Hợp kim cơ sở niken và cơ sở coban

 

Đúc hợp kim niken điển hình

 

 

 

 

Hợp kim niken là hợp kim bao gồm niken làm kim loại cơ bản và bổ sung các nguyên tố khác. Niken sở hữu các tính chất cơ, lý và hóa học tuyệt vời; việc bổ sung các nguyên tố thích hợp có thể cải thiện khả năng chống oxy hóa, chống ăn mòn, độ bền nhiệt độ- cao và một số tính chất vật lý nhất định.

 

Hợp kim dựa trên niken-có độ bền cao và mức độ chống oxy hóa và ăn mòn nhất định ở nhiệt độ cao 650–1000 độ . Dựa trên các đặc tính chính, chúng được chia nhỏ thành hợp kim chịu nhiệt-dựa trên niken, hợp kim chống ăn mòn-dựa trên niken, hợp kim chống mài mòn-dựa trên niken, hợp kim chính xác dựa trên niken-và hợp kim nhớ hình dạng dựa trên niken.

 

Hợp kim niken chủ yếu được sử dụng trong các ngành công nghiệp điện tử, hóa chất, máy móc, y tế, phát triển năng lượng và hàng hải, hàng không và hàng không vũ trụ. Hợp kim niken cũng có thể được sử dụng làm vật liệu cho ống điện tử và làm hợp kim chính xác (hợp kim từ tính, hợp kim điện trở chính xác, hợp kim nhiệt điện, v.v.).

 

 

Đúc hợp kim Coban điển hình

 

 

 

Hợp kim gốc cobalt-là hợp kim cứng có thể chịu được nhiều loại mài mòn, ăn mòn và oxy hóa ở nhiệt độ cao. Hợp kim dựa trên coban-có thành phần chính là coban, chứa một lượng đáng kể niken, các nguyên tố hóa học hợp kim như crom, vonfram và một lượng nhỏ các nguyên tố hợp kim như molypden, niobi, tantalum, titan, lanthanum và đôi khi là sắt. Tùy theo thành phần khác nhau của hợp kim, hợp kim gốc coban-có thể được chế tạo thành dây hàn và bột có thể được sử dụng để hàn-hàn bề mặt cứng, phun nhiệt, hàn phun và các quy trình khác, đồng thời nó cũng có thể được chế tạo thành các vật đúc, rèn và các bộ phận luyện kim bột. Được phân loại theo mục đích sử dụng cuối cùng, hợp kim dựa trên coban-có thể được chia thành hợp kim chống mài mòn-dựa trên coban-, hợp kim nhiệt độ cao-dựa trên coban-và hợp kim chống ăn mòn-dung dịch dựa trên coban-. Trong điều kiện vận hành chung, chúng đều có khả năng-chống mài mòn và-chịu được nhiệt độ cao hoặc-chống mài mòn và chống ăn mòn{18}}. Một số điều kiện hoạt động cũng có thể yêu cầu nhiệt độ cao, chống mài mòn và ăn mòn cùng một lúc. Điều kiện làm việc càng phức tạp thì ưu điểm của hợp kim dựa trên coban càng rõ ràng.

 

Thuộc tính của hợp kim dựa trên Cobalt{0}}
Các cacbit chính trong siêu hợp kim dựa trên coban-là MC, M23C6 và M6C. Trong các hợp kim làm từ coban-đúc, M23C6 được kết tủa giữa các ranh giới hạt và đuôi gai trong quá trình làm nguội chậm. Trong một số hợp kim, M23C6 mịn có thể tạo thành eutectic với nền . Các hạt cacbua MC quá lớn nên có ảnh hưởng trực tiếp đáng kể đến sự biến dạng, do đó tác dụng tăng cường cho hợp kim là không rõ ràng, trong khi các cacbua phân tán mịn có tác dụng tăng cường tốt. Các cacbua nằm trên ranh giới hạt (chủ yếu là M23C6) có thể ngăn chặn sự trượt ranh giới hạt, từ đó cải thiện độ bền. Cấu trúc vi mô của siêu hợp kim HA{20}}31 (X{22}}40) dựa trên coban-là cacbua loại C pha tăng cường phân tán (CoCrW)6. Các pha xếp chặt theo cấu trúc liên kết xuất hiện trong một số hợp kim gốc coban, chẳng hạn như pha sigma có hại và làm cho hợp kim trở nên giòn.

Độ ổn định nhiệt của cacbua trong hợp kim dựa trên coban{0}}là tốt. Khi nhiệt độ tăng, tốc độ tăng trưởng tích lũy cacbua chậm hơn tốc độ tăng trưởng của pha trong hợp kim gốc niken- và nhiệt độ hòa tan lại vào nền cũng cao hơn (lên tới 1100 độ). Do đó, khi nhiệt độ tăng lên, hợp kim gốc coban{6}}Độ bền của hợp kim thường giảm chậm. Hợp kim làm từ coban-có khả năng chống ăn mòn nhiệt tốt. Lý do tại sao hợp kim dựa trên coban-tốt hơn hợp kim dựa trên niken-về mặt này là vì điểm nóng chảy của coban sulfua (chẳng hạn như Co-Co4S3 eutectic, 877 độ ) cao hơn so với niken ( Ví dụ: Ni-Ni3S2 eutectic (645 độ ) cao và tốc độ khuếch tán của lưu huỳnh trong coban cao hơn nhiều thấp hơn trong niken. Và vì hầu hết các hợp kim dựa trên coban{21}}có hàm lượng crom cao hơn hợp kim dựa trên niken{22}}, nên chúng có thể tạo thành một lớp bảo vệ bằng kim loại kiềm sunfat (chẳng hạn như lớp bảo vệ Cr2O3 bị ăn mòn bởi Na2SO4) trên bề mặt hợp kim. Tuy nhiên, khả năng chống oxy hóa của hợp kim gốc coban{28}}thường thấp hơn nhiều so với hợp kim gốc niken.

Khác với các siêu hợp kim khác, siêu hợp kim dựa trên coban-không được tăng cường bằng pha kết tủa theo thứ tự liên kết chắc chắn với nền mà bao gồm một nền fcc austenite đã được tăng cường dung dịch rắn và một lượng nhỏ cacbua được phân bố trong nền. Việc đúc siêu hợp kim dựa trên coban-phụ thuộc rất nhiều vào việc tăng cường cacbua. Tinh thể coban nguyên chất có cấu trúc tinh thể hình lục giác đóng kín (hcp) dưới 417 độ, chuyển thành fcc ở nhiệt độ cao hơn. Để tránh sự biến đổi này trong quá trình sử dụng siêu hợp kim làm từ coban-, trên thực tế tất cả các hợp kim làm từ coban- đều được hợp kim hóa với niken để ổn định cấu trúc từ nhiệt độ phòng đến nhiệt độ điểm nóng chảy. Hợp kim dựa trên coban-có mối quan hệ nhiệt độ{10}}ứng suất nứt phẳng nhưng cho thấy khả năng chống ăn mòn nhiệt vượt trội ở nhiệt độ trên 1000 độ so với các nhiệt độ cao khác.

 

Nhiệt luyện hợp kim dựa trên cobalt{0}}
Kích thước và sự phân bố của các hạt cacbua cũng như kích thước hạt trong hợp kim gốc coban-rất nhạy cảm với quá trình đúc. Để đạt được độ bền cần thiết và đặc tính mỏi nhiệt của các bộ phận đúc bằng hợp kim làm từ coban{2}}đúc, các thông số của quá trình đúc phải được kiểm soát. Hợp kim dựa trên coban-cần xử lý nhiệt, chủ yếu để kiểm soát sự kết tủa của cacbua. Đối với hợp kim đúc từ coban-, trước tiên hãy tiến hành xử lý dung dịch rắn ở nhiệt độ-cao, thường ở nhiệt độ khoảng 1150 độ , sao cho tất cả các cacbua sơ cấp, bao gồm một số cacbua loại MC-, được hòa tan thành dung dịch rắn; sau đó, quá trình xử lý lão hóa được thực hiện ở nhiệt độ 870-980 độ. Tạo kết tủa cacbua lần nữa.

 

Các loại hợp kim dựa trên cobalt{0}}phổ biến
Các loại hợp kim nhiệt độ cao dựa trên coban-thông thường là: 2.4778 (theo DIN EN 10295), Hayness 188, Haynes 25 (L-605), Hợp kim S-816, UMCo-50, MP-159, FSX-414, X-40, Stellite 6B, Lớp 31, v.v., các thương hiệu Trung Quốc là: GH5188 (GH188), GH159, GH605, K640, DZ40M, v.v.

 

Các ứng dụng của vật liệu đúc hợp kim dựa trên Cobalt{0}}
Nhìn chung, các siêu hợp kim dựa trên coban-thiếu các giai đoạn tăng cường nhất quán. Mặc dù độ bền ở nhiệt độ trung bình thấp (chỉ 50-75% hợp kim gốc niken{6}}), nhưng chúng có độ bền cao hơn, khả năng chống mỏi nhiệt tốt, chống mài mòn, khả năng hàn tốt hơn và khả năng chống ăn mòn nhiệt trên nhiệt độ 980 độ. Do đó, vật đúc hợp kim dựa trên coban chủ yếu thích hợp để chế tạo cánh dẫn hướng và cánh dẫn hướng vòi phun cho động cơ phản lực hàng không, tua bin khí công nghiệp, tua bin khí hải quân và vòi phun động cơ diesel, v.v.