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钴基合金的发展历程
上传日期:2020-10-26 浏览次数:20
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按使用用途分类,baiStellite合金可以分du为Stellite耐磨损合金,Stellite耐高温合金及zhiStellite耐磨损和水溶液腐蚀合金。一般使用工况下,其实都是兼有耐磨损耐高温或耐磨损耐腐蚀的情况,有的工况还可能要求同时耐高温耐磨损耐腐蚀,而越是在这种复杂的工况下,才越能体现Stellite合金的优势。

Stellite合金的典型牌号

有:Stellite1,Stellite4,Stellite6,Stellite8,Stellite12,Stellite20,Stellite21,Stellite31,Stellite100等。在我国,主要对Stellite高温合金研究比较深入和透彻。与其它高温合金不同,Stellite高温合金不是由与基体牢固结合的有序沉淀相来强化,而是由已被固溶强化的奥氏体fcc基体和基体中分布少量碳化物组成。铸造Stellite高温合金却是在很大程度上依靠碳化物强化。纯钴晶体在417℃以下是密排六方(hcp)晶体结构,在更高温度下转变为fcc。为了避免Stellite高温合金在使用时发生这种转变,实际上所有Stellite合金由镍合金化,以便在室温到熔点温度范围内使组织稳定化。Stellite合金具有平坦的断裂应力-温度关系,但在1000℃以上却显示出比其他高温下具有优异的抗热腐蚀性能,这可能是因为该合金含铬量较高,这是这类合金的一个特征。

Stellite合金的发展

20世纪30年代末期,由于活塞式航空发动机用涡轮增压器的需要,开始研制钴基高温合金。1942年﹐美国首先用牙科金属材料Vitallium (Co-27Cr-5Mo-0.5Ti)制作涡轮增压器叶片取得成功。在使用过程中这种合金不断析出碳化物相而变脆。因此﹐把合金的含碳量降至0.3%,同时添加2.6%的镍,以提高碳化物形成元素在基体中的溶解度,这样就发展成为HA-21合金。40年代末,X-40和HA-21制作航空喷气发动机和涡轮增压器铸造涡轮叶片和导向叶片,其工作温度可达850-870℃。1953年出现的用作锻造涡轮叶片的S-816,是用多种难熔元素固溶强化的合金。从50年代后期到60年代末,美国曾广泛使用过4种铸造Stellite合金:WI-52,X-45,Mar-M509和FSX-414。变形Stellite合金多为板材,如L-605用于制作燃烧室和导管。1966年出现的HA-188,因其中含镧而改善了抗氧化性能。苏联用于制作导向叶片的Stellite合金∏K4﹐相当于HA-21。Stellite合金的发展应考虑钴的资源情况。钴是一种重要战略资源,世界上大多数国家缺钴,以致Stellite合金的发展受到限制。

Stellite合金性能特点

一般钴基高温合金缺少共格的强化相,虽然中温强度低(只有镍基合金的50-75%),但在高于980℃时具有较高的强度、良好的抗热疲劳、抗热腐蚀和耐磨蚀性能,且有较好的焊接性。适于制作航空喷气发动机、工业燃气轮机、舰船燃气轮机的导向叶片和喷嘴导叶以及柴油机喷嘴等。

碳化物强化相 钴基高温合金中***主要的碳化物是 MC,M23C6和M6C在铸造Stellite合金中,M23C6是缓慢冷却时在晶界和枝晶间析出的。在有些合金中,细小的M23C6能与基体γ形成共晶体。MC碳化物颗粒过大,不能对位错直接产生显着的影响,因而对合金的强化效果不明显,而细小弥散的碳化物则有良好的强化作用。位于晶界上的碳化物(主要是M23C6)能阻止晶界滑移,从而改善持久强度,钴基高温合金HA-31(X-40)的显微组织为弥散的强化相为 (CoCrW)6 C型碳化物。

在某些Stellite合金中会出现的拓扑密排相如西格玛相和Laves等是有害的,会使合金变脆。Stellite合金较少使用金属间化合物进行强化,因为Co3 (Ti﹐Al)﹑Co3Ta等在高温下不够稳定,但近年来使用金属间化合物进行强化的Stellite合金也有所发展。

Stellite合金中碳化物的热稳定性较好。温度上升时﹐碳化物集聚长大速度比镍基合金中的γ相长大速度要慢,重新回溶于基体的温度也较高(可达1100℃),因此在温度上升时﹐Stellite合金的强度下降一般比较缓慢。

Stellite合金有很好的抗热腐蚀性能, 一般认为,Stellite合金在这方面优于镍基合金的原因,是钴的硫化物熔点(如Co-Co4S3共晶,877℃)比镍的硫化物熔点(如Ni-Ni3S2共晶645℃)高,并且硫在钴中的扩散率比在镍中低得多。而且由于大多数Stellite合金含铬量比镍基合金高,所以在合金表面能形成抵抗碱金属硫酸盐(如Na2SO4腐蚀的Cr2O3保护层)。但Stellite合金抗氧化能力通常比镍基合金低得多。

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