Stopy na bazie niklu i kobaltu

 

Typowe odlewy ze stopów niklu

 

 

 

 

Stopy niklu to stopy składające się z niklu jako metalu podstawowego i dodatku innych pierwiastków. Nikiel ma doskonałe właściwości mechaniczne, fizyczne i chemiczne; dodatek odpowiednich pierwiastków może poprawić jego odporność na utlenianie, korozję,-wytrzymałość w wysokich temperaturach i niektóre właściwości fizyczne.

 

Stopy na bazie niklu-wykazują dużą wytrzymałość i pewien stopień odporności na utlenianie i korozję w wysokich temperaturach wynoszących 650–1000 stopni. Ze względu na ich główne właściwości można je dalej podzielić na stopy-na bazie niklu,-odporne na ciepło, stopy-na bazie niklu, odporne na korozję-, stopy na bazie niklu-odporne-na zużycie, stopy precyzyjne na bazie niklu-i stopy na bazie niklu-z pamięcią kształtu.

 

Stopy niklu są stosowane głównie w przemyśle elektronicznym, chemicznym, maszynowym, medycznym, energetycznym oraz morskim, lotniczym i kosmicznym. Stopy niklu można również stosować jako materiały na lampy elektronowe oraz jako stopy precyzyjne (stopy magnetyczne, precyzyjne stopy oporowe, stopy elektrotermiczne itp.).

 

 

Typowe odlewy ze stopów kobaltu

 

 

 

Stop na bazie kobaltu-to twardy stop, który jest odporny na różne rodzaje zużycia, korozję i utlenianie w wysokiej temperaturze. Stopy na bazie kobaltu- składają się z kobaltu jako głównego składnika i zawierają znaczną ilość niklu, pierwiastków stopowych, takich jak chrom, wolfram, oraz niewielką ilość pierwiastków stopowych, takich jak molibden, niob, tantal, tytan, lantan i czasami żelazo. W zależności od różnych składów stopu, stop na bazie kobaltu-można przetworzyć na drut spawalniczy, a proszek można wykorzystać do-spawania twardych powierzchni, natryskiwania cieplnego, spawania natryskowego i innych procesów, a także można go przetwarzać na odlewy, odkuwki i części z metalurgii proszków. Stopy-na bazie kobaltu można podzielić na stopy-odporne na zużycie-na bazie kobaltu, stopy-na bazie kobaltu-wysokotemperaturowe i stopy-na bazie kobaltu-odporne na korozję w roztworze. W ogólnych warunkach pracy są one zarówno odporne na zużycie,-i wysoką-temperaturę, jak i na zużycie-i korozję-. Niektóre warunki pracy mogą również wymagać jednoczesnej odporności na wysoką temperaturę, zużycie i korozję. Im bardziej złożone warunki pracy, tym bardziej oczywiste są zalety stopów na bazie kobaltu.

 

Właściwości stopów-na bazie kobaltu
Głównymi węglikami w nadstopach-kobaltu są MC, M23C6 i M6C. W odlewanych stopach na bazie kobaltu-M23C6 wytrąca się pomiędzy granicami ziaren a dendrytami podczas powolnego chłodzenia. W niektórych stopach drobny M23C6 może tworzyć eutektykę z osnową. Cząstki węglika MC są zbyt duże, aby bezpośrednio wpływać na dyslokacje, dlatego działanie wzmacniające na stop nie jest oczywiste, natomiast drobno rozproszone węgliki mają dobre działanie wzmacniające. Węgliki znajdujące się na granicy ziaren (głównie M23C6) mogą zapobiegać poślizgowi granicy ziaren, poprawiając w ten sposób wytrzymałość wytrzymałościową. Mikrostruktura nadstopu HA-31 (X-40) na bazie kobaltu to węglik typu C z rozproszoną fazą wzmacniającą (CoCrW)6. Topologiczne gęsto upakowane fazy, które pojawiają się w niektórych stopach na bazie kobaltu, takie jak faza sigma, są szkodliwe i powodują kruchość stopu.

Stabilność termiczna węglików w stopach na bazie kobaltu-jest dobra. Gdy temperatura wzrasta, tempo wzrostu akumulacji węglików jest wolniejsze niż tempo wzrostu fazy w stopie na bazie niklu, a temperatura ponownego-rozpuszczenia w osnowie jest również wyższa (do 1100 stopni). Dlatego też, gdy temperatura wzrasta, stop na bazie kobaltu-. Wytrzymałość stopu generalnie spada powoli. Stopy na bazie kobaltu-mają dobrą odporność na korozję termiczną. Powodem, dla którego stopy na bazie kobaltu-są lepsze od stopów na bazie niklu-pod tym względem jest to, że temperatura topnienia siarczku kobaltu (takiego jak eutektyka Co-Co4S3, 877 stopni) jest wyższa niż niklu (na przykład eutektyka Ni-Ni3S2 (645 stopni) jest wysoka, a szybkość dyfuzji siarki w zawartość kobaltu jest znacznie niższa niż w niklu. Ponieważ większość stopów na bazie kobaltu-ma wyższą zawartość chromu niż stopy na bazie niklu,-mogą one tworzyć warstwę ochronną z siarczanu metalu alkalicznego (taką jak warstwa ochronna Cr2O3 skorodowana przez Na2SO4) na powierzchni stopu. Jednak odporność na utlenianie stopów-na bazie kobaltu jest zazwyczaj znacznie niższa niż stopy na bazie niklu-.

W odróżnieniu od innych nadstopów,-nadstopy na bazie kobaltu nie są wzmacniane przez uporządkowaną fazę wydzieleniową trwale związaną z osnową, ale składają się z austenitycznej osnowy fcc, która została wzmocniona roztworem stałym i niewielkiej ilości węglików rozmieszczonych w osnowie. Odlewanie nadstopów-na bazie kobaltu w dużym stopniu opiera się na wzmocnieniu węglikiem. Czyste kryształy kobaltu mają sześciokątną, gęsto upakowaną (hcp) strukturę krystaliczną poniżej 417 stopni, która w wyższych temperaturach przekształca się w fcc. Aby uniknąć tej przemiany podczas stosowania nadstopów-na bazie kobaltu, praktycznie wszystkie stopy na bazie kobaltu-są dodawane stopowo z niklem, aby ustabilizować konstrukcję od temperatury pokojowej do temperatury topnienia. Stopy na bazie kobaltu-mają płaską zależność naprężenia pękającego-od temperatury, ale wykazują lepszą odporność na korozję termiczną w temperaturach powyżej 1000 stopni niż w innych wysokich temperaturach.

 

Zagrożenie cieplne stopów na bazie kobaltu-
Rozmiar i rozmieszczenie cząstek węglika oraz wielkość ziaren w stopach na bazie kobaltu-są bardzo wrażliwe na proces odlewania. Aby uzyskać wymaganą wytrzymałość i właściwości zmęczenia cieplnego odlewanych ze stopów-kobaltu, należy kontrolować parametry procesu odlewania. Stopy na bazie kobaltu- wymagają obróbki cieplnej, głównie w celu kontrolowania wytrącania się węglików. W przypadku stopów lanych na bazie kobaltu-najpierw należy przeprowadzić obróbkę-roztworem stałym w wysokiej temperaturze, zwykle w temperaturze około 1150 stopni, tak aby wszystkie węgliki pierwotne, w tym niektóre węgliki typu MC-, rozpuściły się w roztworze stałym; następnie obróbkę starzeniową przeprowadza się w temperaturze 870-980 stopni. Spraw, aby węgliki ponownie wytrąciły się.

 

Typowe gatunki stopów-na bazie kobaltu
Typowe gatunki popularnych stopów wysokotemperaturowych-na bazie kobaltu to: 2.4778 (zgodnie z normą DIN EN 10295), Hayness 188, Haynes 25 (L-605), Alloy S-816, UMCo-50, MP-159, FSX-414, X-40, Stellite 6B, Grade 31 itd., chińskie marki to: GH5188 (GH188), GH159, GH605, K640, DZ40M i tak dalej.

 

Zastosowania odlewów ze stopów-na bazie kobaltu
Ogólnie rzecz biorąc, nadstopom-na bazie kobaltu brakuje spójnych faz wzmacniających. Chociaż wytrzymałość w średniej temperaturze jest niska (tylko 50-75% stopów na bazie niklu-), mają one wyższą wytrzymałość, dobrą odporność na zmęczenie cieplne, odporność na ścieranie, lepszą spawalność i odporność na korozję termiczną powyżej temperatury 980 stopni. Dlatego odlewy ze stopów na bazie kobaltu nadają się głównie do wytwarzania łopatek kierujących i łopatek kierujących dysz do lotniczych silników odrzutowych, przemysłowych turbin gazowych, morskich turbin gazowych i dysz silników Diesla itp.