钴基合金的性能

1. 钴基合金的性能

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 钴基高温合金中最主要的碳化物是 MC﹑M23C6和M6C在铸造钴基合金中，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。在某些钴基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。钴基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钴基合金也有所发展。钴基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(最高可达1100℃)﹐因此在温度上升时﹐钴基合金的强度下降一般比较缓慢。钴基合金有很好的抗热腐蚀性能，一般认为，钴基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。而且由于大多数钴基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)。但钴基合金抗氧化能力通常比镍基合金低得多。 早期的钴基合金用非真空冶炼和铸造工艺生产。后来研制成的合金，如Mar-M509合金，因含有较多的活性元素锆、硼等，用真空冶炼和真空铸造生产。

2. 钴基合金的分类

Stellite合金套筒Stellite合金是一种能耐各种类型磨损和腐蚀以及高温氧化的硬质合金，在我国翻译成司太立合金，即通常所说的钴基合金，Stellite合金由美国人Elwood Hayness 于1907年发明。Stellite合金是以钴作为主要成分，含有相当数量的镍、铬、钨和少量的钼、铌、钽、钛、镧等合金元素，偶尔也还含有铁的一类合金。根据合金中成分不同，它们可以制成焊丝，粉末用于硬面堆焊，热喷涂、喷焊等工艺，也可以制成铸锻件和粉末冶金件。
Stellite合金分类和主要牌号
按使用用途分类，Stellite合金可以分为Stellite耐磨损合金，Stellite耐高温合金及Stellite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。

3. 金属钴的钴合金

以钴为基加入其他合金元素形成的合金。常见的有钴基高温合金和稀土钴硬磁合金。钴基高温合金有变形合金如HA-188[Co-22Ni-22Cr-14(Mo-W)-1Fe-0.1C-0.08La]，S816[Co-20Ni-20Cr-8(Mo-W)-4(Ta-Nb)-4Fe-0.4C]；铸造合金有HA-31[Co-10Ni-25Cr-7.5(Mo-W)-2Fe-0.5C]，WI-52[Co-21Cr-11(Mo-W)-2(Ta-Nb)-2Fe-0.45C]，Mar-M322[Co-21.5Cr-9(Mo-W)-4.5(Ta-Nb)-2.2Zr-1.0C)。这类合金在900～1100℃范围内具有较高的 强度和良好的抗热疲劳性能，适用于制作喷气发动机、燃气轮机等高负荷的耐热部件。稀土钴硬磁合金有1-5型合金[Sm-Co5]、2-17型合金[Sm2(Co，Cu，Pe，Zr)17]。其中2-17型合金的成分为50%Co 26%Sm 其他，合金的磁能积为224～248kJ/m3。稀土钴硬磁合金适用于要求磁体体积小、磁场强度大的场合，如精密直流电机、家用电器、磁轴承、电子计算机中的打印机和医疗器械等。

4. 钴基合金的发展历程

钴基高温合金发展过程 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种铸造钴基合金：WI-52，X-45，Mar-M509和FSX-414。变形钴基合金多为板材，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钴基合金∏K4﹐相当于HA-21。钴基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，以致钴基合金的发展受到限制。

5. 钴基高温合金的介绍

钴基高温合金是含钴量40～65%的奥氏体高温合金。在730～1100条件下具有一定的高温强度、良好的抗热腐蚀和抗氧化能力。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。

6. 钴基高温合金的简介

钴基高温合金是高温合金中的一种，它是以钴作为主要成分，含有相当数量的镍、铬、钨和少量的钼、铌、钽、钛、镧等合金元素，偶而也还含有铁的一类合金。根据合金中成分不同，它们可以制成焊丝，粉末用于硬面堆焊，热喷涂、喷焊等工艺，也可以制成铸锻件和粉末冶金件。

7. 钴基高温合金的性能

钴基高温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(最高可达1100℃)﹐因此在温度上升时﹐钴基合金的强度下降一般比较缓慢。钴基合金有很好的抗热腐蚀性能，一般认为，钴基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。而且由于大多数钴基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)。但钴基高温合金抗氧化能力通常比镍基合金低得多。

8. 金属钴的介绍

钴是银白色的金属。钴在常温下不和水作用，在潮湿的空气中也很稳定。在空气中加热至300℃以上时氧化生成CoO，在白热时燃烧成Co3O4。