Odljevci od legura na bazi kobalta

Legura na bazi kobalta je tvrda legura koja može izdržati različite vrste habanja, koroziju i oksidaciju pri visokim temperaturama. Legure na bazi kobalta baziraju se na kobaltu kao glavnoj komponenti, koja sadrži značajnu količinu nikla, legirajućih hemijskih elemenata kao što su hrom, volfram i male količine legirajućih elemenata kao što su molibden, niobijum, tantal, titan, lantan i povremeno gvožđe . Prema različitom sastavu legure, od legura na bazi kobalta može se napraviti žica za zavarivanje, a prah se može koristiti za zavarivanje tvrdih površina, termičko raspršivanje, zavarivanje raspršivanjem i druge procese, a može se napraviti i uodljevci, otkovci i dijelovi za metalurgiju praha. Klasificirane prema krajnjoj upotrebi, legure na bazi kobalta mogu se podijeliti na legure otporne na habanje na bazi kobalta, legure na bazi kobalta na visokim temperaturama i legure na bazi kobalta otporne na koroziju. U općim uvjetima rada, oni su i otporni na habanje i otporni na visoke temperature ili otporni na habanje i koroziju. Neki radni uvjeti također mogu zahtijevati visoku temperaturu, otpornost na habanje i koroziju u isto vrijeme. Što su uslovi rada složeniji, to su očiglednije prednosti legura na bazi kobalta.

Svojstva legura na bazi kobalta
Glavni karbidi u superlegurama na bazi kobalta su MC, M23C6 i M6C. U livenim legurama na bazi kobalta, M23C6 se taloži između granica zrna i dendrita tokom sporog hlađenja. U nekim legurama, fini M23C6 može formirati eutektik sa matricom γ. Čestice MC karbida su prevelike da bi direktno imale značajan uticaj na dislokacije, tako da efekat jačanja na leguru nije očigledan, dok fino dispergovani karbidi imaju dobar efekat jačanja. Karbidi koji se nalaze na granici zrna (uglavnom M23C6) mogu spriječiti klizanje granice zrna, čime se poboljšava izdržljivost. Mikrostruktura superlegure HA-31 (X-40) na bazi kobalta je karbid C tipa dispergovane faze ojačanja (CoCrW)6. Topološke blisko zbijene faze koje se pojavljuju u nekim legurama na bazi kobalta, kao što je sigma faza, su štetne i čine leguru krhkom.

Termička stabilnost karbida u legurama na bazi kobalta je dobra. Kada temperatura poraste, brzina rasta akumulacije karbida je sporija od brzine rasta γ faze u leguri na bazi nikla, a temperatura ponovnog rastvaranja u matrici je također viša (do 1100°C) . Stoga, kada temperatura poraste, legura na bazi kobalta Čvrstoća legure općenito opada polako. Legure na bazi kobalta imaju dobru otpornost na termičku koroziju. Razlog zašto su legure na bazi kobalta superiornije od legura na bazi nikla u ovom pogledu je taj što je tačka topljenja kobalt sulfida (kao što je Co-Co4S3 eutektik, 877℃) viša od one nikla (na primjer, Ni-Ni3S2 eutektika (645°C) je visoka, a brzina difuzije sumpora u kobaltu je mnogo niža od da u niklu i pošto većina legura na bazi kobalta ima veći sadržaj hroma od legura na bazi nikla, one mogu formirati zaštitni sloj sulfata alkalnog metala (kao što je zaštitni sloj Cr2O3 koji je korodiran Na2SO4) na površini legure. Međutim, oksidacijska otpornost legura na bazi kobalta je općenito mnogo niža od legura na bazi nikla.

Za razliku od drugih superlegura, superlegure na bazi kobalta nisu ojačane uređenom fazom taloženja čvrsto vezanom za matricu, već se sastoje od austenitne fcc matrice koja je ojačana čvrstim rastvorom i male količine karbida raspoređenih u matrici. Lijevanje superlegura na bazi kobalta se u velikoj mjeri oslanja na ojačanje karbida. Čisti kristali kobalta imaju heksagonalnu čvrsto zbijenu (hcp) kristalnu strukturu ispod 417°C, koja se na višim temperaturama pretvara u fcc. Kako bi se izbjegla ova transformacija tokom upotrebe superlegura na bazi kobalta, praktično sve legure na bazi kobalta se legiraju niklom kako bi se struktura stabilizirala od sobne temperature do temperature topljenja. Legure na bazi kobalta imaju ravan odnos naprezanja i temperature loma, ali pokazuju superiornu otpornost na termičku koroziju na temperaturama iznad 1000°C od drugih visokih temperatura.

Toplinska obrada legura na bazi kobalta
Veličina i raspodjela čestica karbida i veličina zrna u legurama na bazi kobalta vrlo su osjetljivi naproces livenja. Da bi se postigla potrebna izdržljivost i svojstva termičkog zamora livenih delova od legura od legura kobalta, moraju se kontrolisati parametri procesa livenja. Legurama na bazi kobalta potrebna je termička obrada, uglavnom za kontrolu taloženja karbida. Za livene legure na bazi kobalta, prvo izvršite visokotemperaturnu obradu čvrstim rastvorom, obično na temperaturi od oko 1150°C, tako da se svi primarni karbidi, uključujući neke karbide tipa MC, rastvore u čvrsti rastvor; zatim se tretman starenjem izvodi na 870-980°C. Neka se karbidi ponovo talože.

Uobičajeni razredi legura na bazi kobalta
Tipični razredi uobičajenih visokotemperaturnih legura na bazi kobalta su: 2,4778 (prema DIN EN 10295) Hayness 188, Haynes 25 (L-605), legura S-816, UMCo-50, MP-159, FSX-414, X -40, Stelit 6B, Grade 31, itd., Kineski brendovi su: GH5188 (GH188), GH159, GH605, K640, DZ40M i tako dalje.

Primjena odljevaka od legura na bazi kobalta
Generalno, superlegurama na bazi kobalta nedostaju koherentne faze ojačanja. Iako je čvrstoća na srednjoj temperaturi niska (samo 50-75% legura na bazi nikla), one imaju veću čvrstoću, dobru otpornost na termički zamor, otpornost na abraziju, bolju zavarljivost i otpornost na termičku koroziju iznad temperature od 980°C. Stoga su odljevci od legura na bazi kobalta uglavnom prikladni za izradu lopatica za navođenje i lopatica za vođenje mlaznica za avio-mlazne motore, industrijske plinske turbine, brodske plinske turbine i mlaznice za dizel motore itd.