پایه نیکل و آلیاژهای پایه کبالت

 

ریخته گری آلیاژ نیکل معمولی

 

 

 

 

آلیاژهای نیکل آلیاژهایی هستند که از نیکل به عنوان فلز پایه و افزودن عناصر دیگر تشکیل شده اند. نیکل دارای خواص مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی عالی است. افزودن عناصر مناسب می تواند مقاومت در برابر اکسیداسیون، مقاومت در برابر خوردگی، استحکام دمایی بالا و خواص فیزیکی خاصی را بهبود بخشد.

 

آلیاژهای مبتنی بر نیکل استحکام بالا و درجه خاصی از مقاومت در برابر اکسیداسیون و خوردگی در دماهای بالای 650 تا 1000 درجه از خود نشان می دهند. بر اساس ویژگی‌های اصلی، آن‌ها بیشتر به نیکل-آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت-آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت، نیکل{6}}آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی{7}}نیکل{8}}پایه نیکل-آلیاژهای مقاوم در برابر سایش-آلیاژهای مقاوم به نیکل، آلیاژهای دارای پایه نیکل{10} و پایه نیکل{10} آلیاژهای حافظه

 

آلیاژهای نیکل عمدتاً در صنایع الکترونیک، شیمیایی، ماشین‌آلات، پزشکی، توسعه انرژی و صنایع دریایی، هوانوردی و هوافضا استفاده می‌شوند. آلیاژهای نیکل همچنین می توانند به عنوان مواد برای لوله های الکترونی و به عنوان آلیاژهای دقیق (آلیاژهای مغناطیسی، آلیاژهای مقاومت دقیق، آلیاژهای الکتروترمال و غیره) استفاده شوند.

 

 

ریخته گری آلیاژ کبالت معمولی

 

 

 

آلیاژ بر پایه کبالت{0}}آلیاژ سختی است که می‌تواند انواع مختلف سایش، خوردگی و اکسیداسیون در دمای بالا را تحمل کند. آلیاژهای پایه کبالت{2}} بر پایه کبالت به عنوان جزء اصلی، حاوی مقدار قابل توجهی نیکل، عناصر شیمیایی آلیاژی مانند کروم، تنگستن و مقدار کمی از عناصر آلیاژی مانند مولیبدن، نیوبیم، تانتالیم، تیتانیوم، لانتانیم و گاهی اوقات آهن هستند. با توجه به ترکیب مختلف آلیاژ، آلیاژ پایه کبالت{4}}را می توان به سیم جوش تبدیل کرد و پودر را می توان برای جوشکاری سطحی سخت، پاشش حرارتی، جوشکاری اسپری و سایر فرآیندها استفاده کرد و همچنین می توان آن را به قطعات ریخته گری، آهنگری و متالورژی پودر تبدیل کرد. آلیاژهای مبتنی بر کبالت با استفاده نهایی طبقه‌بندی می‌شوند، آلیاژهای مبتنی بر کبالت را می‌توان به آلیاژهای مقاوم در برابر سایش- کبالت، آلیاژهای با دمای بالا{11}}پایه کبالت و آلیاژهای آلیاژی مبتنی بر کبالت{12}}محلول خوردگی{13}} کبالت تقسیم کرد. در شرایط عملیاتی کلی، هم در برابر سایش و هم در برابر حرارت بالا و یا مقاوم در برابر سایش و خوردگی{18}} 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 پیچیده‌تر باشد، مزایای آلیاژهای{21} بر پایه کبالت آشکارتر است.

 

خواص آلیاژهای مبتنی بر کبالت{0}
کاربیدهای اصلی در سوپرآلیاژهای{0}}بر پایه کبالت MC، M23C6 و M6C هستند. در آلیاژهای کبالت ریخته‌گری{5}}، M23C6 بین مرز دانه‌ها و دندریت‌ها در طی سرد شدن آهسته رسوب می‌کند. در برخی از آلیاژها، M23C6 ریز می تواند با ماتریس یک یوتکتیک تشکیل دهد. ذرات کاربید MC بیش از حد بزرگ هستند که مستقیماً تأثیر قابل توجهی روی نابجایی ها بگذارند، 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{20}}31 (X{22}}40) یک کاربید نوع C از فاز تقویت‌کننده پراکنده (CoCrW)6 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{0} بر پایه کبالت خوب است. هنگامی که دما افزایش می یابد، سرعت رشد انباشت کاربید از سرعت رشد فاز در آلیاژ پایه نیکل کمتر است و دمای انحلال مجدد در ماتریس نیز بیشتر است (تا 1100 درجه). بنابراین، هنگامی که دما افزایش می‌یابد، آلیاژ{6} بر پایه کبالت استحکام آلیاژ عموماً به آرامی کاهش می‌یابد. آلیاژهای مبتنی بر کبالت-مقاومت در برابر خوردگی حرارتی خوبی دارند. دلیل برتری آلیاژهای مبتنی بر کبالت{10}}از این نظر نسبت به آلیاژهای مبتنی بر نیکل{11}}این است که نقطه ذوب سولفید کبالت (مانند Co{12}}Co4S3 یوتکتیک، 877 درجه) بالاتر از نیکل است (به عنوان مثال، Nii{3S4, eutectic درجه بالا و N{16} سرعت انتشار گوگرد در کبالت بسیار کمتر از میزان انتشار در نیکل است و از آنجایی که بیشتر آلیاژهای مبتنی بر کبالت دارای محتوای کروم بالاتری نسبت به آلیاژهای مبتنی بر نیکل هستند، می‌توانند یک لایه محافظ از سولفات فلز قلیایی تشکیل دهند (مانند یک لایه محافظ Cr2O3 که توسط سطح اکسیداسیون شده است آلیاژهای مبتنی بر کبالت معمولاً بسیار کمتر از آلیاژهای مبتنی بر نیکل{29}}است.

متفاوت از سایر سوپرآلیاژها، سوپرآلیاژهای مبتنی بر کبالت{0}} توسط یک فاز رسوب منظم که محکم به ماتریکس 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 سوپرآلیاژهای{2}} بر پایه کبالت به شدت به تقویت کاربید متکی است. کریستال های کبالت خالص دارای ساختار کریستالی بسته شش ضلعی نزدیک (hcp) زیر 417 درجه هستند که در دماهای بالاتر به fcc تبدیل می شود. برای جلوگیری از این دگرگونی در هنگام استفاده از سوپرآلیاژهای-بر پایه کبالت، عملاً همه آلیاژهای مبتنی بر کبالت با نیکل آلیاژ می‌شوند تا ساختار را از دمای اتاق تا دمای نقطه ذوب تثبیت کنند. آلیاژهای مبتنی بر کبالت{9}}تنش شکستگی مسطح{10}}روابط دما دارند، اما در دماهای بالاتر از 1000 درجه نسبت به سایر دماهای بالا مقاومت در برابر خوردگی حرارتی بالاتری دارند.

 

گرمایش آلیاژهای{0} بر پایه کبالت
اندازه و توزیع ذرات کاربید و اندازه دانه در آلیاژهای مبتنی بر کبالت{0}}به فرآیند ریخته‌گری بسیار حساس است. برای دستیابی به استحکام استقامتی و خواص خستگی حرارتی قطعات ریخته‌گری آلیاژی مبتنی بر کبالت{2}}، پارامترهای فرآیند ریخته‌گری باید کنترل شوند. آلیاژهای مبتنی بر کبالت{4}}به عملیات حرارتی نیاز دارند، عمدتاً برای کنترل رسوب کاربیدها. برای آلیاژهای کبالت ریخته گری{6}}، ابتدا تصفیه محلول جامد با دمای بالا، معمولاً در دمای حدود 1150 درجه انجام شود، به طوری که همه کاربیدهای اولیه، از جمله برخی از کاربیدهای نوع MC{9}، در محلول جامد حل شوند. سپس، درمان پیری در 870-980 درجه انجام می شود. کاربیدها را دوباره رسوب دهید.

 

درجات متداول آلیاژهای مبتنی بر کبالت-
گریدهای معمولی آلیاژهای معمولی{0}}در دمای بالا مبتنی بر کبالت عبارتند از: 2.4778 (طبق DIN EN 10295)، Hayness 188، Haynes 25 (L-605)، آلیاژ S-816، UMCo-50، MP-159، FSX-3، Stellite، FSX-4، 414، و غیره. ، برندهای چینی عبارتند از: GH5188 (GH188)، GH159، GH605، K640، DZ40M و غیره.

 

کاربردهای ریخته گری آلیاژی مبتنی بر کبالت{0}}
به طور کلی، سوپرآلیاژهای مبتنی بر کبالت{0}} فاقد فازهای تقویتی منسجم هستند. اگرچه استحکام در دمای متوسط ​​کم است (فقط 50-75٪ آلیاژهای مبتنی بر نیکل{6}})، 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 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.