Was sind Gussteile aus kobaltbasierten Legierungen?
Eine auf Kobalt- basierende Legierung ist eine harte Legierung, die verschiedenen Arten von Verschleiß, Korrosion und Oxidation bei hohen Temperaturen standhält. Legierungen auf Kobalt--Basis basieren auf Kobalt als Hauptbestandteil und enthalten einen beträchtlichen Anteil an Nickel, legierenden chemischen Elementen wie Chrom, Wolfram und einem kleinen Anteil an legierenden Elementen wie Molybdän, Niob, Tantal, Titan, Lanthan und gelegentlich Eisen. Abhängig von der unterschiedlichen Zusammensetzung der Legierung kann die auf Kobalt- basierende Legierung zu Schweißdraht verarbeitet werden, und das Pulver kann zum Schweißen harter-Oberflächen, zum thermischen Spritzen, zum Sprühschweißen und für andere Verfahren verwendet werden, außerdem kann es zu Gussteilen, Schmiedestücken und pulvermetallurgischen Teilen verarbeitet werden. Nach der Endverwendung klassifiziert, können Legierungen auf Kobaltbasis in verschleißfeste Legierungen auf Kobaltbasis, verschleißfeste Legierungen auf Kobaltbasis, hochtemperaturbeständige Legierungen auf Kobaltbasis und lösungskorrosionsbeständige Legierungen auf Kobaltbasis unterteilt werden. Unter allgemeinen Betriebsbedingungen sind sie sowohl verschleiß-beständig als auch hoch-temperaturbeständig oder verschleiß{{17}beständig und korrosionsbeständig-. Einige Betriebsbedingungen erfordern möglicherweise gleichzeitig eine hohe Temperatur-, Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit. Je komplexer die Arbeitsbedingungen, desto offensichtlicher sind die Vorteile von Legierungen auf Kobaltbasis.
Eigenschaften von Kobalt-basierten Legierungen
Die Hauptkarbide in Superlegierungen auf Kobalt--Basis sind MC, M23C6 und M6C. In Gusslegierungen auf Kobalt--Basis wird M23C6 beim langsamen Abkühlen zwischen Korngrenzen und Dendriten ausgeschieden. In einigen Legierungen kann das feine M23C6 mit der Matrix ein Eutektikum bilden. MC-Karbidpartikel sind zu groß, um direkt einen signifikanten Einfluss auf Versetzungen zu haben, so dass die verstärkende Wirkung auf die Legierung nicht offensichtlich ist, während fein dispergierte Karbide eine gute verstärkende Wirkung haben. Die an der Korngrenze befindlichen Karbide (hauptsächlich M23C6) können das Verrutschen der Korngrenzen verhindern und dadurch die Dauerfestigkeit verbessern. Die Mikrostruktur der Kobalt-basierten Superlegierung HA-31 (X-40) ist ein Carbid vom Typ C mit verteilter Verstärkungsphase (CoCrW)6. Die topologisch dicht gepackten Phasen, die in einigen Legierungen auf Kobaltbasis auftreten, wie z. B. die Sigma-Phase, sind schädlich und machen die Legierung spröde.
Die thermische Stabilität von Karbiden in Legierungen auf Kobalt--Basis ist gut. Wenn die Temperatur steigt, ist die Wachstumsrate der Karbidansammlung langsamer als die Wachstumsrate der Phase in der Legierung auf Nickelbasis, und die Temperatur der Wiederauflösung in der Matrix ist ebenfalls höher (bis zu 1100 Grad). Wenn daher die Temperatur steigt, nimmt die Festigkeit der Legierung auf Kobalt--Basis im Allgemeinen langsam ab. Legierungen auf Kobalt--Basis weisen eine gute thermische Korrosionsbeständigkeit auf. Der Grund dafür, dass Legierungen auf Kobalt--Basis in dieser Hinsicht Legierungen auf Nickel--Basis überlegen sind, liegt darin, dass der Schmelzpunkt von Kobaltsulfid (z. B. Co-Co4S3-Eutektikum, 877 Grad) höher ist als der von Nickel (z. B. Ni-Ni3S2-Eutektikum (645 Grad) und die Diffusionsrate von Schwefel in Kobalt ist viel niedriger als die von Nickel. Und da die meisten Legierungen auf Kobaltbasis einen höheren Chromgehalt haben als Legierungen auf Nickelbasis, können sie eine Schutzschicht aus Alkalimetallsulfat (z. B. eine Cr2O3-Schutzschicht, die durch Na2SO4 korrodiert) auf der Oberfläche der Legierung bilden. Allerdings ist die Oxidationsbeständigkeit von Legierungen auf Kobaltbasis im Allgemeinen viel geringer als die von Legierungen auf Nickelbasis.
Im Gegensatz zu anderen Superlegierungen werden Superlegierungen auf Kobalt--Basis nicht durch eine geordnete, fest mit der Matrix verbundene Ausscheidungsphase verfestigt, sondern bestehen aus einer austenitischen fcc-Matrix, die durch eine feste Lösung verfestigt wurde, und einer kleinen Menge an Karbiden, die in der Matrix verteilt sind. Das Gießen von Superlegierungen auf Kobalt--Basis beruht stark auf der Karbidverstärkung. Reine Kobaltkristalle haben unterhalb von 417 Grad eine hexagonal dicht gepackte (hcp) Kristallstruktur, die sich bei höheren Temperaturen in fcc umwandelt. Um diese Umwandlung bei der Verwendung von Superlegierungen auf Kobaltbasis zu vermeiden, werden praktisch alle Legierungen auf Kobaltbasis mit Nickel legiert, um das Gefüge von Raumtemperatur bis zur Schmelztemperatur zu stabilisieren. Legierungen auf Kobalt--Basis weisen ein flaches Bruchspannungs--Temperaturverhältnis auf, weisen jedoch bei Temperaturen über 1000 Grad eine bessere thermische Korrosionsbeständigkeit auf als andere hohe Temperaturen.
Wärmebehandlung von Legierungen auf Kobalt--Basis
Die Größe und Verteilung der Karbidpartikel sowie die Korngröße in Legierungen auf Kobalt--Basis hängen sehr stark vom Gießprozess ab. Um die erforderliche Dauerfestigkeit und die thermischen Ermüdungseigenschaften von Gussteilen aus Gussteilen auf Kobaltbasis- zu erreichen, müssen die Parameter des Gussprozesses kontrolliert werden. Kobalt-basierte Legierungen benötigen eine Wärmebehandlung, hauptsächlich um die Ausscheidung von Karbiden zu kontrollieren. Bei Gusslegierungen auf Kobalt--Basis führen Sie zunächst eine Hochtemperatur-Mischkristallbehandlung durch, normalerweise bei einer Temperatur von etwa 1150 Grad, damit alle Primärkarbide, einschließlich einiger Karbide vom MC{9}}-Typ, in fester Lösung aufgelöst werden; Anschließend wird eine Alterungsbehandlung bei 870–980 Grad durchgeführt. Karbide erneut ausscheiden lassen.
Gängige Qualitäten von Legierungen auf Kobalt--Basis
Die typischen Qualitäten gängiger Hochtemperaturlegierungen auf Kobaltbasis sind: 2.4778 (gemäß DIN EN 10295), Hayness 188, Haynes 25 (L-605), Alloy S-816, UMCo-50, MP-159, FSX-414, X-40, Stellite 6B, Grade 31 usw. Chinesische Marken sind: GH5188 (GH188), GH159, GH605, K640, DZ40M und so weiter.
Anwendungen von kobalt-basierten Legierungsgussteilen
Im Allgemeinen fehlen Superlegierungen auf Kobalt--Basis kohärente Verfestigungsphasen. Obwohl die Festigkeit bei mittlerer Temperatur gering ist (nur 50-75 % der auf Nickel- basierenden Legierungen), weisen sie eine höhere Festigkeit, gute thermische Ermüdungsbeständigkeit, Abriebfestigkeit, bessere Schweißbarkeit und thermische Korrosionsbeständigkeit oberhalb einer Temperatur von 980 Grad auf. Daher eignen sich Gussteile aus kobaltbasierten Legierungen hauptsächlich zur Herstellung von Leitschaufeln und Düsenleitschaufeln für Flugzeugtriebwerke, Industriegasturbinen, Marinegasturbinen und Dieselmotordüsen usw.
