ریخته گری آلیاژی مبتنی بر کبالت

آلیاژ پایه کبالت آلیاژ سختی است که می تواند انواع مختلف سایش، خوردگی و اکسیداسیون در دمای بالا را تحمل کند. آلیاژهای مبتنی بر کبالت بر پایه کبالت به عنوان جزء اصلی هستند که حاوی مقدار قابل توجهی نیکل، عناصر شیمیایی آلیاژی مانند کروم، تنگستن و مقدار کمی عناصر آلیاژی مانند مولیبدن، نیوبیم، تانتالیم، تیتانیوم، لانتانیم و گاهی اوقات آهن هستند. . با توجه به ترکیب مختلف آلیاژ، آلیاژ پایه کبالت را می توان به سیم جوش تبدیل کرد و پودر را می توان برای جوشکاری با سطح سخت، پاشش حرارتی، جوشکاری اسپری و سایر فرآیندها استفاده کرد و همچنین می توان آن را به صورت سیم جوش ساخت.ریخته گری، آهنگری و قطعات متالورژی پودر. آلیاژهای مبتنی بر کبالت با استفاده نهایی طبقه بندی می شوند، آلیاژهای مبتنی بر کبالت را می توان به آلیاژهای مقاوم در برابر سایش مبتنی بر کبالت، آلیاژهای درجه حرارت بالا مبتنی بر کبالت و آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی محلول مبتنی بر کبالت تقسیم کرد. در شرایط عملیاتی کلی، آنها هر دو مقاوم در برابر سایش و مقاوم در برابر درجه حرارت بالا یا مقاوم در برابر سایش و مقاوم در برابر خوردگی هستند. برخی از شرایط عملیاتی نیز ممکن است به دمای بالا، مقاومت در برابر سایش و خوردگی به طور همزمان نیاز داشته باشند. هرچه شرایط کاری پیچیده تر باشد، مزایای آلیاژهای مبتنی بر کبالت آشکارتر است.

خواص آلیاژهای مبتنی بر کبالت
کاربیدهای اصلی در سوپرآلیاژهای مبتنی بر کبالت MC، M23C6 و M6C هستند. در آلیاژهای ریخته گری مبتنی بر کبالت، M23C6 بین مرز دانه ها و دندریت ها در طول خنک شدن آهسته رسوب می کند. در برخی از آلیاژها، M23C6 ریز می تواند یک یوتکتیک با ماتریس γ تشکیل دهد. ذرات کاربید MC بیش از حد بزرگ هستند که نمی توانند مستقیماً تأثیر قابل توجهی بر نابجایی داشته باشند، بنابراین اثر تقویتی روی آلیاژ آشکار نیست، در حالی که کاربیدهای ریز پراکنده اثر تقویت کنندگی خوبی دارند. کاربیدهای واقع در مرز دانه (عمدتا M23C6) می توانند از لغزش مرز دانه جلوگیری کنند و در نتیجه قدرت استقامت را بهبود بخشند. ریزساختار سوپرآلیاژ مبتنی بر کبالت HA-31 (X-40) یک فاز تقویتی پراکنده (CoCrW) 6 کاربید نوع C است. فازهای بسته توپولوژیکی که در برخی از آلیاژهای مبتنی بر کبالت مانند فاز سیگما ظاهر می شوند، مضر هستند و آلیاژ را شکننده می کنند.

پایداری حرارتی کاربیدها در آلیاژهای مبتنی بر کبالت خوب است. هنگامی که دما افزایش می یابد، سرعت رشد انباشت کاربید از سرعت رشد فاز γ در آلیاژ مبتنی بر نیکل کندتر است و دمای انحلال مجدد در ماتریس نیز بالاتر است (تا 1100 درجه سانتیگراد). . بنابراین، هنگامی که دما افزایش می یابد، آلیاژ مبتنی بر کبالت استحکام آلیاژ به طور کلی به آرامی کاهش می یابد. آلیاژهای مبتنی بر کبالت مقاومت در برابر خوردگی حرارتی خوبی دارند. دلیل برتری آلیاژهای مبتنی بر کبالت نسبت به آلیاژهای مبتنی بر نیکل این است که نقطه ذوب سولفید کبالت (مانند Co-Co4S3 یوتکتیک، 877 درجه سانتیگراد) بالاتر از نیکل است (به عنوان مثال، Ni-Ni3S2 یوتکتیک. (645 درجه سانتیگراد) بالا است و سرعت انتشار گوگرد در کبالت بسیار کمتر از و از آنجایی که اکثر آلیاژهای مبتنی بر کبالت دارای محتوای کروم بالاتری نسبت به آلیاژهای مبتنی بر نیکل هستند، می توانند یک لایه محافظ از سولفات فلز قلیایی (مانند یک لایه محافظ Cr2O3 که توسط Na2SO4 خورده می شود) روی سطح آلیاژ تشکیل دهند مقاومت اکسیداسیون آلیاژهای مبتنی بر کبالت به طور کلی بسیار کمتر از آلیاژهای مبتنی بر نیکل است.

برخلاف دیگر سوپرآلیاژها، سوپرآلیاژهای مبتنی بر کبالت توسط یک فاز رسوب منظم که محکم به ماتریس متصل است تقویت نمی‌شوند، بلکه از یک ماتریس fcc آستنیتی تشکیل شده‌اند که با محلول جامد تقویت شده است و مقدار کمی کاربید در ماتریس توزیع شده است. ریخته گری سوپر آلیاژهای مبتنی بر کبالت به شدت به تقویت کاربید متکی است. کریستال های کبالت خالص دارای ساختار کریستالی بسته شش ضلعی (hcp) زیر 417 درجه سانتیگراد هستند که در دماهای بالاتر به fcc تبدیل می شوند. برای جلوگیری از این دگرگونی در طول استفاده از سوپرآلیاژهای مبتنی بر کبالت، عملاً تمام آلیاژهای مبتنی بر کبالت با نیکل آلیاژ می‌شوند تا ساختار را از دمای اتاق تا دمای نقطه ذوب تثبیت کنند. آلیاژهای مبتنی بر کبالت یک رابطه تنش شکستگی و دما دارند، اما در دماهای بالاتر از 1000 درجه سانتیگراد نسبت به سایر دماهای بالا مقاومت در برابر خوردگی حرارتی بالاتری دارند.

گرمایش آلیاژهای مبتنی بر کبالت
اندازه و توزیع ذرات کاربید و اندازه دانه در آلیاژهای مبتنی بر کبالت بسیار حساس بهفرآیند ریخته گری. به منظور دستیابی به استقامت مورد نیاز و خواص خستگی حرارتی قطعات ریخته گری آلیاژی مبتنی بر کبالت ریخته گری، پارامترهای فرآیند ریخته گری باید کنترل شوند. آلیاژهای مبتنی بر کبالت عمدتاً برای کنترل رسوب کاربیدها به عملیات حرارتی نیاز دارند. برای آلیاژهای ریخته گری مبتنی بر کبالت، ابتدا تصفیه محلول جامد با دمای بالا، معمولاً در دمای حدود 1150 درجه سانتیگراد انجام دهید، به طوری که همه کاربیدهای اولیه، از جمله برخی از کاربیدهای نوع MC، در محلول جامد حل شوند. سپس، درمان پیری در دمای 870-980 درجه سانتیگراد انجام می شود. کاربیدها را دوباره رسوب دهید.

درجات رایج آلیاژهای مبتنی بر کبالت
نمرات معمولی آلیاژهای معمولی مبتنی بر کبالت با دمای بالا عبارتند از: 2.4778 (طبق DIN EN 10295) Hayness 188، Haynes 25 (L-605)، آلیاژ S-816، UMCo-50، MP-159، FSX-414، X -40، Stellite 6B، Grade 31، و غیره، مارک های چینی عبارتند از: GH5188 (GH188)، GH159، GH605، K640، DZ40M و غیره.

کاربردهای ریخته گری آلیاژی مبتنی بر کبالت
به طور کلی، سوپرآلیاژهای مبتنی بر کبالت فاقد فازهای تقویتی منسجم هستند. اگرچه استحکام در دمای متوسط ​​کم است (فقط 50 تا 75 درصد از آلیاژهای مبتنی بر نیکل)، آنها دارای استحکام بالاتر، مقاومت در برابر خستگی حرارتی خوب، مقاومت در برابر سایش، جوش پذیری بهتر و مقاومت در برابر خوردگی حرارتی بالاتر از دمای 980 درجه سانتیگراد هستند. بنابراین، ریخته‌گری‌های آلیاژی مبتنی بر کبالت عمدتاً برای ساخت پره‌های راهنما و پره‌های راهنمای نازل برای موتورهای جت هوانوردی، توربین‌های گاز صنعتی، توربین‌های گاز دریایی و نازل‌های موتورهای دیزلی و غیره مناسب هستند.