การหล่อโลหะผสมที่มีโคบอลต์

โลหะผสมที่มีโคบอลต์เป็นโลหะผสมแข็งที่สามารถทนทานต่อการสึกหรอ การกัดกร่อน และการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงได้หลายประเภท โลหะผสมที่มีโคบอลต์ใช้โคบอลต์เป็นส่วนประกอบหลัก โดยมีนิกเกิลในปริมาณมาก โลหะผสมที่มีองค์ประกอบทางเคมี เช่น โครเมียม ทังสเตน และธาตุโลหะผสมจำนวนเล็กน้อย เช่น โมลิบดีนัม ไนโอเบียม แทนทาลัม ไทเทเนียม แลนทานัม และเหล็กเป็นครั้งคราว . ตามองค์ประกอบที่แตกต่างกันของโลหะผสม โลหะผสมโคบอลต์สามารถทำเป็นลวดเชื่อม และผงสามารถใช้สำหรับการเชื่อมพื้นผิวแข็ง การพ่นด้วยความร้อน การเชื่อมแบบสเปรย์ และกระบวนการอื่น ๆ และยังสามารถทำเป็นการหล่อ, การตีขึ้นรูป และชิ้นส่วนโลหะผง จำแนกตามการใช้งานขั้นสุดท้าย โลหะผสมที่มีโคบอลต์สามารถแบ่งออกเป็นโลหะผสมที่ทนต่อการสึกหรอที่มีโคบอลต์ โลหะผสมที่อุณหภูมิสูงที่มีโคบอลต์ และโลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนของสารละลายโคบอลต์ ในสภาพการใช้งานทั่วไป มีทั้งทนต่อการสึกหรอและทนต่ออุณหภูมิสูง หรือทนต่อการสึกหรอและการกัดกร่อน สภาพการทำงานบางอย่างอาจต้องการความต้านทานต่ออุณหภูมิ การสึกหรอ และการกัดกร่อนสูงในเวลาเดียวกัน ยิ่งสภาพการทำงานซับซ้อนมากเท่าใด ข้อดีของโลหะผสมที่มีโคบอลต์เป็นหลักก็จะยิ่งชัดเจนมากขึ้นเท่านั้น

คุณสมบัติของโลหะผสมที่มีโคบอลต์เป็นองค์ประกอบหลัก
คาร์ไบด์หลักในซูเปอร์อัลลอยที่มีโคบอลต์คือ MC, M23C6 และ M6C ในโลหะผสมที่มีโคบอลต์แบบหล่อ M23C6 จะถูกตกตะกอนระหว่างขอบเขตของเกรนและเดนไดรต์ในระหว่างการทำความเย็นอย่างช้าๆ ในโลหะผสมบางชนิด M23C6 ละเอียดสามารถก่อรูปยูเทคติกด้วยเมทริกซ์ γ อนุภาคของคาร์ไบด์ MC มีขนาดใหญ่เกินไปที่จะส่งผลกระทบโดยตรงต่อการเคลื่อนตัว ดังนั้นผลการเสริมความแข็งแกร่งของโลหะผสมจึงไม่ชัดเจน ในขณะที่คาร์ไบด์ที่กระจายตัวอย่างละเอียดจะมีผลในการเสริมความแข็งแกร่งที่ดี คาร์ไบด์ที่อยู่บนขอบเขตของเกรน (ส่วนใหญ่เป็น M23C6) สามารถป้องกันการลื่นไถลของขอบเขตเกรนได้ จึงช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งด้านความทนทาน โครงสร้างจุลภาคของซูเปอร์อัลลอยที่มีโคบอลต์ HA-31 (X-40) เป็นคาร์ไบด์ประเภท C ที่มีระยะเสริมความแข็งแรงแบบกระจาย (CoCrW) 6 เฟสอัดแน่นเชิงโทโพโลยีที่ปรากฏในโลหะผสมที่มีโคบอลต์บางชนิด เช่น เฟสซิกมา เป็นอันตรายและทำให้โลหะผสมเปราะ

ความคงตัวทางความร้อนของคาร์ไบด์ในโลหะผสมที่มีโคบอลต์เป็นหลักนั้นดี เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น อัตราการเติบโตของการสะสมของคาร์ไบด์จะช้ากว่าอัตราการเติบโตของเฟส γ ในโลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นองค์ประกอบหลัก และอุณหภูมิของการละลายซ้ำในเมทริกซ์ก็จะสูงขึ้นเช่นกัน (สูงถึง 1100°C) . ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นโลหะผสมที่มีโคบอลต์เป็นหลัก ความแข็งแรงของโลหะผสมโดยทั่วไปจะลดลงอย่างช้าๆ โลหะผสมที่มีโคบอลต์เป็นหลักมีความต้านทานการกัดกร่อนจากความร้อนได้ดี เหตุผลที่โลหะผสมที่มีโคบอลต์ดีกว่าโลหะผสมที่มีนิกเกิลในแง่นี้ก็คือจุดหลอมเหลวของโคบอลต์ซัลไฟด์ (เช่น Co-Co4S3 ยูเทคติก 877°C) สูงกว่าจุดหลอมเหลวของนิกเกิล ( ตัวอย่างเช่น Ni-Ni3S2 ยูเทคติก (645°C) อยู่ในระดับสูง และอัตราการแพร่ของกำมะถันในโคบอลต์นั้นต่ำกว่าในนิกเกิลมาก และเนื่องจากโคบอลต์ส่วนใหญ่ โลหะผสมมีปริมาณโครเมียมสูงกว่าโลหะผสมที่มีนิกเกิล พวกมันสามารถสร้างชั้นป้องกันของโลหะอัลคาไลซัลเฟต (เช่นชั้นป้องกัน Cr2O3 ที่ถูกกัดกร่อนด้วย Na2SO4) บนพื้นผิวของโลหะผสม อย่างไรก็ตาม ความต้านทานการเกิดออกซิเดชันของโลหะผสมโคบอลต์ โดยทั่วไปโลหะผสมจะต่ำกว่าโลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบมาก

ซูเปอร์อัลลอยที่มีโคบอลต์แตกต่างจากซูเปอร์อัลลอยด์อื่นๆ ไม่ได้รับการเสริมกำลังด้วยเฟสการตกตะกอนที่ได้รับคำสั่งซึ่งยึดติดกับเมทริกซ์อย่างแน่นหนา แต่ประกอบด้วยเมทริกซ์ออสเทนไนต์ fcc ที่ได้รับการเสริมสารละลายของแข็งและมีคาร์ไบด์จำนวนเล็กน้อยกระจายอยู่ในเมทริกซ์ การหล่อซูเปอร์อัลลอยที่มีโคบอลต์ต้องอาศัยการเสริมความแข็งแกร่งของคาร์ไบด์เป็นอย่างมาก ผลึกโคบอลต์บริสุทธิ์มีโครงสร้างผลึกแบบบรรจุปิดหกเหลี่ยม (hcp) ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 417°C ซึ่งจะเปลี่ยนเป็น fcc ที่อุณหภูมิสูงขึ้น เพื่อหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงนี้ในระหว่างการใช้ซูเปอร์อัลลอยที่มีโคบอลต์ โลหะผสมที่มีโคบอลต์เกือบทั้งหมดจะถูกผสมกับนิกเกิลเพื่อรักษาเสถียรภาพของโครงสร้างตั้งแต่อุณหภูมิห้องไปจนถึงอุณหภูมิจุดหลอมเหลว โลหะผสมที่มีโคบอลต์เป็นหลักมีความสัมพันธ์ระหว่างความเค้น-อุณหภูมิการแตกหักแบบเรียบ แต่แสดงความต้านทานการกัดกร่อนจากความร้อนได้ดีกว่าที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000°C มากกว่าอุณหภูมิสูงอื่นๆ

การจัดการความร้อนของโลหะผสมที่มีโคบอลต์เป็นหลัก
ขนาดและการกระจายของอนุภาคคาร์ไบด์และขนาดเกรนในโลหะผสมที่มีโคบอลต์เป็นส่วนประกอบจะมีความไวต่อกระบวนการหล่อ- เพื่อให้บรรลุถึงความแข็งแกร่งและคุณสมบัติความล้าจากความร้อนที่ต้องการของชิ้นส่วนหล่อโลหะผสมโคบอลต์แบบหล่อ พารามิเตอร์กระบวนการหล่อจะต้องได้รับการควบคุม โลหะผสมที่มีโคบอลต์เป็นหลักจำเป็นต้องได้รับการบำบัดความร้อน เพื่อควบคุมการตกตะกอนของคาร์ไบด์เป็นหลัก สำหรับโลหะผสมที่มีโคบอลต์แบบหล่อ ขั้นแรกให้ดำเนินการบำบัดด้วยสารละลายของแข็งที่อุณหภูมิสูง โดยปกติที่อุณหภูมิประมาณ 1,150°C เพื่อให้ปฐมภูมิคาร์ไบด์ทั้งหมด รวมถึงคาร์ไบด์ประเภท MC บางชนิดละลายเป็นสารละลายของแข็ง จากนั้นจึงทำกระบวนการชราภาพที่อุณหภูมิ 870-980°C ทำให้คาร์ไบด์ตกตะกอนอีกครั้ง

เกรดทั่วไปของโลหะผสมโคบอลต์
เกรดทั่วไปของโลหะผสมอุณหภูมิสูงที่มีโคบอลต์ทั่วไปคือ: 2.4778 (ตามมาตรฐาน DIN EN 10295)Hayness 188, Haynes 25 (L-605), โลหะผสม S-816, UMCo-50, MP-159, FSX-414, X -40, Stellite 6B, เกรด 31 ฯลฯ แบรนด์จีนคือ: GH5188 (GH188), GH159, GH605, K640, DZ40M และอื่นๆ

การใช้งานของการหล่อโลหะผสมที่มีโคบอลต์
โดยทั่วไป ซูเปอร์อัลลอยที่มีโคบอลต์ขาดขั้นตอนการเสริมกำลังที่สอดคล้องกัน แม้ว่าความแข็งแรงที่อุณหภูมิปานกลางจะต่ำ (เพียง 50-75% ของโลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นหลัก) แต่ก็มีความแข็งแรงสูงกว่า ทนต่อความล้าจากความร้อนได้ดี ทนต่อการเสียดสี เชื่อมได้ดีกว่า และทนต่อการกัดกร่อนจากความร้อนที่สูงกว่าอุณหภูมิ 980°C ดังนั้นการหล่อโลหะผสมที่มีโคบอลต์เป็นหลักจึงเหมาะสำหรับการผลิตใบพัดนำและใบพัดนำหัวฉีดสำหรับเครื่องยนต์ไอพ่นการบิน กังหันก๊าซอุตสาหกรรม กังหันก๊าซของกองทัพเรือ และหัวฉีดเครื่องยนต์ดีเซล ฯลฯ