Kobalt Esaslı Alaşımlardan Üretilen Dökümler Nelerdir?
Kobalt-bazlı alaşım, çeşitli aşınma, korozyon ve yüksek sıcaklıktaki oksidasyona dayanabilen sert bir alaşımdır. Kobalt-bazlı alaşımlar ana bileşen olarak kobalt esaslıdır ve önemli miktarda nikel, krom, tungsten gibi alaşım kimyasal elementleri ve az miktarda molibden, niyobyum, tantal, titanyum, lantan ve ara sıra demir gibi alaşım elementleri içerir. Alaşımın farklı bileşimine göre, kobalt-bazlı alaşım kaynak teli haline getirilebilir ve toz, sert-yüzey kaynağı, termal püskürtme, püskürtme kaynağı ve diğer işlemler için kullanılabilir ve ayrıca döküm, dövme ve toz metalurjisi parçalarına da yapılabilir. Son kullanıma göre sınıflandırılan kobalt-bazlı alaşımlar, kobalt-esaslı aşınmaya-dirençli alaşımlar, kobalt-esaslı yüksek-sıcaklık alaşımları ve kobalt-bazlı çözelti korozyonuna-dirençli alaşımlar olarak ayrılabilir. Genel çalışma koşullarında, hem aşınmaya-dayanıklı hem de yüksek-sıcaklığa dirençlidirler veya aşınmaya-dayanıklı ve korozyona-dayanıklıdırlar. Bazı çalışma koşulları aynı zamanda yüksek sıcaklık, aşınma ve korozyon direnci gerektirebilir. Çalışma koşulları ne kadar karmaşık olursa kobalt{21}}bazlı alaşımların avantajları da o kadar belirgin olur.
Kobalt-Tabanlı Alaşımların Özellikleri
Kobalt-bazlı süper alaşımlardaki ana karbürler MC, M23C6 ve M6C'dir. Dökme kobalt-bazlı alaşımlarda M23C6, yavaş soğuma sırasında tane sınırları ve dendritler arasında çökelir. Bazı alaşımlarda ince M23C6 matris ile ötektik oluşturabilir. MC karbür parçacıkları, dislokasyonlar üzerinde doğrudan önemli bir etkiye sahip olamayacak kadar büyüktür, bu nedenle alaşım üzerindeki güçlendirme etkisi açık değildir, ince dağılmış karbürler ise iyi bir güçlendirme etkisine sahiptir. Tane sınırında bulunan karbürler (esas olarak M23C6) tane sınırı kaymasını önleyebilir, böylece dayanıklılık mukavemetini artırabilir. Kobalt-bazlı süper alaşım HA-31 (X-40)'ın mikro yapısı, dağınık bir güçlendirme fazı (CoCrW)6 C tipi karbürdür. Sigma fazı gibi bazı kobalt bazlı alaşımlarda görülen topolojik sıkı paketlenmiş fazlar zararlıdır ve alaşımı kırılgan hale getirir.
Kobalt-bazlı alaşımlardaki karbürlerin termal stabilitesi iyidir. Sıcaklık yükseldiğinde karbür birikiminin büyüme hızı, nikel- bazlı alaşımdaki fazın büyüme hızından daha yavaştır ve matriste yeniden-çözünme sıcaklığı da daha yüksektir (1100 dereceye kadar). Bu nedenle sıcaklık yükseldiğinde kobalt-bazlı alaşımın mukavemeti genellikle yavaş yavaş azalır. Kobalt-bazlı alaşımlar iyi bir termal korozyon direncine sahiptir. Kobalt-bazlı alaşımların nikel-bazlı alaşımlardan bu açıdan üstün olmasının nedeni, kobalt sülfürün erime noktasının (Co-Co4S3 ötektik, 877 derece gibi) nikelinkinden daha yüksek olmasıdır ( Örneğin, Ni-Ni3S2 ötektik (645 derece) yüksek ve kobalttaki kükürtün difüzyon hızı çok fazladır. Kobalt-bazlı alaşımların çoğu, nikel{22}}bazlı alaşımlardan daha yüksek krom içeriğine sahip olduğundan, alaşımın yüzeyinde koruyucu bir alkali metal sülfat tabakası (Na2SO4 tarafından aşındırılan Cr2O3 koruyucu tabaka gibi) oluşturabilirler. Bununla birlikte, kobalt{28}}bazlı alaşımların oksidasyon direnci genellikle nikel{29}}bazlı alaşımlarınkinden çok daha düşüktür.
Diğer süper alaşımlardan farklı olarak kobalt- bazlı süper alaşımlar, matrise sıkı bir şekilde bağlanan düzenli bir çökeltme fazı ile güçlendirilmez, ancak katı çözeltiyle güçlendirilmiş bir ostenit fcc matrisinden ve matris içinde dağıtılmış az miktarda karbürden oluşur. Kobalt-bazlı süper alaşımların dökümü büyük ölçüde karbürün güçlendirilmesine dayanır. Saf kobalt kristalleri, 417 derecenin altında altıgen sıkı paket (hcp) kristal yapısına sahiptir ve daha yüksek sıcaklıklarda fcc'ye dönüşür. Kobalt-bazlı süper alaşımların kullanımı sırasında bu dönüşümü önlemek amacıyla, yapıyı oda sıcaklığından erime noktası sıcaklığına kadar stabilize etmek amacıyla pratik olarak tüm kobalt-bazlı alaşımlar nikel ile alaşımlanır. Kobalt-bazlı alaşımlar düz bir kırılma gerilimi-sıcaklık ilişkisine sahiptir, ancak 1000 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda diğer yüksek sıcaklıklara göre üstün termal korozyon direnci gösterir.
Kobalt-bazlı Alaşımların Isıl İşlemi
Kobalt-bazlı alaşımlarda karbür parçacıklarının boyutu ve dağılımı ile tane boyutu, döküm işlemine çok duyarlıdır. Dökme kobalt-alaşımlı döküm parçalarının gerekli dayanıklılık mukavemetini ve termal yorulma özelliklerini elde etmek için döküm işlemi parametrelerinin kontrol edilmesi gerekir. Kobalt-bazlı alaşımlar, esas olarak karbürlerin çökelmesini kontrol etmek için ısıl işleme ihtiyaç duyar. Dökme kobalt-bazlı alaşımlar için öncelikle yüksek-sıcaklıkta katı çözelti işlemi uygulayın, genellikle yaklaşık 1150 derece sıcaklıkta, böylece bazı MC-tipi karbürler de dahil olmak üzere tüm birincil karbürler katı çözelti halinde çözülür; Daha sonra 870-980 derecede yaşlandırma işlemi gerçekleştirilir. Karbürlerin tekrar çökelmesini sağlayın.
Kobalt-bazlı Alaşımların Yaygın Sınıfları
Yaygın kobalt-bazlı yüksek sıcaklık alaşımlarının tipik dereceleri şunlardır: 2,4778 (DIN EN 10295'e göre)Hayness 188, Haynes 25 (L-605), Alloy S-816, UMCo-50, MP-159, FSX-414, X-40, Stellite 6B, Grade 31, vb., Çin markaları şunlardır: GH5188 (GH188), GH159, GH605, K640, DZ40M vb.
Kobalt-tabanlı Alaşımlı Döküm Uygulamaları
Genel olarak kobalt-bazlı süper alaşımlar tutarlı güçlendirme aşamalarından yoksundur. Orta sıcaklıktaki mukavemet düşük olmasına rağmen (nikel- bazlı alaşımların yalnızca %50-75%'i), daha yüksek mukavemete, iyi termal yorulma direncine, aşınma direncine, daha iyi kaynaklanabilirliğe ve 980 derece sıcaklığın üzerinde termal korozyon direncine sahiptirler. Bu nedenle, kobalt bazlı alaşım dökümleri esas olarak havacılık jet motorları, endüstriyel gaz türbinleri, deniz gaz türbinleri ve dizel motor nozulları vb. için kılavuz kanatların ve nozül kılavuz kanatlarının yapımı için uygundur.
