Gussteile aus kobaltbasierten Legierungen

Eine Legierung auf Kobaltbasis ist eine Hartlegierung, die verschiedenen Arten von Verschleiß, Korrosion und Oxidation bei hohen Temperaturen standhält. Legierungen auf Kobaltbasis basieren auf Kobalt als Hauptbestandteil und enthalten einen beträchtlichen Anteil an Nickel, legierungschemischen Elementen wie Chrom, Wolfram und einem geringen Anteil an Legierungselementen wie Molybdän, Niob, Tantal, Titan, Lanthan und gelegentlich Eisen . Je nach unterschiedlicher Zusammensetzung der Legierung kann die kobaltbasierte Legierung zu Schweißdraht verarbeitet werden, und das Pulver kann zum Hartflächenschweißen, thermischen Spritzen, Sprühschweißen und anderen Verfahren verwendet und auch verarbeitet werdenGussteile, Schmiedeteile und pulvermetallurgische Teile. Kobaltbasierte Legierungen können je nach Verwendungszweck klassifiziert werden in verschleißfeste Kobaltlegierungen, Hochtemperaturlegierungen auf Kobaltbasis und lösungskorrosionsbeständige Legierungen auf Kobaltbasis. Unter allgemeinen Betriebsbedingungen sind sie sowohl verschleißfest als auch hochtemperaturbeständig bzw. verschleißfest und korrosionsbeständig. Einige Betriebsbedingungen erfordern möglicherweise gleichzeitig eine hohe Temperatur-, Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit. Je komplexer die Arbeitsbedingungen, desto offensichtlicher sind die Vorteile von Kobaltbasislegierungen.

Eigenschaften von kobaltbasierten Legierungen
Die Hauptkarbide in Superlegierungen auf Kobaltbasis sind MC, M23C6 und M6C. In Gusslegierungen auf Kobaltbasis wird M23C6 beim langsamen Abkühlen zwischen Korngrenzen und Dendriten ausgeschieden. In einigen Legierungen kann das feine M23C6 mit der Matrix γ 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 kobaltbasierten 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 Kobaltbasislegierungen ist gut. Wenn die Temperatur steigt, ist die Wachstumsrate der Karbidansammlung langsamer als die Wachstumsrate der γ-Phase in der Nickelbasislegierung, und die Temperatur der Wiederauflösung in die Matrix ist ebenfalls höher (bis zu 1100 °C). . Wenn daher die Temperatur steigt, nimmt die Festigkeit der Legierung auf Kobaltbasis im Allgemeinen langsam ab. Legierungen auf Kobaltbasis weisen eine gute thermische Korrosionsbeständigkeit auf. Der Grund, warum Legierungen auf Kobaltbasis in dieser Hinsicht Legierungen auf Nickelbasis überlegen sind, liegt darin, dass der Schmelzpunkt von Kobaltsulfid (z. B. Co-Co4S3-Eutektikum, 877 °C) höher ist als der von Nickel (z. B. Ni-Ni3S2-Eutektikum). (645°C) ist hoch und die Diffusionsrate von Schwefel in Kobalt ist viel geringer als die in Nickel. Und weil dies bei den meisten Legierungen auf Kobaltbasis der Fall ist Aufgrund ihres höheren Chromgehalts als bei Legierungen auf Nickelbasis können sie eine Schutzschicht aus Alkalimetallsulfat (z. B. eine Cr2O3-Schutzschicht, die durch Na2SO4 korrodiert) auf der Oberfläche der Legierung bilden. Die Oxidationsbeständigkeit von Legierungen auf Kobaltbasis ist jedoch höher im Allgemeinen viel niedriger als der von Nickelbasislegierungen.

Im Gegensatz zu anderen Superlegierungen werden Superlegierungen auf Kobaltbasis nicht durch eine fest mit der Matrix verbundene geordnete Ausscheidungsphase verfestigt, sondern bestehen aus einer austenitischen fcc-Matrix, die durch eine feste Lösung verfestigt wurde, und einer geringen Menge an Karbiden, die in der Matrix verteilt sind. Beim Gießen kobaltbasierter Superlegierungen kommt es in hohem Maße auf die Karbidverstärkung an. Reine Kobaltkristalle haben unterhalb von 417 °C eine hexagonal dicht gepackte (hcp) Kristallstruktur, die sich bei höheren Temperaturen in fcc umwandelt. Um diese Umwandlung beim Einsatz kobaltbasierter Superlegierungen zu vermeiden, werden praktisch alle kobaltbasierten Legierungen mit Nickel legiert, um das Gefüge von Raumtemperatur bis zur Schmelztemperatur zu stabilisieren. Legierungen auf Kobaltbasis weisen ein flaches Bruchspannungs-Temperatur-Verhältnis auf, weisen jedoch bei Temperaturen über 1000 °C eine überlegene thermische Korrosionsbeständigkeit auf als andere hohe Temperaturen.

Wärmebehandlung von kobaltbasierten Legierungen
Die Größe und Verteilung der Karbidpartikel sowie die Korngröße in Legierungen auf Kobaltbasis sind sehr empfindlichGießprozess. Um die erforderliche Dauerfestigkeit und thermische Ermüdungseigenschaften von Gussteilen aus kobaltbasierten Legierungen zu erreichen, müssen die Parameter des Gussprozesses kontrolliert werden. Legierungen auf Kobaltbasis benötigen eine Wärmebehandlung, hauptsächlich um die Ausscheidung von Karbiden zu kontrollieren. Führen Sie bei Gusslegierungen auf Kobaltbasis zunächst eine Hochtemperatur-Mischkristallbehandlung durch, normalerweise bei einer Temperatur von etwa 1150 °C, damit alle Primärkarbide, einschließlich einiger Karbide vom MC-Typ, in einer festen Lösung aufgelöst werden. Anschließend wird eine Alterungsbehandlung bei 870–980 °C durchgeführt. Karbide erneut ausscheiden lassen.

Gängige Qualitäten kobaltbasierter Legierungen
Die typischen Qualitäten gängiger Hochtemperaturlegierungen auf Kobaltbasis sind: 2.4778 (nach 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 kobaltbasierten Legierungsgussteilen
Im Allgemeinen fehlen Superlegierungen auf Kobaltbasis kohärente Verfestigungsphasen. Obwohl die Festigkeit bei mittlerer Temperatur gering ist (nur 50–75 % der Nickelbasislegierungen), weisen sie eine höhere Festigkeit, gute thermische Ermüdungsbeständigkeit, Abriebfestigkeit, bessere Schweißbarkeit und thermische Korrosionsbeständigkeit oberhalb von 980 °C auf. Daher eignen sich Gussteile aus kobaltbasierten Legierungen hauptsächlich zur Herstellung von Leitschaufeln und Düsenleitschaufeln für Flugzeugtriebwerke, Industriegasturbinen, Marinegasturbinen und Dieselmotordüsen usw.