Сплав на основі кобальту - це твердий сплав, який витримує різні види зношування, корозію та високотемпературне окислення.Основою сплавів на основі кобальту є кобальт як основний компонент, який містить значну кількість нікелю, легуючих хімічних елементів, таких як хром, вольфрам, і невелику кількість легуючих елементів, таких як молібден, ніобій, тантал, титан, лантан і іноді залізо. .Відповідно до різного складу сплаву, сплав на основі кобальту може бути виготовлений у зварювальний дріт, а порошок можна використовувати для зварювання твердих поверхонь, термічного напилення, зварювання розпиленням та інших процесів, а також з нього можна зробитивиливки, поковки та деталі порошкової металургії.За кінцевим використанням сплави на основі кобальту можна розділити на зносостійкі сплави на основі кобальту, високотемпературні сплави на основі кобальту та корозійностійкі сплави на основі кобальту.У загальних умовах експлуатації вони одночасно зносостійкі та стійкі до високих температур або зносостійкі та стійкі до корозії.У деяких умовах експлуатації може також вимагатися висока температура, зносостійкість і стійкість до корозії.Чим складніші умови роботи, тим очевидніші переваги сплавів на основі кобальту.
Властивості сплавів на основі кобальту
Основними карбідами в суперсплавах на основі кобальту є MC, M23C6 і M6C.У литих сплавах на основі кобальту M23C6 виділяється між межами зерен і дендритами під час повільного охолодження.У деяких сплавах дрібнодисперсний M23C6 може утворювати евтектику з матрицею γ.Частинки карбіду MC занадто великі, щоб безпосередньо впливати на дислокації, тому зміцнювальний ефект сплаву неочевидний, тоді як дрібнодисперсні карбіди мають хороший зміцнюючий ефект.Карбіди, розташовані на межі зерна (в основному M23C6), можуть запобігти ковзанню межі зерна, тим самим покращуючи міцність на витривалість.Мікроструктура суперсплаву на основі кобальту НА-31 (Х-40) являє собою дисперсну зміцнюючу фазу (CoCrW)6 карбід типу C.Топологічні щільно упаковані фази, які з’являються в деяких сплавах на основі кобальту, таких як сигма-фаза, шкідливі та роблять сплав крихким.
Термічна стійкість карбідів у сплавах на основі кобальту хороша.При підвищенні температури швидкість зростання накопичення карбіду повільніша, ніж швидкість росту γ-фази в сплаві на основі нікелю, і температура повторного розчинення в матриці також вище (до 1100°C) .Тому при підвищенні температури сплав на основі кобальту Міцність сплаву, як правило, знижується повільно.Сплави на основі кобальту мають гарну стійкість до термічної корозії.Причина, чому сплави на основі кобальту перевершують сплави на основі нікелю в цьому відношенні, полягає в тому, що температура плавлення сульфіду кобальту (наприклад, евтектика Co-Co4S3, 877 ℃) вища, ніж температура плавлення нікелю (наприклад, евтектика Ni-Ni3S2 (645°C) висока, а швидкість дифузії сірки в кобальті набагато нижча, ніж у нікелю. І оскільки більшість сплавів на основі кобальту мають більший вміст хрому, ніж сплави на основі нікелю, вони можуть утворювати захисний шар лужного металу сульфат (наприклад, захисний шар Cr2O3, який роз'їдається Na2SO4) на поверхні сплаву.Однак стійкість до окислення сплавів на основі кобальту, як правило, набагато нижча, ніж у сплавів на основі нікелю.
На відміну від інших суперсплавів, суперсплави на основі кобальту не зміцнюються впорядкованою фазою виділення, міцно зв’язаною з матрицею, а складаються з аустенітної ГЦК матриці, яка була зміцнена твердим розчином, і невеликої кількості карбідів, розподілених у матриці.Лиття суперсплавів на основі кобальту значною мірою залежить від зміцнення карбідом.Кристали чистого кобальту мають гексагональну щільно упаковану (ГПУ) кристалічну структуру нижче 417°C, яка перетворюється на ГЦК при вищих температурах.Щоб уникнути цього перетворення під час використання суперсплавів на основі кобальту, практично всі сплави на основі кобальту легують нікелем, щоб стабілізувати структуру від кімнатної температури до температури плавлення.Сплави на основі кобальту мають плоску залежність напруги руйнування від температури, але виявляють кращу стійкість до термічної корозії при температурах вище 1000 °C, ніж при інших високих температурах.
Термічна обробка сплавів на основі кобальту
Розмір і розподіл карбідних частинок і розмір зерна в сплавах на основі кобальту дуже чутливі допроцес лиття.Для досягнення необхідної міцності на витривалість і термічної втоми литих деталей із сплавів на основі кобальту необхідно контролювати параметри процесу лиття.Сплави на основі кобальту потребують термічної обробки, головним чином для контролю виділення карбідів.Для литих сплавів на основі кобальту спочатку проводять високотемпературну обробку твердого розчину, зазвичай при температурі близько 1150 °C, щоб усі первинні карбіди, включаючи деякі карбіди типу MC, розчинилися у твердому розчині;потім проводять старіння при 870-980°C.Знову змусити карбіди випасти в осад.
Загальні марки сплавів на основі кобальту
Типові марки звичайних високотемпературних сплавів на основі кобальту: 2.4778 (відповідно до DIN EN 10295) Hayness 188, Haynes 25 (L-605), Alloy S-816, UMCo-50, MP-159, FSX-414, X -40, Stellite 6B, Grade 31 тощо, китайські бренди: GH5188 (GH188), GH159, GH605, K640, DZ40M тощо.
Застосування виливків зі сплавів на основі кобальту
Як правило, суперсплави на основі кобальту не мають когерентних фаз зміцнення.Хоча міцність при середній температурі низька (тільки 50-75% сплавів на основі нікелю), вони мають вищу міцність, гарний опір термічній втомі, стійкість до стирання, кращу зварюваність і стійкість до термічної корозії вище температури 980 °C.Таким чином, виливки зі сплавів на основі кобальту в основному придатні для виготовлення направляючих лопаток і направляючих лопаток сопел для авіаційних реактивних двигунів, промислових газових турбін, морських газових турбін і сопел дизельних двигунів тощо.
Час публікації: травень-05-2021