Nickelbas och koboltbaserade legeringar

 

Typiska nickellegeringar

 

 

 

 

Nickellegeringar är legeringar som består av nickel som basmetall och tillsats av andra element. Nickel har utmärkta mekaniska, fysikaliska och kemiska egenskaper; tillsats av lämpliga element kan förbättra dess oxidationsbeständighet, korrosionsbeständighet, hög-temperaturhållfasthet och vissa fysikaliska egenskaper.

 

Nickel-baserade legeringar uppvisar hög hållfasthet och en viss grad av motståndskraft mot oxidation och korrosion vid höga temperaturer på 650–1000 grader. Baserat på deras huvudsakliga egenskaper är de ytterligare uppdelade i nickel-baserade värmebeständiga-legeringar, nickel-baserade korrosionsbeständiga-legeringar, nickel-baserade slitstarka-legeringar, nickel-baserade{10}}alloysbaserade{10}}legeringar{1}alloys.

 

Nickellegeringar används främst inom elektronik, kemi, maskiner, medicin, energiutveckling och marin-, flyg- och flygindustri. Nickellegeringar kan också användas som material för elektronrör och som precisionslegeringar (magnetiska legeringar, precisionsmotståndslegeringar, elektrotermiska legeringar etc.).

 

 

Typiska koboltlegeringar

 

 

 

Kobolt-baserad legering är en hård legering som tål olika typer av slitage, korrosion och högtemperaturoxidation. Kobolt-baserade legeringar är baserade på kobolt som huvudkomponent, som innehåller en betydande mängd nickel, legerande kemiska grundämnen som krom, volfram och en liten mängd legeringsämnen som molybden, niob, tantal, titan, lantan och ibland järn. Beroende på legeringens olika sammansättning kan den koboltbaserade-legeringen göras till svetstråd, och pulvret kan användas för hård-ytsvetsning, termisk sprutning, sprutsvetsning och andra processer, och det kan även göras till gjutgods, smide och pulvermetallurgiska delar. Klassificerat efter slutanvändning kan kobolt-baserade legeringar delas in i kobolt-baserade slitstarka-legeringar, kobolt-baserade hög-temperaturlegeringar och kobolt-baserade lösningskorrosionsbeständiga-. I allmänna driftsförhållanden är de både slitstarka-och hög-temperaturbeständiga eller slitage-och korrosions-beständiga. Vissa driftsförhållanden kan också kräva hög temperatur, slitage och korrosionsbeständighet samtidigt. Ju mer komplexa arbetsförhållandena är, desto tydligare är fördelarna med kobolt-baserade legeringar.

 

Egenskaper för kobolt-baserade legeringar
De huvudsakliga karbiderna i kobolt-baserade superlegeringar är MC, M23C6 och M6C. I gjutna kobolt-baserade legeringar fälls M23C6 ut mellan korngränser och dendriter under långsam nedkylning. I vissa legeringar kan den fina M23C6 bilda ett eutektikum med matrisen. MC-karbidpartiklar är för stora för att direkt ha en signifikant effekt på dislokationer, så den förstärkande effekten på legeringen är inte uppenbar, medan fint dispergerade karbider har en bra förstärkande effekt. Karbiderna som finns på korngränsen (främst M23C6) kan förhindra korngränsglidningen och därigenom förbättra uthållighetshållfastheten. Mikrostrukturen hos den kobolt-baserade superlegeringen HA-31 (X-40) är en dispergerad förstärkningsfas (CoCrW)6-karbid av C-typ. De topologiska tätpackade faserna som förekommer i vissa koboltbaserade legeringar, såsom sigma-fasen, är skadliga och gör legeringen spröd.

Den termiska stabiliteten hos karbider i kobolt-baserade legeringar är god. När temperaturen stiger är tillväxthastigheten för karbidackumulering långsammare än tillväxthastigheten för fasen i den nickel-baserade legeringen, och temperaturen för återupplösning i matrisen är också högre (upp till 1100 grader). Därför, när temperaturen stiger, minskar den kobolt-baserade legeringen. Legeringens styrka minskar i allmänhet långsamt. Kobolt-baserade legeringar har god termisk korrosionsbeständighet. Anledningen till att kobolt-baserade legeringar är överlägsna nickel-baserade legeringar i detta avseende är att smältpunkten för koboltsulfid (som Co-Co4S3 eutektisk, 877 grader) är högre än för nickel (T.ex. Ni{{16} 5N är hög och hög diffusionshastigheten för svavel i kobolt är mycket lägre än i nickel. Och eftersom de flesta koboltbaserade legeringar har högre krominnehåll än nickelbaserade legeringar, kan de bilda ett skyddande lager av alkalimetallsulfat (som ett skyddande Cr2O3-lager som korroderas av oxidationsbeständigheten på hela Na2SO4). kobolt-baserade legeringar är i allmänhet mycket lägre än för nickel-baserade legeringar.

Till skillnad från andra superlegeringar förstärks inte koboltbaserade superlegeringar av en ordnad utfällningsfas som är fast bunden till matrisen, utan består av en austenit fcc-matris som har stärkts i fast lösning och en liten mängd karbider fördelade i matrisen. Gjutning av kobolt-baserade superlegeringar är starkt beroende av karbidförstärkning. Rena koboltkristaller har en hexagonal tätpackad (hcp) kristallstruktur under 417 grader, som omvandlas till fcc vid högre temperaturer. För att undvika denna omvandling under användning av kobolt-baserade superlegeringar är praktiskt taget alla kobolt-baserade legeringar legerade med nickel för att stabilisera strukturen från rumstemperatur till smältpunktstemperatur. Kobolt-baserade legeringar har ett platt brottspännings-temperaturförhållande, men uppvisar överlägsen termisk korrosionsbeständighet vid temperaturer över 1000 grader än andra höga temperaturer.

 

Värmebehandling av kobolt-baserade legeringar
Storleken och fördelningen av karbidpartiklar och kornstorlek i kobolt-baserade legeringar är mycket känsliga för gjutningsprocessen. För att uppnå den erforderliga uthållighetshållfastheten och de termiska utmattningsegenskaperna hos gjutna kobolt-baserade legeringsgjutdelar måste gjutprocessparametrarna kontrolleras. Kobolt-baserade legeringar behöver värmebehandling, främst för att kontrollera utfällningen av karbider. För gjutna kobolt-baserade legeringar, utför först hög-temperaturbehandling av fast lösning, vanligtvis vid en temperatur på cirka 1150 grader, så att alla primära karbider, inklusive vissa karbider av MC-typ, löses i fast lösning; sedan utförs åldringsbehandling vid 870-980 grader. Få karbider att falla ut igen.

 

Vanliga kvaliteter av kobolt-baserade legeringar
De typiska kvaliteterna av vanliga kobolt-baserade högtemperaturlegeringar är: 2,4778 (enligt DIN EN 10295), Hayness 188, Haynes 25 (L-605), Alloy S-816, UMCo-50, MP-159, FSX-414, X-40, kinesiskt märke, etc. är: GH5188 (GH188), GH159, GH605, K640, DZ40M och så vidare.

 

Tillämpningar av kobolt-baserade legeringsgjutgods
I allmänhet saknar-koboltbaserade superlegeringar koherenta förstärkningsfaser. Även om hållfastheten vid medeltemperatur är låg (endast 50-75 % av nickel-baserade legeringar), har de högre hållfasthet, god termisk utmattningsbeständighet, nötningsbeständighet, bättre svetsbarhet och termisk korrosionsbeständighet över en temperatur på 980 grader. Därför är koboltbaserade legeringsgjutgods främst lämpliga för tillverkning av ledskenor och munstycksledskovlar för flygjetmotorer, industriella gasturbiner, marina gasturbiner och munstycken för dieselmotorer, etc.