des Molybdäns zu steigern bzw. diespröd-duktil-Übergangstemperatur zu Properties such as strength, ductility,tieferen Temperaturen zu verschieben, creep resistance and machinabilityist das Zulegieren von Rhenium. can be improved considerably by alloying with small amounts of, forGenerell kann durch Zulegieren geringer example, titanium, zirconium, hafnium,Mengen von beispielsweise Titan, carbon, potassium or with oxides ofZirkon, Hafnium, Kohlenstoff, Kalium lanthanum, yttrium and cerium. Theoder Lanthan-, Yttrium- bzw. Ceroxid choice of molybdenum alloy for a givendas Eigenschaftsprofil der Werkstoffe application can depend on the operating(Duktilität, Festigkeit, Kriechfestigkeit temperature and the design of theoder Ver- und Bearbeitbarkeit) deutlich product.verbessert werden. Je nach Einsatz-temperatur und Produktform kommenunterschiedliche Molybdänlegierungenzum Einsatz. 14
  15. 15. Da im Fall von Molybdänwerkstoffen die With molybdenum alloys the ductilityDuktilität und auch die Bruchzähigkeit as well as the fracture toughnessmit steigendem Rekristallisationsgrad decrease with increasing levels ofabnehmen, sind in folgender Tabelle recrystallization. Typical recrystallizationtypische Rekristallisationstemperaturen temperatures of molybdenum-basedvon Molybdän-Basiswerkstoffen zu- alloys are listed in the previous table.sammengefaßt. Die teilchenverfestigten The particle strengthened materials, inWerkstoffe, insbesondere ML, zeigen particular ML, show a strong increaseeinen starken Anstieg der Rekristalli- in recrystallization temperature withsationstemperatur mit zunehmendem increasing degree of deformation,Umformgrad, der durch die zunehmen- caused by progressive particle refining.de Teilchenfeinung bei der Umformungverursacht wird. Temperatur [°C] für 100 % Rekristallisation (Glühdauer 1 Stunde) Werkstoff Temperature [°C] for 100 % recrystallization (annealing duration 1 hour) Material φ = 90 % φ = 99,99 % Mo (rein / pure) 1100 - TZM 1400 - MHC 1550 - ML 1300 2000 MoILQ 1200 1600 Mo-Yttriumoxid (MY) 1100 1350 Mo-yttrium-oxide (MY) Mo41Re 1300 - MW70 1200 -φ = Umformgrad / degree of deformation 15
  16. 16. Beschreibung des Probenmaterials für die KriechversucheDescription of the sample material for the creep tests Prüftemperatur Blechstärke Material Wärmebehandlung vor der Prüfung Testing temperature Thickness of sheet material Material Heat treatment before the test [°C] [mm] 1100 1.5 1200 °C / 1 h Mo 1450 2.0 1500 °C / 1 h 1800 6.0 1800 °C / 1 h 1100 1.5 1200 °C / 1 h TZM 1450 1.5 1500 °C / 1 h 1800 3.5 1800 °C / 1 h 1100 1.5 1700 °C / 3 h MLR 1450 1.0 1700 °C / 3 h 1800 1.0 1700 °C / 3 h 16
  17. 17. Lichtmikroskopische Aufnahme eines Mo-Bleches(spannungsarm geglüht)Optical micrograph of a Mo sheet metal(stress relieved)Lichtmikroskopische Aufnahme eines Mo-Bleches(rekristallisiert)Optical micrograph of a Mo sheet metal(recrystallized)Lichtmikroskopische Aufnahme eines MLR-BlechesOptical micrograph of a MLR sheet metal 17
  18. 18. Chemisches Verhalten von Molybdän und seinen LegierungenChemical Behaviour of Molybdenum and its AlloysMolybdän und seine Legierungen To a great extent molybdenum and itszeigen ein sehr ähnliches Korrosions- alloys exhibit very similar corrosionverhalten, sodass im folgenden groben behaviour, so they will not be treatedÜberblick auf eine getrennte Darstellung separately in the following generalverzichtet werden kann. overview.Bei Luftfeuchtigkeit unter 60 % Molyb- Under humidity less than 60 %,dän korrisionsbeständig, in feuchterer molybdenum is resistant to atmosphericLuft bilden sich Anlauffarben aus. Dabei corrosion. Above 60 % slight oxidationsind rauhe Oberflächen anfälliger als discolouring may develop. Roughglatte. Im Falle sonstiger wässriger surfaces are more susceptible to thisMedien ist bei Temperaturen über than smooth ones. Regarding other100 °C eine Unbeständigkeit gegenüber aqueous media, an instability towardsalkalischen und oxidierenden Stoffen zu alkaline and oxidising substanceserwähnen. Auch gegenüber oxidieren- at temperatures above 100 °C is toden Gasen und Elementen in anderen be mentioned. Reactions also occurAggregatzuständen treten bei Tempe- above 250 °C with oxidising gases andraturen über 250 °C Reaktionen auf. elements in other states. Molten glass,Glasschmelzen, Wasserstoff, Stickstoff, hydrogen, nitrogen, inert gases, moltenEdelgase, Metallschmelzen und Oxid- metals and ceramic oxides hardly attackkeramiken greifen auch bei sehr hohen molybdenum at all, even at very highTemperaturen Molybdän wenig an, temperatures, provided they do not alsowenn sie nicht zusätzlich Oxidationsmit- contain oxidising agents.tel enthalten. Das chemische Verhalten von Molyb- The chemical behaviour of molybdenum dän ist in der nachstehenden Tabelle is shown in the following table. If not wiedergegeben. Die Korrosionsangaben noted otherwise the corrosion data beziehen sich, wenn nicht gesondert refer to pure solutions not agitated vermerkt, auf reine, nicht mit Luft oder with air or nitrogen. Gas contents Stickstoff begaste Lösungen. Die and the presence of chemically Anwesenheit fremder, chemisch aktiver active substances in the smallest Substanzen in kleinsten Konzentratio- concentrations can strongly influence nen können das Korrosionsverhalten the corrosion behaviour. With complex stark beeinflussen. Bei komplexen corrosive environments we recommend Korrosionsbedingungen empfehlen wir carrying out corrosion testing under Korrosionsversuche mit möglichst be- simulated service conditions.Molybdänoberfläche nach 168 h Korrosion an Luft triebsnahen Parametern durchzuführen. mit 98 % relativer Feuchtigkeit bei 40 °C Molybdenum surface after 168 h corrosion in air with 98 % relative humidity at 40°C 18
  19. 19. Tabelle 1: Korrosionsverhalten von Molybdän gegenüber Wasser, wässrigen Lösungen, Nichtmetallen und GlasschmelzenTable 1: Corrosion behaviour of molybdenum towards water, aqueous solutions, non-metals and molten glass Wasser / Water: Kalt- und Warmwasser < 80 °C (353 K) / Cold and warm water < 80 °C (353 K) + Heißwasser > 80 °C (353 K) / Hot water > 80 °C (353 K) - Heißwasser mit Stickstoffbegasung oder Inhibitor + Hot water with nitrogen gassing or inhibitor Anorganische Säuren / Inorganic acids: Flußsäure < 100 °C (373 K) / Hydrofluric acid < 100 °C (373 K) + Königswasser kalt und warm / Aqua regia cold and warm - Orthophosphorsäure bis 270 °C (543 K) / Ortho phosphoric acid up to 270 °C (543 K) + Salpetersäure kalt und warm / Nitric acid cold and warm - Salzsäure kalt und warm / Hydrochloric acid cold and warm + Schwefelsäure < 70 % bis 190 °C (463 K) / Sulphuric acid < 70 % up to 190 °C (463 K) + Chromschwefelsäure / Chromosulphuric acid - Laugen / Alkaline Solutions: Ammoniaklösung / Ammonia solution + Kalilauge (KOH < 50 %) bis 100 °C (373 K) / Potassium hydroxide (KOH < 50 %) up to 100 °C (373 K) + Kalilauge (KOH > 50 %) / Potassium hydroxide (KOH > 50 %) - Natronlauge (NaOH < 50 %) bis 100 °C (373 K) / Sodium hydroxide (NaOH < 50 %) up to 100 °C (373 K) + Natronlauge (NaOH > 50 %) / Sodium hydroxide (NaOH > 50 %) - Natriumhypochloritlösung kalt und warm / Sodium hypochlorite solution cold and warm - Organische Säuren / Organic acids: Ameisensäure Raumtemperatur / Formic acid room temperature + Essigsäure bis 100 °C (373 K) / Acetic acid up to 100 °C (373 K) + Milchsäure konz. Raumtemperatur / Lactic acid conc. room temperature + Oxalsäure Raumtemperatur / Oxalic acid room temperature + Weinsäure Raumtemperatur / Tartaric acid room temperature (18.4 %) + Nichtmetalle / Non-metals: Bor bis 1600 °C (1873 K) / Boron up to 1600 °C (1873 K) + Kohlenstoff bis 1100 °C (1373 K) / Carbon up to 1100 °C (1373 K) + Phosphor bis 800 °C (1073 K) / Phosphorous up to 800 °C (1073 K) + Schwefel bis 440 °C (713 K) / Sulphur up to 440 °C (713 K) + Silizium bis 600 °C (873 K) / Silicon up to 600 °C (873 K) + Fluor bei Raumtemperatur / Fluorine at room temperature - Chlor bis 250 °C (523 K) / Chlorine up to 250 °C (523 K) + Brom bis 450 °C (723 K) / Bromine up to 450 °C (723 K) + Jod bis 450 °C (723 K) / Iodine at up to 450 °C (723 K) + Glasschmelzen* / Molten Glass*: bis 1700 °C (1973 K) / up to 1700 °C (1973 K) +* ausgenommen Gläser mit Oxidationsmitteln (z.B. Bleiglas) / except glasses with oxidation agents (e.g. lead glass)+ = beständig / resistant, - = unbeständig / non-resistant 19
  20. 20. Das Verhalten von Molybdän gegenüber The behaviour of molybdenum towardsverschiedenen Gasen ist aus Tabelle various gases can be seen in Table 2.2 ersichtlich. Speziell bei sauerstoff- Notable is that in the presence ofhaltigen Atmosphären muß beachtet oxygen-containing atmospheres, severewerden, dass über 400 °C eine starke oxidation takes place above 400 °C.Oxidation einsetzt. Ab 600 °C ist dann Sublimation will occur from 600 °Cin jedem Fall mit Sublimation von onwards. However it is possible toMolybdäntrioxid zu rechnen. Durch prevent the oxidation of molybdenumBeschichtungen kann die Oxidation by the use of coatings.von Molybdän verhindert werden.Tabelle 2: Verhalten von Molybdän gegenüber GasenTable 2: Behaviour of molybdenum towards gases Ammoniakgas / Ammonia gas bis 1000 °C (1273 K) keine Reaktion / up to 1000 °C (1273 K) no reaction über 1000 °C (1273 K) mögliche Oberflächennitrierung / more than 1000 °C (1273 K) possible surface nitriding Edelgase / Inert gases bis zu höchsten Temperaturen keine Reaktion / up to the highest temperatures no reaction Kohlendioxid / Carbon dioxide über 1200 °C (1473 K) Oxidation / more than 1200 °C (1473 K) oxidation Kohlenmonoxid / Carbon monoxide über 1400 °C (1673 K) Oxidation / more than 1400 °C (1673 K) oxidation Kohlenwasserstoffe / Hydrocarbons über 1100 °C (1373 K) / more than 1100 °C (1373 K) Karburierung / carburisation Luft und Sauerstoff / Air and oxygen über 400 °C (673 K) Oxidation / more than 400 °C (673 K) oxidation über 600 °C (873 K) Sublimation / more than 600 °C (873 K) sublimation Stickstoff / Nitrogen bis zu höchsten Temperaturen keine Reaktion (gilt nur für reines Mo) up to the highest temperatures no reaction (only applies for pure Mo) Wasserstoff / Hydrogen bis zu höchsten Temperaturen keine Reaktion (Taupunkt beachten) up to the highest temperatures no reaction (observe dew point) Wasserdampf / Water vapour über 700 °C (973 K) Oxidation / more than 700 °C (973 K) oxidationMolybdän besitzt eine gute Bestän- Molybdenum has good resistancedigkeit gegenüber keramischen Ofen- towards the ceramic materials usedbauwerkstoffen (Tabelle 3) und vielen in furnace construction (Table 3)Metallschmelzen (Tabelle 4). Im Fall and towards many molten metalsvon Zink kann die Korrosionsbeständig- (Table 4). The corrosion resistance ofkeit des Molybdäns durch Zulegieren molybdenum towards molten zinc canvon bis zu 30 Gew.-% Wolfram be improved considerably by alloyingdeutlich verbessert werden. with up to 30 weight% tungsten. 20
  21. 21. Tabelle 3: Verhalten von Molybdän gegenüber OfenbauwerkstoffenTable 3: Behaviour of molybdenum towards furnace construction materials Aluminiumoxid / Aluminium oxide bis 1900 °C (2173 K) keine Reaktion* / up to 1900 °C (2173 K) no reaction* Berylliumoxid / Beryllium oxide bis 1900 °C (2173 K) keine Reaktion* / up to 1900 °C (2173 K) no reaction* Graphit / Graphite über 1100 °C (1373 K) Karburierung / more than 1100 °C (1373 K) carburisation Magnesitziegel / Magnesite brick bis 1600 °C (1873 K) keine Reaktion* / up to 1600 °C (1873 K) no reaction* Magnesiumoxid / Magnesium oxide bis 1600 °C (1873 K) keine Reaktion* / up to 1600 °C (1873 K) no reaction* Siliciumcarbid / Silicon carbide über 1300 °C (1573 K) Karburierung/Silicidbildung / up to 1300 °C (1573 K) carburisation/silicide formation Zirkonoxid / Zirconium oxide bis 1900 °C (2173 K) keine Reaktion* / up to 1900 °C (2173 K) no reaction** In Vakuum; in Schutzgas sind die Temperaturen um 100 bis 200 °C niedriger / in vacuum; the temperatures are 100 to 200 °C lower in inert gasTabelle 4: Verhalten von Molybdän gegenüber MetallschmelzenTable 4: Behaviour of molybdenum towards molten metals Aluminium / Aluminium Natrium mit 0,5 % Sauerstoff bis 700 °C (973 K) / up to 700 °C (973 K) + Sodium with 0.5 % oxygen bis 400 °C (673 K) / up to 400 °C (673 K) + Beryllium / Beryllium - über 400 °C (673 K) / more than 400 °C ( 673 K) - Blei / Lead bis 1100 °C (1373 K) / up to 1100 °C (1373 K) + Nickel / Nickel - Plutonium / Plutonium Sauerstoffhältiges Blei / Lead containing oxygen bis ca. 500 °C (773 K) / up to approx. 500 °C (773 K) + über 900 °C (1173 K) / more than 900 °C (1173 K) - über 500 °C (773 K) / more than 500 °C - Quecksilber / Mercury bis 600 °C (873 K) / up to 600 °C (873 K) + Caesium / Caesium bis 870 °C (1143 K) / up to 870 °C (1143 K) + über 600 °C (873 K) / more than 600 °C (873 K) - über 870 °C (1143 K) / more than 870 °C (1143 K) - Rubidium / Rubidium bis 1000 °C (1273 K) / up to 1000 °C (1273 K) + Eisen / Iron - Scandium / Scandium - Gallium / Gallium bis 300 °C (573 K) / up to 300 °C (573 K) + Seltene Erden / Rare earths bis 1100 °C (1373 K) / up to 1100 °C (1373 K) + Gold / Gold + Silber / Silver + Kalium / Potassium bis 1200 °C (1473 K) / up to 1200 °C (1473 K) + Uran / Uranium - Kupfer / Copper Wismut / Bismuth bis 1300 °C (1573 K) / up to 1300 °C (1573 K) + bis 1400 °C (1673 K) / up to 1400 °C (1673 K) + Lithium / Lithium Zink / Zinc bis 1400 °C (1673 K) / up to 1400 °C (1673 K) + bis 400 °C (673 K) / up to 400 °C (673 K) + über 400 °C (673 K) / more than 400° C (673 K) - Magnesium / Magnesium bis 1000 °C (1273 K) / up to 1000 °C (1273 K) + Zinn / Tin Natrium / Sodium bis 550 °C (823 K) / up to 550 °C (823 K) + bis 1030 °C (1303 K) / up to 1030 °C (1303 K) + über 550 °C (823 K) / more than 550 °C (823 K) -+ = beständig / resistant- = unbeständig / non-resistant 21
  22. 22. Bearbeitung von MolybdänMachining of MolybdenumMolybdän gilt als gut bearbeitbar. Das Molybdenum is considered easy tospezifische Eigenschaftsprofil muß machine. However it is important tojedoch bei der Bearbeitung besonders take its properties into account duringberücksichtigt werden. Die Kenntnis all machining steps. A knowledgedieser Eigenschaften und die Beachtung of these properties and observationder nachfolgenden Empfehlungen sind of the following recommendationswichtige Voraussetzungen für eine er- are important requirements for thefolgreiche Bearbeitung des Molybdäns. successful machining of molybdenum.Übergangstemperatur Transition TemperatureWie alle Metalle mit kubisch-raumzen- In common with all metals having atriertem Gitter weist auch Molybdän body-centred cubic lattice structure,eine Temperaturschwelle auf, unterhalb molybdenum exhibits a temperaturewelcher es infolge Sprödigkeit und Härte threshold below which it is too hardkaum spanlos verformbar ist. Wird Mo- and brittle for mechanical forming.lybdän über diese Temperatur erwärmt, Once heated above this temperature,so verliert es seine Sprödigkeit und wird molybdenum loses its brittlenessduktil. Diese zum Übergang von Sprö- and becomes ductile. The so-calleddigkeit zu Duktilität gerade notwendige brittle-ductile transition temperatureTemperatur wird „Übergangstemperatur“ depends on the chemical puritygenannt. Die Übergangstemperatur and the amount of prior working.hängt von der chemischen Zusammen-setzung und dem Verformungsgrad desMetalles ab. Recrystallization Temperature Whenever molybdenum is annealed,Rekristallisationstemperatur stress relieved or heated in readiness for hot working, as well as when it isBeim Erhitzen vor Warmbearbeitung, used at high temperatures, anotherbeim Weichglühen, Entspannungsglü- temperature threshold needs to be takenhen wie auch beim Einsatz von Molyb- into account. Heating molybdenum anddän bei höheren Temperaturen ist eine its alloys above their recrystallizationweitere Temperaturschwelle zu beach- temperatures results in a new grainten: Werden Molybdänwerkstoffe über structure, which is associated with aihre Rekristallisationstemperatur erhitzt, reduction in strength and hardness.so erfolgt eine Gefügeumwandlung. The susceptibility to cracking alsoDiese Kornneubildung ist mit einer increases and can only be eliminated byVerminderung von Festigkeit und Härte further mechanical working processesverbunden, erhöht die Bruchneigung such as rolling, swaging and drawing.und kann nur durch neuerliche Um- The recrystallization temperature offormung wie Walzen, Hämmern und molybdenum is strongly dependent onZiehen rückgängig gemacht werden. the degree of deformation in the materialDie Rekristallisationstemperatur hängt and its chemical composition. Finelystark vom Verformungsgrad des distributed dispersoids are effectiveMolybdäns und dessen chemischer in increasing the recrystallizationZusammensetzung ab. Durch Zusätze temperature, as in the case of dopedin feinstdisperser Form kann die molybdenum, which additionally retainsRekristallisationstemperatur erhöht its ductility after recrystallization.werden. Bei dotiertem Molybdänwird die Rekristallisationstemperaturdeutlich erhöht. Außerdem bleibtdie Duktilität auch nach derRekristallisation erhalten. 22
  23. 23. Spanlose Formgebung Mechanical WorkingDie spanlose Formgebung muß ober- Mechanical working must be carriedhalb der Übergangstemperatur erfolgen. out above the ductile-brittle transitionUmformvorgänge, wie das Abkanten temperature. Forming processeseines Bleches oder Biegen eines Rund- such as press brake folding of sheetstabes, können durch kurze örtliche or bending of rod are possible afterErwärmung an der Umformstelle er- short, localised heating. Gas flame andmöglicht werden. Eine Erwärmung kann induction heating are both suitable,induktiv, sowie mit der Flamme erfolgen ideally to reach red heat for as short(Gas und Sauerstoff). Die Erwärmung a time as possible and only whilesollte wenn möglich bis in den rotglü- deformation is taking place.henden Bereich gehen und so kurz Sinterschiffe aus Molybdän (Ofenzubehör)wie möglich sein (nur während der Texture is an important factor during Sintering boats made of molybdenumUmformung). the deep drawing of sheet. Specially (furnace accessories) produced, cross-rolled sheets (deep-Beim Tiefziehen von Blechen ist die drawing quality) are ideal. The pre-Textur sehr wichtig. Es gibt hierfür heating temperature before deepspeziell hergestellte Bleche, die drawing depends on the sheet thicknesskreuzgewalzt werden und somit „Tief- and the degree of deformation required.ziehqualität” besitzen. Die Anwärmungfür das Tiefziehen hängt von derBlechstärke und dem Umformgrad ab. Nahtloser Tiegel aus Molybdän Seamless crucible made of molybdenum Schneiden und Stanzen Cutting and Stamping Molybdän läßt sich gut schneiden und Molybdenum is readily suited to cut- stanzen. Stumpfe Schneiden von ting and stamping. However cracks Scheren und Stanzoberstempeln, zu can result from blunt cutting edges niedrige Temperatur beim Schneiden in shears and upper punches or in- oder Stanzen können jedoch zu Spalt- sufficient pre-heating of the material. stellen im Molybdänblech führen. Molybdenum sheets below 0.25 mm Molybänbleche mit einer Stärke von thickness can be cut without heating. 0,25 mm oder kleiner können ohne Above this thickness pre-heating to Anwärmen geschnitten werden. Molyb- the temperature range shown is dänbleche mit Stärken über 0,25 mm recommended. sollten vor dem Schneiden und Stanzen auf eine Temperatur im empfohlenen Temperaturbereich erwärmt werden. 23
  24. 24. Spanabhebende Formgebung MachiningMolybdänwerkstoffe lassen sich gut Molybdenum-based alloys are allspanabhebend bearbeiten. Die Werk- suitable for machining. Machinezeugmaschinen sollen stabil sein, die tools should be robust and both theWerkstücke und die Werkzeuge sollen workpieces and the tools should bekurz und fest eingespannt werden. short and firmly clamped.Aufgrund langjähriger Erfahrungen Many years of experience havehat unser Unternehmensbereich enabled our CERATIZIT division toCERATIZIT Hartmetallsorten develop grades of hardmetalentwickelt, welche zur mechanischen particularly suited to the machiningBearbeitung von Molybdän und seinen of molybdenum and its alloys. ForLegierungen besonders geeignet sind. turning and milling we recommendWir empfehlen daher zum Drehen und tools fitted with CERATIZITFräsen Schneidwerkzeuge H 216 T or H 210 T hardmetal tips.einzusetzen, welche mit CERATIZIT- At low cutting speeds high-speedHartmetallen der Qualität H 216 T steel tools can be used. Coolingbzw. H 210 T bestückt sind. with emulsion is essential with bothSchneidwerkzeuge aus Schnellarbeit- hardmetal and HSS.stählen können nur für niedrige Schnitt-geschwindigkeiten verwendet werden.Die Verwendungen von Emulsion alsKühlschmiermittel ist sowohl für denEinsatz von Hartmetall wie auch HSSunerlässlich.Schleifen GrindingSchleifscheiben aus Siliziumkarbid mit Grinding discs made from siliconoffener Struktur, einer Härte der Berei- carbide with an open structure,che H, I, J und K sowie einer Körnung hardness in the range H, I, J and K,von 60 - 120 sind gut geeignet. Die and a grain size of 60 - 120 areSchleifgeschwindigkeit soll 1800 m/min particularly suitable, with a grindingbetragen, die Zustellung pro Durchgang speed of 1800 m/min and a feed0,02 mm nicht überschreiten. rate not exceeding 0.02 mm.Hinsichtlich Kühlung gilt die gleiche Recommended cooling agents areEmpfehlung wie für das Spanen mit the same as for machining withHartmetall sowie HSS. hardmetal and HSS tools. 24
  25. 25. Empfehlenswerte Bedingungen zur spanabhebenden Bearbeitung von Molybdän und MolybdänlegierungenRecommended conditions for the machining of molybdenum and its alloys Drehen / Turning Werkzeuge / Tools CERATIZIT Maxilock-S Mit Code-27 u. -25 verwenden, HM-Sorten H 216 T / H 210 T Wendeplatten / Indexable carbide inserts Use with Code-27 and -25, HM grade H 216 T / H 210 T Schnittgeschwindigkeit / Cutting speed [m/min] vc = 100 - 140 Vorschub [mm/U] / Feed [mm/rev] f = 0.05 - 0.35 (je nach Eckenradius / acc. to corner radius) Spantiefe / Depth of cut [mm] ap = 0.3 - 6 (je nach Plattentype / acc. to type of insert) Kühlung / Coolant Emulsion Fräsen / Milling Verwenden Sie CERATIZIT-Fräswerkzeuge mit Hartmetall-Wendeschneidplatten folgender Schneidengeometrie Use CERATIZIT milling cutters with hardmetal indexable inserts of the following cutting geometry Spanwinkel γ / Rake angle γ ≥ + 10° Neigungswinkel / Inclination angle 0 - 10° HM-Sorte / HM grade H 216 T / H 210 T Schnittgeschwindigkeit / Cutting speed [m/min] vc = 100 - 150 Vorschub [mm/Zahn] / Feed [mm/tooth] f = 0.03 - 0.10 Kühlung / Coolant Emulsion HSS-Werkzeuge / HSS tools Schnittgeschwindigkeit / Cutting speed [m/min] vc = 20 - 25 m Spanwinkel γ / Rake angle γ ≥ + 10° Kühlung / Coolant Emulsion Bohren / Drilling Bohrdurchmesser bis 18 mm Drill diameter up to 18 mm HSS (möglichst mit innerem Kühlmittelkanal) Bohrer / Drill HSS (if possible with internal cooling channel) Schnittgeschwindigkeit / Cutting speed [m/min] vc = 10 - 15 Vorschub [mm/U] / Feed [mm/rev] f = 0.05 - 0.1 Kühlung / Coolant Emulsion 25
  26. 26. VerbindungstechnikJoining TechniquesZur Herstellung komplexerer Bauteil- More complex molybdenum componentskomponenten aus Molybdän stehen can be made using a variety of joiningverschiedene Verbindungstechnologien techniques. Joining can be achievedzur Verfügung. Das Verbinden mittels by brazing using inert gas or vacuumLöten in Schutzgas- oder Vakuumöfen furnaces, provided suitable equipmentsetzt geeignete Einrichtungen voraus. is available. Whenever the joinedMechanisch höher belastete Verbindun- areas are to be subjected to highergen sollten durch Nieten, Verschrauben mechanical stresses, methods such asoder Falzen hergestellt werden, da die folding, riveting and bolting should beSchweißeignung der Molybdänwerkstof- used, because molybdenum has limitedfe eingeschränkt ist. suitability for welding.Schweißen WeldingMolybdän und seine Legierungen lassen Molybdenum and its alloys can besich mittels Wolfram-Elektroden unter welded using tungsten electrodesAr- oder He-Schutzgas (WIG-Schwei- under a protective atmosphere ofßen) oder durch Elektronenstrahl im Ar or He (TIG welding), or by theVakuum mit und ohne Zusatzwerkstoff electron beam process in vacuum,verschweißen. Da die Duktilität der both with and without filler materials.Schweißnähte durch kleinste Mengen Because the ductility of the weldSauerstoff und Stickstoff stark herab- seam is sharply reduced by thegesetzt wird, empfiehlt es sich, alle presence of even the smallestSchutzgasschweißungen in Schweiß- quantities of oxygen and nitrogen, Photo: Alstom Power Generation AGkammern durchzuführen. Kleinteile inert gas welding should be carriedkönnen unter Umständen auch durch out in a welding chamber. SmallPunktschweißen verbunden werden. parts can sometimes be joined byAlle atmosphärischen Schweißverfahren spot welding. No welding processessind ungeeignet. Infolge der Versprö- allowing contact with air are suitable.dungsgefahr und der eingeschränkten Welding is not recommended forFestigkeit der Verbindungsstelle ist das highly stressed components becauseSchweißen für mechanisch höher bean- of reduced strength and danger ofspruchte Bauteile nicht zu empfehlen. embrittlement in the welded area.Die zu verbindenden Teile sind vor dem Before welding all parts must beSchweißen sorgfältig zu säubern. Beim meticulously cleaned. As largeSchweißen können große innere Span- internal stresses can develop in thenungen im Bereich der Schweißnähte welding zone, pre-heating before, andentstehen. Daher ist ein Vorwärmen der stress-relief annealing after weldingBauteile vor dem Verschweißen und are recommended, particularly foreine Entspannungsglühung nach dem thick-walled components. DesignsVerschweißen anzuraten, vor allem für involving blunt, circumferentialdickwandige Bauteile. Konstruktionen or closed-ended welding seamsmit stumpfgestoßenen Rundschweiß- should be avoided, as should largenähten, geschlossenen Schweißnahtzü- differences in section of the parts togen oder mit großen Dickenunterschie- be welded.den der zu verschweißenden Teile sindzu vermeiden. 26
  27. 27. Löten BrazingDas Löten ist eine weit verbreitete Brazing is a widely used method ofVerbindungsart für Molybdänbauteile. joining molybdenum parts. WhereBei lötgerechter Konstruktion lassen design permits both similar andsich artgleiche und nichtartgleiche dissimilar materials can be brazedVerbindungen (z.B. mit Refraktärmetal- together (e.g. refractory metals,len, Stählen, Buntmetallen, Aluminium- steels, non-ferrous metals, aluminiumLegierungen, Graphit, Keramiken etc.) alloys, graphite, ceramics) to achievemit guten Festigkeitseigenschaften good tensile properties. Furnaceherstellen. Das Standardlötverfahren brazing with inert gas or vacuumstellt das Ofenlöten in Schutzgas as well as HF induction brazing areoder Hochvakuum sowie das standard processes. Small brazedHF-Induktionslöten dar. Kleine Lötstellen joints are relatively simple to producelassen sich auch relativ einfach mittels with brazing discs under inert gaseines Lötplättchens unter Zufuhr von cover using resistance-heatedSchutzgas auf einer Widerstandspunkt- spot-welding equipment. Brazingschweißanlage herstellen. Atmosphä- processes involving exposure to therische Lötverfahren wie autogenes atmosphere are unsuitable becauseFlammlöten sind aufgrund der Ober- they result in surface oxidation offlächenoxidation der Molybdänbauteile molybdenum.ungeeignet.Abhängig von den Löttemperaturen und Depending on the brazingden zu verbindenden Werkstoffkom- temperature and the materials tobinationen werden folgende Lotarten be joined the following brazingverwendet: materials are used:• Ag-Cu-Basis-Lote für Temperaturen • Au-Cu based brazing alloys for bis 1000 °C temperatures up to 1000 °C• Ni- und Edelmetallhaltige Lote für • Ni and precious metal brazing alloys Temperaturen bis 1400 °C for temperatures up to 1400 °C• Ti-, Zr-, Ru- und Pt-Basis-Lote • Ti, Zr, Ru and Pt based alloys for für das Hochtemperaturlöten high temperatures up to 2000 °C bis 2000 °C Nieten, Verschrauben und Falzen Riveting, Fastening and Folding Die einfachste Verbindungsart ist das The simplest method of joining is Verschrauben, für das verschiedene fastening using bolts or screws, for Gewindearten und -abmessungen zur which various dimensions and thread Verfügung stehen. Schraubverbindun- forms are available. Screwed joints gen eignen sich auch gut für Repara- are also highly suitable for repair turzwecke. Nach einer Rekristallisation work. However after molybdenum has von Molybdän ist ein zerstörungsfreies recrystallized, there is always a risk of Lösen der Schraubverbindung nicht breakage when carrying out repairs in mehr gewährleistet. this manner. Zum Nieten stehen Halbrund- und For riveting both button-head and Senkniete unterschiedlicher Abmessun- countersunk rivets are available. gen zur Verfügung. Nach dem Bohren Following drilling the rivet holes must muss das Nietloch sauber entgratet be deburred cleanly. Both the rivets werden. Zur Optimierung der Verbin- and the riveting tool should be dungsfestigkeit sollten die Niete und pre-heated to optimise the joint das Werkzeug vor dem Umformen strength. erwärmt werden. Before folding molybdenum sheet Zum Falzen empfiehlt sich ein should be heated above its transition Anwärmen über die Übergangs- temperature, which depends on the temperatur des Bleches, deren Höhe amount of prior working and the material von vorhergehenden Umformschritten thickness. und der Blechdicke abhängt. 27
  28. 28. Oberflächenbehandlung von Molybdän und seinen LegierungenSurface Treatment of Molybdenum and its AlloysMolybdän und seine Legierungen There are no significant differences inverhalten sich sehr ähnlich und werden the behaviour of molybdenum and itsdaher in diesem Kapitel nicht getrennt alloys and therefore they are not treatedbehandelt. separately in this section.Reinigen CleaningGeeignet ist Ultraschallreinigung in stark Ultrasonic cleaning in strongly alkaline,alkalischen, wässrigen Tensidlösungen; aqueous solutions containing detergentseine fleckenfreie Oberfläche erhält man is highly suitable. Subsequent rinsingdurch anschließende Reinstwasserspü- in high-purity water (σ ≤ 10 µS/cm)lung (σ ≤ 10 µS/cm) und Warmlufttrock- followed by warm air drying results in anung. clean, blemish-free surface.Lagern StorageBei hoher Luftfeuchtigkeit und stärkeren Humid conditions and largeTemperaturschwankungen kann Molyb- fluctuations in temperature candän anlaufen (oberflächlich oxidieren). cause surface oxidation ofEs soll daher stets in trockenen (Luft- molybdenum. It should thereforefeuchtigkeit unter 60 %), gleichmäßig always be stored in a dry areatemperierten Räumen aufbewahrt (humidity less than 60 %) at anwerden. Durch eine Lagerung mit even temperature. SurfaceSchutzgas gefluteten, dichten Behäl- oxidation can be prevented bytern, wird eine oxidation der Oberfläche storing in sealed containersunterbunden. filled with inert gas.Beizen PicklingStark oxidiertes Molybdän läßt sich in Heavily oxidised molybdenum cangeschmolzenem Natriumhydroxid mit be cleaned in molten sodiumeinigen Prozent Oxidationsmittel hydroxide containing a small(z.B. Natriumnitrat) reinigen percentage of oxidising agent(= Schmelzbeize). Die Temperatur (e.g. sodium nitrate) in theder Beize beträgt 400 - 450 °C. temperature range 400 - 450 °C.Die zu beizenden Teile müssen trocken The material must first be dry to avoidsein, da die Schmelze sonst gefährlich the danger of the melt splashing.spritzt! Die gebeizten Teile werden ab- After cooling any remaining picklinggekühlt, anhaftende Reste der Schmel- residues are removed by immersing inze werden durch warm water. Pickled or lightly oxidised Oberfläche eines MY-ESS-BandesTauchen in Warmwasser entfernt. molybdenum parts can be etched in Surface of a MY-ESS ribbonSchmelzgebeizte oder leicht oxidierte acid to achieve a bright finish. 1 partProdukte aus Molybdän können zur Er- by volume of nitric acid (53 weight%) tozielung einer blanken Oberfläche sauer 4 parts by volume sulphuric acidgebeizt werden: 1 Volumenteil Salpeter- (87 weight%) is suitable. Thoroughsäure (53 Gew.-%) und 4 Volumenteile rinsing in cold water removes acidSchwefelsäure (87 Gew.-%). Eine residues and final rinsing with high-gründliche Kaltwasserspülung beseitigt purity water followed by warm air dryingdie Beizrückstände, Reinstwasserspü- leads to a bright, metallic finish.lung und Warmlufttrocknung führen zu Lightly oxidised molybdenum can alsometallisch glänzenden Oberflächen. be cleaned and bright annealed inLeicht oxidiertes Molybdän kann auch hydrogen at approximately 700 °C.durch eine Reinigungsglühung inWasserstoff bei ca. 700 °C blankgeglühtwerden. SIBOR®-beschichtete Mo Durchflussverkleidung mit Frontplatte SIBOR®-coated Mo throat with front plate 28
  29. 29. Aufrauhen Surface RougheningEin Aufrauhen der Oberfläche läßt sich Surface roughening can bedurch Beizen (Rz ≈ 5 µm) oder Sand- achieved by pickling (Rz ≈ 5 µm),strahlen mit Korund oder ähnlichem or shot blasting with e.g. alumina(Rz ≈ 20 µm) erreichen. (Rz ≈ 20 µm).Elektropolieren ElectropolishingMolybdän kann anodisch in 80 %iger Molybdenum can be anodicallySchwefelsäure elektropoliert werden. electropolished in 80 % sulphuric acidDie Temperatur des Elektrolyten sollte solution. The electrolyte temperatureetwa 50 °C betragen, die Stromdichte should be around 50 °C and the currentzwischen 10 und 15 A/dm2. density between 10 and 15 A/dm2.Beschichten CoatingMolybdän kann bei Vorliegen einer sau- Provided the surface is cleanberen Oberfläche vielfältig beschichtet molybdenum can be coated by variouswerden bzw. auf Wunsch von PLANSEE methods. On request PLANSEE canin Form eines beschichteten Halbzeu- supply coated semi-finished products orges oder Bauteiles bezogen werden: components:• Zum Schutz gegen atmosphärische • For protection against atmospheric Korrosion und als Kontakt- bzw. corrosion and as a surface layer to Löthilfe: Schichten auf Basis von assist brazing operations: nickel, Nickel, Chrom und Edelmetallen chromium and noble metals• Zum Schutz gegen Luftoxidation based coatings bis max. 1650 °C: • For protection against oxidation Silizidschichten (z.B. SIBOR®) in air up to 1650 °C maximum:• Als Verschleißschutz: silicide coatings (e.g. SIBOR®) Oberflächennitrierung • For wear protection: oder Oberflächenkarburierung surface nitriding or carburising• Als Diffusionssperre: • As a diffusion barrier: Oxidschichten oxide coatingsDie Schichtstärken liegen je nach Typical coating thickness is in the rangeEinsatzbedingungen typischerweise 0.1 - 200 µm, depending on conditionszwischen 0,1 und 200 µm. Als Verfahren of use. Flame spraying, atmospherickommen bei PLANSEE Flammspritzen, plasma spraying (APS) vacuum plasmaAtmosphärisches Plasmaspritzen spraying (VPS), physical vapour(APS), Vakuumplasmaspritzen (VPS), deposition (PVD). slurry coating, gasPhysikalische Dampfabscheidung hardening and embedding in cement(PVD), Slurrybeschichten, Gashärten mixtures are all processes used byund Packzementieren zum Einsatz. PLANSEE Al2O3 beschichtete Mo-Rührer AI2O3 coated Mo stirrer 29
  30. 30. LieferformenAvailable ProductsÜbersicht der PLANSEE-Halbzeuge aus Mo und Mo-LegierungenOverview of the PLANSEE semi-finished products made of Mo and Mo alloys Bleche / Sheets Bänder / Coiled Sheets Verfügbarkeit Stäbe / Rods Drähte / Wires and Plates and Ribbons Availability [Durchmesser / Diameter] [Durchmesser / Diameter] [Stärke / Thickness] [Stärke / Thickness] Mo 0.025 - 50 mm 0.015 - 0.760 mm 0.50 - 165 mm 0.30 - 10 mm TZM 0.10 - 50 mm - 0.50 - 165 mm auf Anfrage / on request MHC - - 3 - 120 mm - 0.20 - 1 mm MLS/MLR 0.3 - 0.76 mm - - 1 - 50 mm ML - - auf Anfrage / on request 0.30 - 6.35 mm MLS - - - Mo-ILQ - - - 0.30 - 3.50 mm MY - auf Anfrage / on request - - MoW auf Anfrage / on request - 10 - 93 mm - MoRe auf Anfrage / on request - auf Anfrage / on request auf Anfrage / on request MoCu auf Anfrage / on request - - -Umrechnung von Einheiten / Conversion of Units Weitere Informationen über PLANSEE-Halbzeuge und Formteile von zu multiplizieren aus Mo und Mo-Legierungen finden Sie mit in unter www.plansee.com, oder Sie kon- from multiply by to taktieren Ihren PLANSEE-Partner. mm 0.03937 25.40 inch N/mm2 0.10194 9.81 kp/mm2 For further information on PLANSEE semi-finished products and formed parts N/mm2 145.0024 0.00689 psi made of Mo and Mo alloys please visit kN/mm2 101.94 0.00981 kp/mm2 our website www.plansee.com or contact kN/mm2 145.0024 0.00689 ksi your PLANSEE partner. J/(g K) 0.2388 4.1868 cal/(g °C) J/(g K) 0.2388 4.1868 BTU/(lb °F) Pa=N/m2 0.0075 133.3 Torr 2 Pa=N/m 0.000145 6895 psi Pa=N/m2 10-5 105 bar Torr 0.019337 51.71433 psi W/(m K) 0.002388 418.68 cal/(cm s °C) W/(m K) 0.5778 1.7307 BTU/(h ft °F) cal/(cm s °C) 241.95 0.004133 BTU/(h ft °F) °C (1.8 x °C) + 32 (°F - 32) x 0.56 °F °C + 273.15 - 273.15 K in zu multiplizieren von to mit from multiply by 30

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