Сплав на основе кобальта представляет собой твердый сплав, способный противостоять различным видам износа, коррозии и высокотемпературному окислению. Сплавы на основе кобальта основаны на кобальте в качестве основного компонента и содержат значительное количество никеля, легирующие химические элементы, такие как хром, вольфрам, и небольшое количество легирующих элементов, таких как молибден, ниобий, тантал, титан, лантан и иногда железо. . В зависимости от различного состава сплава из сплава на основе кобальта можно изготавливать сварочную проволоку, а порошок можно использовать для сварки твердой поверхности, термического напыления, сварки распылением и других процессов, а также его можно превращать вотливки, поковки и детали порошковой металлургии. По конечному использованию сплавы на основе кобальта можно разделить на износостойкие сплавы на основе кобальта, жаропрочные сплавы на основе кобальта и коррозионно-стойкие сплавы на основе кобальта. В общих условиях эксплуатации они либо износостойкие и жаростойкие, либо износостойкие и коррозионностойкие. Некоторые условия эксплуатации могут одновременно требовать высокой температуры, износостойкости и коррозионной стойкости. Чем сложнее условия работы, тем очевидны преимущества сплавов на основе кобальта.
Свойства сплавов на основе кобальта
Основными карбидами в суперсплавах на основе кобальта являются MC, M23C6 и M6C. В литых сплавах на основе кобальта M23C6 выделяется между границами зерен и дендритами во время медленного охлаждения. В некоторых сплавах мелкий M23C6 может образовывать эвтектику с матрицей γ. Частицы карбида MC слишком велики, чтобы непосредственно оказывать существенное влияние на дислокации, поэтому упрочняющий эффект на сплав не очевиден, в то время как мелкодисперсные карбиды обладают хорошим упрочняющим эффектом. Карбиды, расположенные на границах зерен (в основном M23C6), могут предотвратить скольжение по границам зерен, тем самым повышая прочность на выносливость. Микроструктура суперсплава на основе кобальта ГА-31 (Х-40) представляет собой дисперсную упрочняющую фазу (CoCrW)6, карбид С-типа. Топологические плотноупакованные фазы, которые появляются в некоторых сплавах на основе кобальта, такие как сигма-фаза, вредны и делают сплав хрупким.
Термическая стабильность карбидов в сплавах на основе кобальта хорошая. При повышении температуры скорость роста карбидонакопления медленнее скорости роста γ-фазы в сплаве на основе никеля, а также выше температура повторного растворения в матрице (до 1100°С). . Поэтому при повышении температуры прочность сплава на основе кобальта обычно снижается медленно. Сплавы на основе кобальта обладают хорошей стойкостью к термической коррозии. Причина, по которой сплавы на основе кобальта превосходят сплавы на основе никеля в этом отношении, заключается в том, что температура плавления сульфида кобальта (например, эвтектики Co-Co4S3, 877 ℃) выше, чем у никеля (например, эвтектики Ni-Ni3S2). (645°С) высока, а скорость диффузии серы в кобальте значительно ниже, чем в никеле. А потому, что большинство сплавов на основе кобальта имеют. более высокое содержание хрома, чем в сплавах на основе никеля, они могут образовывать на поверхности сплава защитный слой из сульфата щелочного металла (например, защитный слой Cr2O3, который подвергается коррозии Na2SO4). Однако стойкость к окислению у сплавов на основе кобальта выше. как правило, намного ниже, чем у сплавов на основе никеля.
В отличие от других суперсплавов, суперсплавы на основе кобальта не упрочнены упорядоченной фазой выделения, прочно связанной с матрицей, а состоят из аустенитной ГЦК-матрицы, упрочненной твердым раствором, и небольшого количества карбидов, распределенных в матрице. Литье суперсплавов на основе кобальта во многом зависит от твердосплавного упрочнения. Кристаллы чистого кобальта имеют гексагональную плотноупакованную (ГПУ) кристаллическую структуру ниже 417°C, которая при более высоких температурах превращается в ГЦК. Чтобы избежать этого превращения при использовании суперсплавов на основе кобальта, практически все сплавы на основе кобальта легируют никелем с целью стабилизации структуры от комнатной температуры до температуры плавления. Сплавы на основе кобальта имеют плоскую зависимость между напряжением разрушения и температурой, но демонстрируют превосходную стойкость к термической коррозии при температурах выше 1000°C, чем при других высоких температурах.
Термическая обработка сплавов на основе кобальта
Размер и распределение карбидных частиц и размер зерен в сплавах на основе кобальта очень чувствительны кпроцесс литья. Для достижения требуемой прочности и термоусталостных свойств литых деталей из сплавов на основе кобальта необходимо контролировать параметры процесса литья. Сплавы на основе кобальта нуждаются в термической обработке, главным образом для контроля выделения карбидов. Для литых сплавов на основе кобальта сначала проводят высокотемпературную обработку твердого раствора, обычно при температуре около 1150°С, чтобы все первичные карбиды, включая некоторые карбиды типа МС, растворились в твердый раствор; затем проводят обработку старением при 870-980°С. Снова вызвать осаждение карбидов.
Распространенные марки сплавов на основе кобальта
Типичными марками обычных жаропрочных сплавов на основе кобальта являются: 2.4778 (согласно DIN EN 10295), Hayness 188, Haynes 25 (L-605), Alloy S-816, UMCo-50, MP-159, FSX-414, X. -40, Stellite 6B, Grade 31 и т. д., китайские бренды: GH5188 (GH188), GH159, GH605, K640, DZ40M и так далее.
Применение отливок из сплавов на основе кобальта
Как правило, в суперсплавах на основе кобальта отсутствуют последовательные фазы упрочнения. Хотя прочность при средней температуре невысока (всего 50-75% сплавов на основе никеля), они обладают более высокой прочностью, хорошей термостойкостью, стойкостью к истиранию, лучшей свариваемостью и стойкостью к термической коррозии выше температуры 980°С. Таким образом, отливки из сплавов на основе кобальта в основном подходят для изготовления направляющих аппаратов и сопел для авиационных реактивных двигателей, промышленных газовых турбин, морских газовых турбин, сопел дизельных двигателей и т. д.
Время публикации: 05 мая 2021 г.