La lega a base di cobalto è una lega dura in grado di resistere a vari tipi di usura, corrosione e ossidazione ad alta temperatura. Le leghe a base di cobalto si basano sul cobalto come componente principale, contenente una notevole quantità di nichel, elementi chimici leganti come cromo, tungsteno e una piccola quantità di elementi leganti come molibdeno, niobio, tantalio, titanio, lantanio e occasionalmente ferro . A seconda della diversa composizione della lega, la lega a base di cobalto può essere trasformata in filo di saldatura e la polvere può essere utilizzata per saldatura di superfici dure, spruzzatura termica, saldatura a spruzzo e altri processi e può anche essere trasformata ingetti, pezzi fucinati e parti di metallurgia delle polveri. Classificate in base all'uso finale, le leghe a base di cobalto possono essere suddivise in leghe resistenti all'usura a base di cobalto, leghe ad alta temperatura a base di cobalto e leghe resistenti alla corrosione a base di cobalto. In condizioni operative generali, sono resistenti all'usura e alle alte temperature oppure resistenti all'usura e alla corrosione. Alcune condizioni operative possono anche richiedere contemporaneamente resistenza alle alte temperature, all'usura e alla corrosione. Quanto più complesse sono le condizioni di lavoro, tanto più evidenti sono i vantaggi delle leghe a base di cobalto.
Proprietà delle leghe a base di cobalto
I principali carburi nelle superleghe a base di cobalto sono MC, M23C6 e M6C. Nelle leghe colate a base di cobalto, M23C6 precipita tra i bordi dei grani e i dendriti durante il raffreddamento lento. In alcune leghe, il fine M23C6 può formare un eutettico con la matrice γ. Le particelle di carburo MC sono troppo grandi per avere un effetto diretto significativo sulle dislocazioni, quindi l'effetto rinforzante sulla lega non è evidente, mentre i carburi finemente dispersi hanno un buon effetto rinforzante. I carburi situati sul bordo grano (principalmente M23C6) possono prevenire lo scivolamento del bordo grano, migliorando così la resistenza alla resistenza. La microstruttura della superlega a base di cobalto HA-31 (X-40) è un carburo di tipo C con fase rinforzante dispersa (CoCrW)6. Le fasi topologiche compatte che compaiono in alcune leghe a base di cobalto, come la fase sigma, sono dannose e rendono la lega fragile.
La stabilità termica dei carburi nelle leghe a base di cobalto è buona. Quando la temperatura aumenta, il tasso di crescita dell'accumulo di carburo è più lento del tasso di crescita della fase γ nella lega a base di nichel e anche la temperatura di ridiscioglimento nella matrice è più elevata (fino a 1100°C) . Pertanto, quando la temperatura aumenta, la resistenza della lega a base di cobalto generalmente diminuisce lentamente. Le leghe a base di cobalto hanno una buona resistenza alla corrosione termica. Il motivo per cui le leghe a base di cobalto sono superiori alle leghe a base di nichel sotto questo aspetto è che il punto di fusione del solfuro di cobalto (come l'eutettico Co-Co4S3, 877 ℃) è superiore a quello del nichel (ad esempio, l'eutettico Ni-Ni3S2 (645°C) è elevata e la velocità di diffusione dello zolfo nel cobalto è molto inferiore a quella del nichel, poiché la maggior parte delle leghe a base di cobalto ne ha di più contenuto di cromo rispetto alle leghe a base di nichel, possono formare uno strato protettivo di solfato di metallo alcalino (come uno strato protettivo Cr2O3 corroso da Na2SO4) sulla superficie della lega. Tuttavia, la resistenza all'ossidazione delle leghe a base di cobalto è generalmente molto inferiore a quello delle leghe a base nichel.
A differenza delle altre superleghe, le superleghe a base di cobalto non sono rinforzate da una fase di precipitazione ordinata saldamente legata alla matrice, ma sono composte da una matrice di austenite FCC che è stata rinforzata con una soluzione solida e una piccola quantità di carburi distribuiti nella matrice. La colata di superleghe a base di cobalto fa molto affidamento sul rafforzamento del carburo. I cristalli di cobalto puro hanno una struttura cristallina esagonale compattata (hcp) al di sotto di 417°C, che si trasforma in FCC a temperature più elevate. Per evitare questa trasformazione durante l'uso di superleghe a base di cobalto, praticamente tutte le leghe a base di cobalto vengono legate con nichel per stabilizzare la struttura dalla temperatura ambiente alla temperatura del punto di fusione. Le leghe a base di cobalto hanno una relazione piatta tra sforzo di frattura e temperatura, ma mostrano una resistenza alla corrosione termica superiore a temperature superiori a 1000°C rispetto ad altre alte temperature.
Trattamento termico delle leghe a base di cobalto
La dimensione e la distribuzione delle particelle di carburo e la dimensione dei grani nelle leghe a base di cobalto sono molto sensibili alprocesso di fusione. Per ottenere la resistenza alla resistenza e le proprietà di fatica termica richieste delle parti fuse in lega a base di cobalto, è necessario controllare i parametri del processo di fusione. Le leghe a base di cobalto necessitano di un trattamento termico, principalmente per controllare la precipitazione dei carburi. Per le leghe colate a base di cobalto, effettuare prima un trattamento in soluzione solida ad alta temperatura, solitamente ad una temperatura di circa 1150°C, in modo che tutti i carburi primari, compresi alcuni carburi di tipo MC, siano disciolti in soluzione solida; successivamente si effettua il trattamento di invecchiamento a 870-980°C. Far precipitare nuovamente i carburi.
Gradi comuni di leghe a base di cobalto
I gradi tipici delle comuni leghe ad alta temperatura a base di cobalto sono: 2.4778 (secondo DIN EN 10295) Hayness 188, Haynes 25 (L-605), Alloy S-816, UMCo-50, MP-159, FSX-414, X -40, Stellite 6B, Grado 31, ecc., i marchi cinesi sono: GH5188 (GH188), GH159, GH605, K640, DZ40M e così via.
Applicazioni di getti in leghe a base di cobalto
Generalmente, le superleghe a base di cobalto mancano di fasi di rinforzo coerenti. Sebbene la resistenza a media temperatura sia bassa (solo il 50-75% delle leghe a base di nichel), hanno una resistenza più elevata, una buona resistenza alla fatica termica, resistenza all'abrasione, migliore saldabilità e resistenza alla corrosione termica al di sopra della temperatura di 980°C. Pertanto, i getti in lega a base di cobalto sono principalmente adatti per realizzare alette di guida e alette di guida di ugelli per motori a reazione dell'aviazione, turbine a gas industriali, turbine a gas navali e ugelli di motori diesel, ecc.
Orario di pubblicazione: 05-maggio-2021