בסיס ניקל וסגסוגות בסיס קובלט

 

יציקות סגסוגת ניקל טיפוסיות

 

 

 

 

סגסוגות ניקל הן סגסוגות המורכבות מניקל כמתכת בסיס ותוספת של יסודות אחרים. ניקל הוא בעל תכונות מכניות, פיזיקליות וכימיות מצוינות; הוספת אלמנטים מתאימים יכולה לשפר את עמידות החמצון שלו, עמידות בפני קורוזיה, חוזק-טמפרטורות גבוהות ותכונות פיזיקליות מסוימות.

 

סגסוגות המבוססות על-ניקל מפגינות חוזק גבוה ומידת עמידות מסוימת בפני חמצון וקורוזיה בטמפרטורות גבוהות של 650-1000 מעלות. בהתבסס על המאפיינים העיקריים שלהם, הם מחולקים עוד יותר לסגסוגות עמידות-על חום-ניקל, סגסוגות עמידות בפני קורוזיה-על בסיס ניקל-, סגסוגות עמידות בפני קורוזיה-על בסיס ניקל, סגסוגות עמידות-על בסיס ניקל, סגסוגות על בסיס ניקל-על בסיס צורת{10} זיכרון{1}.

 

סגסוגות ניקל משמשות בעיקר בתעשיות אלקטרוניקה, כימיקלים, מכונות, רפואה, פיתוח אנרגיה ותעשיות ימיות, תעופה וחלל. סגסוגות ניקל יכולות לשמש גם כחומרים לצינורות אלקטרונים וכסגסוגות מדויקות (סגסוגות מגנטיות, סגסוגות עמידות מדויקות, סגסוגות אלקטרו-תרמיות וכו').

 

 

יציקות סגסוגת קובלט טיפוסיות

 

 

 

סגסוגת המבוססת על-קובלט היא סגסוגת קשה שיכולה לעמוד בפני סוגים שונים של בלאי, קורוזיה וחמצון בטמפרטורה גבוהה. סגסוגות מבוססות קובלט- מבוססות על קובלט כמרכיב העיקרי, המכילות כמות ניכרת של ניקל, יסודות כימיים מסגסוגים כגון כרום, טונגסטן וכמות קטנה של יסודות סגסוגים כגון מוליבדן, ניוביום, טנטלום, טיטניום, לנתנום ולעתים ברזל. על פי ההרכב השונה של הסגסוגת, ניתן להפוך את הסגסוגת המבוססת על קובלט לחוטי ריתוך, וניתן להשתמש באבקה לריתוך משטח קשה, ריסוס תרמי, ריתוך בהתזה ותהליכים אחרים, וניתן ליצור ממנה גם יציקות, פרזול וחלקי מתכות אבקה. מסווג לפי השימוש הסופי, ניתן לחלק סגסוגות על בסיס-קובלט לסגסוגות-על בסיס קובלט-עמידות לבלאי, סגסוגות-על בסיס קובלט-בטמפרטורה גבוהה וסגסוגות-על בסיס קובלט{12}}עמידות בפני קורוזיה{13}}. בתנאי הפעלה כלליים, הם גם-עמידים בפני שחיקה וגם-עמידים לטמפרטורה או-עמידים בפני שחיקה ועמידים בפני קורוזיה-. תנאי הפעלה מסוימים עשויים לדרוש גם טמפרטורה גבוהה, בלאי ועמידות בפני קורוזיה בו זמנית. ככל שתנאי העבודה מורכבים יותר, כך היתרונות של סגסוגות המבוססות-קובלט ברורים יותר.

 

מאפיינים של סגסוגות-על בסיס קובלט
הקרבידים העיקריים בסגסוגות על מבוססות-קובלט הם MC, M23C6 ו-M6C. בסגסוגות המבוססות על קובלט-יצוק, M23C6 מושקע בין גבולות גרגרים ודנדריטים במהלך קירור איטי. בסגסוגות מסוימות, ה-M23C6 העדין יכול ליצור אוקטיקה עם המטריצה. חלקיקי קרביד MC גדולים מכדי להשפיע ישירות על נקעים, כך שההשפעה המחזקת על הסגסוגת אינה ברורה, בעוד שלקרבידים מפוזרים דק יש אפקט חיזוק טוב. הקרבידים הממוקמים על גבול התבואה (בעיקר M23C6) יכולים למנוע את החלקת גבול התבואה, ובכך לשפר את חוזק הסיבולת. המיקרו-מבנה של סגסוגת העל HA-על בסיס קובלט HA-31 (X-40) הוא קרביד מפוזר של שלב חיזוק (CoCrW)6 מסוג C. השלבים הטופולוגיים הדחוסים המופיעים בסגסוגות מסוימות המבוססות על קובלט, כגון שלב הסיגמא, מזיק והופכים את הסגסוגת לשבירה.

היציבות התרמית של קרבידים בסגסוגות על בסיס-קובלט טובה. כאשר הטמפרטורה עולה, קצב הגדילה של הצטברות קרביד איטי יותר מקצב הצמיחה של השלב בסגסוגת המבוססת על-ניקל, וגם טמפרטורת ההתמוססות המחודשת במטריצה ​​גבוהה יותר (עד 1100 מעלות). לכן, כאשר הטמפרטורה עולה, הסגסוגת המבוססת על קובלט-. חוזק הסגסוגת יורד בדרך כלל לאט. לסגסוגות המבוססות על קובלט- יש עמידות טובה בפני קורוזיה תרמית. הסיבה לכך שסגסוגות על בסיס-קובלט עדיפות על סגסוגות המבוססות על-ניקל מבחינה זו היא שנקודת ההיתוך של גופרית קובלט (כגון Co-Co4S3 eutectic, 877 מעלות ) גבוהה מזו של ניקל (לדוגמה, Ni{{16} 45N ו-high. קצב הדיפוזיה של גופרית בקובלט הוא הרבה יותר נמוך מזה של ניקל ומכיוון שלרוב הסגסוגות המבוססות על קובלט יש תכולת כרום גבוהה יותר מסגסוגות המבוססות על ניקל, הן יכולות ליצור שכבת הגנה של מתכת אלקלית סולפט (כגון שכבת הגנה של Cr2O3 שנאכלת על ידי כל ההתנגדות של Na2SO4). סגסוגות על בסיס-קובלט בדרך כלל נמוכה בהרבה מזו של סגסוגות על בסיס-ניקל.

בשונה מסגסוגות-על אחרות, סגסוגות-על מבוססות-קובלט אינן מחוזקות על-ידי שלב משקעים מסודר המחובר היטב למטריצה, אלא מורכבות ממטריצה ​​austenite fcc שחוזקה תמיסה מוצקה וכמות קטנה של קרבידים מופצת במטריצה. יציקת סגסוגות על בסיס-קובלט מסתמכת במידה רבה על חיזוק קרביד. לגבישי קובלט טהורים יש מבנה גבישי סגור משושה (hcp) מתחת ל-417 מעלות, שהופך ל-fcc בטמפרטורות גבוהות יותר. על מנת להימנע מהשינוי הזה במהלך השימוש בסגסוגות על מבוססות קובלט-, כמעט כל הסגסוגות המבוססות על קובלט- מסווגות בניקל על מנת לייצב את המבנה מטמפרטורת החדר לטמפרטורת נקודת ההיתוך. לסגסוגות המבוססות על קובלט- יש קשרי טמפרטורה שטוחים של מתח שבר{{10}, אך מראות עמידות בפני קורוזיה תרמית מעולה בטמפרטורות מעל 1000 מעלות מאשר טמפרטורות גבוהות אחרות.

 

טיפול בחום של סגסוגות על בסיס-קובלט
הגודל וההפצה של חלקיקי קרביד וגודל הגרגרים בסגסוגות המבוססות על-קובלט רגישים מאוד לתהליך היציקה. על מנת להשיג את חוזק הסיבולת הנדרש ותכונות עייפות תרמית של חלקי יציקה מסגסוגת-יצוקה על בסיס קובלט, יש לשלוט בפרמטרים של תהליך היציקה. סגסוגות המבוססות על-קובלט זקוקות לטיפול בחום, בעיקר כדי לשלוט על משקעים של קרבידים. עבור סגסוגות על בסיס קובלט-יצוק, בצע תחילה טיפול בתמיסה מוצקה-בטמפרטורה גבוהה, בדרך כלל בטמפרטורה של כ-1150 מעלות, כך שכל הקרבידים העיקריים, כולל כמה קרבידים מסוג MC-, מומסים לתמיסה מוצקה; לאחר מכן, טיפול ההזדקנות מתבצע ב-870-980 מעלות. הפוך קרבידים למשקעים שוב.

 

דרגות נפוצות של סגסוגות על בסיס-קובלט
הציונים הטיפוסיים של סגסוגות רגילות על בסיס קובלט- בטמפרטורה גבוהה הן: 2.4778 (על פי DIN EN 10295), Hayness 188, Haynes 25 (L-605), Alloy S-816, UMCo-50, MP-159, FSX-414, מותג X-40, סיני, X-40, וכו'. הם: GH5188 (GH188), GH159, GH605, K640, DZ40M וכן הלאה.

 

יישומים של יציקות סגסוגת מבוססות-קובלט
בדרך כלל, לסגסוגות-על מבוססות-קובלט חסרות שלבי חיזוק קוהרנטיים. למרות שהחוזק בטמפרטורה בינונית נמוך (רק 50-75% מסגסוגות מבוססות ניקל-), יש להן חוזק גבוה יותר, עמידות בפני עייפות תרמית טובה, עמידות בפני שחיקה, יכולת ריתוך טובה יותר ועמידות בפני קורוזיה תרמית מעל טמפרטורה של 980 מעלות. לפיכך, יציקות סגסוגת על בסיס קובלט מתאימות בעיקר לייצור שבבי הדרכה ושבטי זרבובית למנועי סילון תעופה, טורבינות גז תעשייתיות, טורבינות גז ימיות וחירי מנועי דיזל וכו'.