コバルト基合金鋳物

コバルトベースの合金は、さまざまな種類の摩耗、腐食、高温酸化に耐えることができる硬質合金です。コバルト基合金は、コバルトを主成分としており、大量のニッケル、クロム、タングステンなどの合金化学元素、およびモリブデン、ニオブ、タンタル、チタン、ランタン、場合によっては鉄などの少量の合金元素を含んでいます。 。合金の異なる組成に応じて、コバルト基合金は溶接ワイヤに作ることができ、粉末は硬質表面溶接、溶射、スプレー溶接およびその他のプロセスに使用でき、また、コバルトベース合金を作ることもできます。鋳物、鍛造品および粉末冶金部品。コバルト基合金は、最終用途によって分類され、コバルト基耐摩耗合金、コバルト基高温合金、コバルト基耐溶体腐食合金に分類されます。一般的な動作条件では、耐摩耗性と耐高温性、または耐摩耗性と耐腐食性の両方を備えています。動作条件によっては、同時に高温、耐摩耗性、耐食性も必要となる場合があります。作業条件が複雑になればなるほど、コバルト基合金の利点がより明らかになります。

コバルト基合金の特性
コバルト基超合金の主な炭化物は、MC、M23C6、M6C です。鋳造されたコバルト基合金では、徐冷中に粒界と樹枝状結晶の間に M23C6 が析出します。一部の合金では、微細な M23C6 がマトリックス γ と共晶を形成することがあります。 MC 炭化物の粒子は大きすぎて転位に直接大きな影響を与えないため、合金に対する強化効果は明ら​​かではありませんが、細かく分散した炭化物は良好な強化効果をもたらします。粒界に存在する炭化物（主にM23C6）により粒界滑りが防止され、耐久強度が向上します。コバルト基超合金 HA-31 (X-40) の微細構造は、分散強化相 (CoCrW)6 C 型炭化物です。シグマ相など、一部のコバルトベース合金に現れるトポロジカル最密相は有害であり、合金を脆化させます。

コバルト基合金の炭化物の熱安定性は良好です。温度が上昇すると、ニッケル基合金中のγ相の成長速度よりも炭化物の蓄積の成長速度が遅く、基地への再溶解温度も高くなります（最大1100℃） 。したがって、温度が上昇すると、コバルト基合金の強度は一般にゆっくりと低下します。コバルトベースの合金は、優れた耐熱腐食性を備えています。この点でコバルト基合金がニッケル基合金よりも優れている理由は、硫化コバルト（Co-Co4S3共晶、877℃など）の融点がニッケルよりも高いためです（例えば、Ni-Ni3S2共晶）。 （645°C）は高く、コバルト中の硫黄の拡散速度はニッケルよりもはるかに遅いためです。コバルト基合金はニッケル基合金よりもクロム含有量が高く、合金の表面にアルカリ金属硫酸塩の保護層（Na2SO4 によって腐食される Cr2O3 保護層など）を形成する可能性がありますが、耐酸化性は高くありません。コバルト基合金は一般に、ニッケル基合金よりもはるかに低い。

他の超合金とは異なり、コバルト基超合金はマトリックスに強固に結合した規則正しい析出相によって強化されておらず、固溶強化されたオーステナイト fcc マトリックスとマトリックス中に分散した少量の炭化物で構成されています。コバルト基超合金の鋳造は、炭化物の強化に大きく依存しています。純粋なコバルト結晶は、417°C 未満では六方最密充填 (hcp) 結晶構造を持ち、高温では fcc に変態します。コバルト基超合金の使用中のこの変態を避けるために、実際にはすべてのコバルト基合金はニッケルと合金化され、室温から融点温度まで構造を安定させます。コバルト基合金は、平坦な破壊応力と温度の関係を持ちますが、1000℃を超える温度では他の高温よりも優れた耐熱腐食性を示します。

コバルト基合金の熱処理
炭化物粒子のサイズと分布、およびコバルト基合金の粒子サイズは、鋳造工程。鋳造されたコバルト基合金鋳造部品に必要な耐久強度と熱疲労特性を達成するには、鋳造プロセスのパラメータを制御する必要があります。コバルト基合金は、主に炭化物の析出を制御するために熱処理が必要です。鋳造コバルト基合金の場合、最初に高温固溶体処理を通常約 1150°C の温度で実行し、一部の MC 型炭化物を含むすべての一次炭化物を固溶させます。その後、870～980℃で時効処理を行う。再び炭化物を析出させます。

コバルト基合金の一般的なグレード
一般的なコバルトベースの高温合金の代表的なグレードは次のとおりです: 2.4778 (DIN EN 10295 による)Hayness 188、Haynes 25 (L-605)、合金 S-816、UMCo-50、MP-159、FSX-414、X -40、Stellite 6B、グレード 31 など、中国ブランドは次のとおりです。 GH5188（GH188）、GH159、GH605、K640、DZ40Mなど。

コバルト基合金鋳物の用途
一般に、コバルト基超合金には一貫した強化相がありません。中温での強度は低いですが (ニッケル基合金の 50 ～ 75% のみ)、強度が高く、優れた熱疲労耐性、耐摩耗性、より優れた溶接性、および 980°C を超える温度での熱腐食耐性を備えています。したがって、コバルト基合金鋳物は主に、航空ジェットエンジン、産業用ガスタービン、海軍ガスタービン、ディーゼルエンジンノズルなどのガイドベーンおよびノズルガイドベーンの製造に適しています。