Сплавы на основе никеля и кобальта

 

Типичные отливки из никелевых сплавов

 

 

 

 

Никелевые сплавы — это сплавы, состоящие из никеля в качестве основного металла и добавок других элементов. Никель обладает превосходными механическими, физическими и химическими свойствами; добавление подходящих элементов может улучшить его стойкость к окислению, коррозионную стойкость, жаропрочность-термостойкость и некоторые физические свойства.

 

Сплавы на основе никеля-обладают высокой прочностью и определенной степенью устойчивости к окислению и коррозии при высоких температурах 650–1000 градусов. По основным свойствам их подразделяют на -жаростойкие-сплавы на основе никеля,-коррозионно--стойкие сплавы на основе никеля,-износостойкие-сплавы на основе никеля, прецизионные сплавы на основе никеля-и сплавы на основе никеля-с памятью формы.

 

Никелевые сплавы в основном используются в электронике, химической, машиностроительной, медицинской, энергетической, морской, авиационной и аэрокосмической промышленности. Никелевые сплавы также могут использоваться в качестве материалов для электронных трубок и в качестве прецизионных сплавов (магнитных сплавов, прецизионных резистивных сплавов, электротермических сплавов и т. д.).

 

 

Типичные отливки из кобальтового сплава

 

 

 

Сплав на основе кобальта- – это твердый сплав, устойчивый к различным типам износа, коррозии и высокотемпературному окислению. Сплавы на основе кобальта- основаны на кобальте в качестве основного компонента и содержат значительное количество никеля, легирующих химических элементов, таких 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 твердых-поверхностей, термического напыления, сварки распылением и других процессов, а также из него можно изготавливать отливки, поковки и детали порошковой металлургии. По конечному использованию сплавы на основе кобальта-можно разделить на -износостойкие-сплавы, жаропрочные-сплавы на основе кобальта и -коррозионно--растворные сплавы на основе кобальта. В обычных условиях эксплуатации они либо -устойчивы, либо устойчивы к высоким-температурам, либо износостойки-и коррозионно--стойки. Некоторые условия эксплуатации могут одновременно требовать высокой температуры, износостойкости и коррозионной стойкости. Чем сложнее условия работы, тем очевиднее 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 с матрицей эвтектику. 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 оказывают хороший упрочняющий эффект. Карбиды, расположенные на границе зерна (в основном M23C6), могут предотвращать скольжение по границам зерен, тем самым повышая прочность на выносливость. Микроструктура суперсплава на основе кобальта-HA-31 (X-40) представляет собой дисперсную упрочняющую фазу (CoCrW)6, карбид C-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-хороша. При повышении температуры скорость роста накопления карбидов медленнее, чем скорость роста фазы в сплаве на основе никеля, а температура повторного растворения в матрице также выше (до 1100 град.). Поэтому при повышении температуры сплав на основе кобальта-. Прочность сплава 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 (такого как эвтектика Co-Co4S3, 877 градусов) выше, чем у никеля (например, эвтектика Ni-Ni3S2 (645 градусов) высока, а скорость диффузии серы в кобальте намного ниже, чем у никеля. А поскольку большинство сплавов на основе кобальта- имеют более высокое содержание хрома, чем сплавы на основе никеля, они могут образовывать защитный слой из сульфата щелочного металла (например, защитный слой Cr2O3, который разъедается Na2SO4) на поверхности сплава. Однако стойкость к окислению сплавов на основе кобальта- обычно намного ниже, чем у сплавов на основе никеля.

В отличие от других суперсплавов, суперсплавы на основе кобальта- не упрочняются за счет упорядоченной фазы выделений, 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 при температуре ниже 417 градусов, 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, чтобы стабилизировать структуру от комнатной температуры до температуры плавления. Сплавы на основе кобальта-имеют плоскую зависимость напряжения разрушения-температуры, но демонстрируют превосходную стойкость к термической коррозии при температурах выше 1000 градусов, чем при других высоких температурах.

 

Термическая обработка сплавов на основе кобальта-
Размер и распределение частиц карбида, а также размер зерен в сплавах на основе кобальта- очень чувствительны к процессу 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 градусов, чтобы все первичные карбиды, включая некоторые карбиды типа MC-, растворились в твердый раствор; затем обработка старением проводится при температуре 870-980 градусов. Снова вызвать осаждение карбидов.

 

Распространенные марки сплавов на основе кобальта-
Типичные марки обычных жаропрочных сплавов на основе кобальта-: 2.4778 (согласно DIN EN 10295), Hayness 188, Haynes 25 (L-605), сплав S-816, UMCo-50, MP-159, FSX-414, X-40, Stellite 6B, Grade 31 и т. д., китайские бренды. являются: 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 низкая (только 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 градусов. 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.