Đúc hợp kim dựa trên coban

Hợp kim gốc coban là một hợp kim cứng có thể chịu được nhiều loại mài mòn, ăn mòn và oxy hóa ở nhiệt độ cao. Hợp kim dựa trên coban có thành phần chính là coban, chứa một lượng đáng kể niken, các nguyên tố hóa học hợp kim như crom, vonfram và một lượng nhỏ các nguyên tố hợp kim như molypden, niobi, tantalum, titan, lanthanum và đôi khi là sắt . Theo thành phần khác nhau của hợp kim, hợp kim gốc coban có thể được chế tạo thành dây hàn, và bột có thể được sử dụng để hàn bề mặt cứng, phun nhiệt, hàn phun và các quá trình khác, và nó cũng có thể được chế tạo thànhvật đúc, rèn và các bộ phận luyện kim bột. Được phân loại theo mục đích sử dụng cuối cùng, hợp kim dựa trên coban có thể được chia thành hợp kim chống mài mòn dựa trên coban, hợp kim nhiệt độ cao dựa trên coban và hợp kim chống ăn mòn dung dịch dựa trên coban. Trong điều kiện vận hành chung, chúng đều có khả năng chống mài mòn và chịu nhiệt độ cao hoặc chống mài mòn và chống ăn mòn. Một số điều kiện hoạt động cũng có thể yêu cầu nhiệt độ cao, chống mài mòn và ăn mòn cùng một lúc. Điều kiện làm việc càng phức tạp thì ưu điểm của hợp kim gốc coban càng rõ ràng.

Tính chất của hợp kim dựa trên coban
Các cacbua chính trong siêu hợp kim gốc coban là MC, M23C6 và M6C. Trong các hợp kim đúc dựa trên coban, M23C6 bị kết tủa giữa ranh giới hạt và đuôi gai trong quá trình làm lạnh chậm. Trong một số hợp kim, M23C6 mịn có thể tạo thành eutectic với ma trận γ. Các hạt cacbua MC quá lớn nên có ảnh hưởng trực tiếp đáng kể đến sự biến dạng, do đó tác dụng tăng cường cho hợp kim là không rõ ràng, trong khi các cacbua phân tán mịn có tác dụng tăng cường tốt. Các cacbua nằm trên ranh giới hạt (chủ yếu là M23C6) có thể ngăn chặn sự trượt ranh giới hạt, từ đó cải thiện độ bền. Cấu trúc vi mô của siêu hợp kim HA-31 (X-40) dựa trên coban là cacbua loại C pha tăng cường phân tán (CoCrW)6. Các pha đóng gói liên kết chặt chẽ xuất hiện trong một số hợp kim dựa trên coban, chẳng hạn như pha sigma có hại và làm cho hợp kim trở nên giòn.

Độ ổn định nhiệt của cacbua trong hợp kim gốc coban là tốt. Khi nhiệt độ tăng, tốc độ tăng trưởng tích lũy cacbua chậm hơn tốc độ tăng trưởng pha γ trong hợp kim gốc niken và nhiệt độ hòa tan lại vào nền cũng cao hơn (lên tới 1100°C) . Do đó, khi nhiệt độ tăng lên, độ bền của hợp kim gốc coban thường giảm chậm. Hợp kim gốc coban có khả năng chống ăn mòn nhiệt tốt. Lý do tại sao hợp kim gốc coban vượt trội hơn hợp kim gốc niken về mặt này là vì điểm nóng chảy của coban sulfua (như Co-Co4S3 eutectic, 877oC) cao hơn so với niken ( Ví dụ: Ni-Ni3S2 eutectic (645°C) cao và tốc độ khuếch tán của lưu huỳnh trong coban thấp hơn nhiều so với niken. Và bởi vì hầu hết các hợp kim gốc coban đều có hàm lượng crom cao hơn. hợp kim gốc niken, chúng có thể tạo thành một lớp bảo vệ bằng kim loại kiềm sunfat (như lớp bảo vệ Cr2O3 bị ăn mòn bởi Na2SO4) trên bề mặt hợp kim. Tuy nhiên, khả năng chống oxy hóa của hợp kim gốc coban nhìn chung thấp hơn nhiều so với hợp kim gốc coban. của hợp kim dựa trên niken.

Khác với các siêu hợp kim khác, các siêu hợp kim gốc coban không được tăng cường bằng pha kết tủa có trật tự liên kết chặt chẽ với nền mà bao gồm nền fcc austenite đã được tăng cường dung dịch rắn và một lượng nhỏ cacbua phân bố trong nền. Việc đúc siêu hợp kim làm từ coban phụ thuộc rất nhiều vào việc tăng cường cacbua. Các tinh thể coban nguyên chất có cấu trúc tinh thể hình lục giác đóng kín (hcp) ở nhiệt độ dưới 417°C, biến đổi thành fcc ở nhiệt độ cao hơn. Để tránh sự biến đổi này trong quá trình sử dụng siêu hợp kim gốc coban, trên thực tế tất cả các hợp kim gốc coban đều được hợp kim hóa với niken để ổn định cấu trúc từ nhiệt độ phòng đến nhiệt độ điểm nóng chảy. Hợp kim gốc coban có mối quan hệ ứng suất-nhiệt độ đứt gãy phẳng, nhưng cho thấy khả năng chống ăn mòn nhiệt vượt trội ở nhiệt độ trên 1000°C so với các nhiệt độ cao khác.

Nhiệt luyện hợp kim gốc cobalt
Kích thước và sự phân bố của các hạt cacbua và kích thước hạt trong hợp kim dựa trên coban rất nhạy cảm vớiquá trình đúc. Để đạt được độ bền cần thiết và đặc tính mỏi nhiệt của các bộ phận đúc bằng hợp kim coban đúc, các thông số của quá trình đúc phải được kiểm soát. Hợp kim gốc coban cần xử lý nhiệt, chủ yếu để kiểm soát sự kết tủa của cacbua. Đối với hợp kim đúc dựa trên coban, trước tiên hãy tiến hành xử lý dung dịch rắn ở nhiệt độ cao, thường ở nhiệt độ khoảng 1150°C, sao cho tất cả các cacbua chính, bao gồm một số cacbua loại MC, được hòa tan thành dung dịch rắn; sau đó, xử lý lão hóa được thực hiện ở 870-980°C. Tạo kết tủa cacbua lần nữa.

Các loại hợp kim dựa trên coban phổ biến
Các loại hợp kim nhiệt độ cao dựa trên coban phổ biến là: 2.4778 (theo DIN EN 10295) Hayness 188, Haynes 25 (L-605), Hợp kim S-816, UMCo-50, MP-159, FSX-414, X -40, Stellite 6B, Cấp 31, v.v., thương hiệu Trung Quốc là: GH5188 (GH188), GH159, GH605, K640, DZ40M, v.v.

Các ứng dụng của vật đúc hợp kim dựa trên coban
Nói chung, các siêu hợp kim gốc coban thiếu các giai đoạn tăng cường mạch lạc. Mặc dù độ bền ở nhiệt độ trung bình thấp (chỉ bằng 50-75% hợp kim gốc niken) nhưng chúng có độ bền cao hơn, chịu mỏi nhiệt tốt, chống mài mòn, khả năng hàn tốt hơn và chống ăn mòn nhiệt trên nhiệt độ 980°C. Do đó, vật đúc hợp kim dựa trên coban chủ yếu thích hợp để chế tạo cánh dẫn hướng và cánh dẫn hướng vòi phun cho động cơ phản lực hàng không, tua bin khí công nghiệp, tua bin khí hải quân và vòi phun động cơ diesel, v.v.