آلیاژهای کبالت کروم در جایی استفاده میشوند که فولادهای معمولی با سایش چسب، خوردگی، دمای بالا یا ترکیبی از این مکانیسمها دست و پنجه نرم میکنند. کاربردهای صنعتی معمولی شامل گلوله ها و نشیمنگاه های شیر، بوشینگ ها، اجزای گرم کار، قطعات اکستروژن، رسوبات سخت و سطوح سایش موضعی است.
با این حال، "آلیاژ کبالت کروم" یک مشخصات کامل مواد نیست.
افزودن تنگستن، مولیبدن، کربن، نیکل، سیلیکون و آهن می تواند ریزساختار و رفتار خدماتی آلیاژ را به طور قابل ملاحظه ای تغییر دهد. مسیر تولید به همان اندازه مهم است. نباید انتظار داشت که یک جزء Co-Cr-W ریخته گری، یک قطعه پودر متالورژی Co-Cr-Mo و یک رسوب سخت کبالت جوش داده شده حتی زمانی که تجزیه و تحلیل های شیمیایی آنها مشابه به نظر می رسد، یکسان رفتار کنند.
یکی از مهمترین سؤالات انتخاب مواد این است که آیا تنگستن یا مولیبدن باید اثر تقویت کننده اصلی را ایجاد کنند.
هر دو عنصر می توانند ماتریس غنی از کبالت را تقویت کرده و در تشکیل کاربید شرکت کنند. با این وجود تأثیرات آنها قابل تعویض نیست.
این مقاله توضیح می دهد:
آلیاژهای کبالت مقاوم در برابر سایش صنعتی معمولاً حاوی ماتریس غنی از کبالت و فازهای سخت پراکنده هستند.
کبالت ماتریس پایه را فراهم می کند. کروم از مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون پشتیبانی می کند و همچنین در تشکیل کاربید شرکت می کند. کربن مقدار و نوع کاربید را که می تواند تشکیل شود کنترل می کند. تنگستن یا مولیبدن ممکن است ماتریکس را تقویت کند، شیمی کاربید را تغییر دهد و بر رفتار دمای بالا تأثیر بگذارد.
ریزساختار می تواند شامل موارد زیر باشد:
ASM International تأکید می کند که ساختار آلیاژ کبالت، خواص و رفتار سایش به ترکیب شیمیایی و مسیر تولید بستگی دارد. آلیاژهای کبالت ممکن است ریخته گری، فرفورژه، جوش داده شده به صورت سخت یا در فرآیندهای متالورژی پودر شوند.
منبع: ASM-اصطکاک و سایش آلیاژهای پایه کبالت.
تنگستن یک عنصر نسوز سنگین با نقطه ذوب بالا است. در آلیاژهای کبالت کروم، می تواند از طریق تقویت محلول جامد و مشارکت در کاربید سخت یا تشکیل فاز پیچیده کمک کند.
اتم های تنگستن بسیار بزرگتر و سنگین تر از اتم های کبالت هستند. هنگامی که تنگستن در ماتریس غنی از کبالت حل می شود، تفاوت در اندازه اتمی باعث ایجاد کرنش شبکه می شود که حرکت نابجایی را دشوارتر می کند.
این می تواند پشتیبانی کند:
اثر مفید بستگی به این دارد که چقدر تنگستن در محلول باقی می ماند نه اینکه در کاربیدها یا مناطق جدا شده متمرکز شود.
هنگامی که کربن کافی در دسترس باشد، تنگستن می تواند در تشکیل کاربید شرکت کند. بسته به شرایط شیمیایی و انجماد کامل، آلیاژ ممکن است حاوی کاربیدهای غنی از کروم، کاربیدهای غنی از تنگستن یا کاربیدهای مخلوط فلزی پیچیده باشد.
کاربیدهای سخت می توانند مقاومت در برابر سایش را با مقاومت در برابر:
با این حال، کاربیدها باید به اندازه کافی توسط ماتریس پشتیبانی شوند. یک کسر کاربید بالا در یک ماتریس ضعیف یا بسیار جدا شده می تواند منجر به ترک خوردگی و خروج کاربید شود.
تنگستن دارای نفوذ کم است و می تواند به مقاومت در دمای بالا و پایداری ساختار کمک کند. این امر آلیاژهای Co-Cr-W را برای کاربردهای سایش گرم، برش گرم و دریچه یا آب بندی در دمای بالا جذاب می کند.
نتیجه هنوز باید در دمای واقعی تایید شود. اکسیداسیون، چرخه حرارتی، خزش، انبساط حرارتی و تنش تماسی میتواند بر عملکرد حتی زمانی که سختی دمای اتاق بالا است، غالب شود.
تنگستن به طور قابل توجهی چگال تر از مولیبدن است. بنابراین افزودن تنگستن بالا می تواند چگالی جزء یا لایه رسوبی را افزایش دهد.
تنگستن نیز ممکن است افزایش یابد:
درصد اسمی تنگستن شواهد کافی برای توزیع یکنواخت عنصر از طریق ریختهگری بزرگ نیست.
مولیبدن نیز یک عنصر آلیاژی نسوز است. می تواند ماتریس کبالت را تقویت کند، در تشکیل کاربید شرکت کند و بر رفتار خوردگی تأثیر بگذارد.
مولیبدن حل شده در ماتریس غنی از کبالت می تواند مانع حرکت نابجایی شود و استحکام ماتریس را بهبود بخشد.
تحقیقاتی که با مقایسه آلیاژهای CoCrNi، CoCrW و CoCrMo در زمینه پودر متالورژی انجام شد، نشان داد که نیکل، تنگستن و مولیبدن تعادل فاز، مقادیر سختی و واکنشهای سایش در دمای بالا را تولید میکنند. این مطالعه همچنین نشان داد که ضریب اصطکاک مستقیماً نرخ سایش را پیشبینی نمیکند.
از آنجایی که نمونه ها توسط متالورژی پودر تحت ترکیبات و شرایط آزمایشی خاص تولید شده اند، رتبه بندی نباید مستقیماً به ریخته گری شن و ماسه یا رسوبات جوش داده شده منتقل شود.
منبع: اثر Ni، W و Mo بر روی آلیاژهای ماتریس CoCr.
مولیبدن می تواند وارد کاربیدهای پیچیده شده و توزیع، مورفولوژی و پایداری آنها را اصلاح کند. مانند تنگستن، اثر به شدت به کربن و کروم بستگی دارد.
مولیبدن به طور مستقل مقاومت در برابر سایش ایجاد نمی کند. مزیت آن بستگی به این دارد که آیا عملیات حرارتی یا مسیر انجماد ایجاد می کند:
کروم به طور معمول عنصر غیرفعال کننده اصلی در آلیاژهای کبالت-کروم است. مولیبدن می تواند رفتار لایه غیرفعال را تغییر دهد و ممکن است مقاومت را در برخی از محیط های حاوی کلرید یا کاهش دهنده بهبود بخشد.
مطالعه Co-30Cr-6Mo در محلول حاوی کلرید و بی کربنات نشان داد که کروم و مولیبدن انحلال کبالت را سرکوب کرده و رفتار غیرفعال کروم مانند ایجاد می کند.
این مطالعه از یک محلول فیزیولوژیکی شبیه سازی شده استفاده کرد، نه یک دوغاب صنعتی یا فرآیند اسیدی. نتایج آن مکانیسمی را نشان میدهد، اما یک آلیاژ برای خدمات معدن، شیمیایی یا میدان نفتی واجد شرایط نیست. آزمایش واقعی سیال فرآیند ممکن است هنوز لازم باشد.
منبع: رفتارهای انفعالی و خوردگی کبالت و آلیاژ Co-Cr-Mo.
برخی از سیستم های Co-Cr-Mo می توانند تعادل مطلوبی بین استحکام ماتریس، شکل پذیری و پشتیبانی کاربید ایجاد کنند. این می تواند تمایل به جدا شدن ذرات سخت تحت تماس لغزشی را کاهش دهد.
با این حال، Co-Cr-Mo به طور خودکار از هر آلیاژ Co-Cr-W سخت تر نیست. کربن، عیوب ریختهگری، عملیات حرارتی، ضخامت بخش و دمای آزمایش میتوانند رتبهبندی ظاهری را معکوس کنند.
| عامل انتخاب | گرایش Co-Cr-W | گرایش Co-Cr-Mo | صلاحیت مورد نیاز |
|---|---|---|---|
| سختی گرم | اغلب یک دلیل قوی طراحی برای استفاده از W | همچنین می تواند در دمای بالا کار کند | تست سختی گرم یا سایش در دمای واقعی |
| ساییدگی چسب و سوزش | اغلب برای تماس شدید فلز با فلز در نظر گرفته می شود | همچنین بسته به کربن و ماتریکس ممکن است در برابر گاز سوزی مقاومت کند | جفت تماس، بار، سرعت و روانکاری |
| سایش ساینده | فازهای سخت حاوی W ممکن است کمک کنند | کاربیدهای حاوی مو و استحکام ماتریس ممکن است کمک کنند | نوع ساینده، اندازه، بار و ضربه |
| خوردگی | کروم عنصر اصلی منفعل کننده باقی می ماند | Mo ممکن است برای برخی از محیط های کلرید یا احیا کننده مفید باشد | تست خوردگی فرآیند-سیال یا tribocorrosion |
| تراکم | زمانی که W قابل توجهی اضافه شود، بیشتر می شود | چگالی اضافه کمتر از محتوای W معادل | بررسی مولفه-وزن و جرم دوار |
| جداسازی ریخته گری | افزودنی های سنگین W نیاز به کنترل دقیق دارند | Mo نیز تفکیک می کند اما متفاوت | نقشه برداری شیمی و نمونه برداری نماینده |
| ماشین کاری | فازهای سخت می تواند ماشینکاری را دشوار کند | بسته به کسر کاربید نیز می تواند دشوار باشد | کمک هزینه ابزار و ماشینکاری |
| جوشکاری و سخت کاری | ترکیب باید رقیق شدن و ترک خوردگی را در نظر بگیرد | همان نیاز؛ Mo خطر جوشکاری را از بین نمی برد | صلاحیت روش و شیمی فلزات رسوبی |
| هزینه و در دسترس بودن | تنگستن ممکن است قرار گرفتن در معرض مواد خام بالاتری ایجاد کند | قیمت مولیبدن نیز متفاوت است | نقل قول فعلی و بررسی زنجیره تامین |
اینها گرایش های مهندسی هستند، نه رتبه بندی تضمین شده.
یک مطالعه در سال 2020 رفتار اصطکاک و سایش متفاوتی را در بین آلیاژهای CoCrW و CoCrMo تولید شده با پودر از دمای اتاق تا 1000 درجه سانتی گراد نشان داد. یک مطالعه جداگانه روی آلیاژهای دندانی خاص Co-Cr-Mo و Co-Cr-W-Mo نشان داد که ماده Co-Cr-Mo آزمایش شده در شرایط خاص مقاومت سایش بهتری دارد.
برعکس، تحقیقات روی رسوبات سیم جوش CoCrMo و CoCrW روی یک بستر سوپرآلیاژی، تفاوتهای وابسته به شرایط را در خستگی و سایش در دمای بالا گزارش کردند.
این نتایج یک اصل مرکزی را تقویت می کند: رتبه بندی عملکرد به ترکیب دقیق، مسیر تولید، ریزساختار و روش آزمایش بستگی دارد.
منابع: مطالعه آلیاژ ماتریس CoCr، مطالعه بارش Co-Cr-Mo و Co-Cr-W-Mo، و CoCrMo در مقابل ذخایر جوشکاری CoCrW.
تنگستن و مولیبدن را نمی توان بدون کربن ارزیابی کرد.
کربن مقدار بالقوه تشکیل کاربید را کنترل می کند. آلیاژ کم کربن ممکن است بیشتر به تقویت محلول جامد و رفتار ماتریس وابسته باشد. آلیاژ کربن بالاتر ممکن است دارای کسر کاربید بزرگتر و سختی بالاتر اما شکل پذیری کمتر باشد.
| تمایل سطح کربن | جهت ریزساختاری مورد انتظار | مزیت بالقوه | ریسک بالقوه |
|---|---|---|---|
| کربن کمتر | کسر کاربید پایین؛ ماتریس پیوسته تر | شکل پذیری بهتر و پاسخ به شوک حرارتی | کاهش مقاومت در برابر سایش شدید |
| کربن متوسط | جمعیت ماتریس و کاربید متعادل | ترکیبی از گالری و مقاومت در برابر سایش | نیاز به ریخته گری کنترل شده و عملیات حرارتی دارد |
| کربن بالاتر | پتانسیل تشکیل کاربید بیشتر | سختی و مقاومت در برابر سایش بالاتر | شکنندگی، شبکه های کاربید و ترک خوردگی |
| کربن موضعی بسیار بالا به دلیل جداسازی | مناطق غیریکنواخت غنی از کاربید | بدون مزیت مهندسی قابل اعتماد | مسیرهای ترک محلی و ماشینکاری ناسازگار |
محتوای کربن صحیح به قطعه و مکانیسم خرابی بستگی دارد.
نشیمن سوپاپ که در معرض سایش چسب، خوردگی و تماس آببندی قرار میگیرد، نیازی به تعادل ماتریس-کاربید مشابه با لایههای سخت در معرض سایش معدنی ندارد.
اصطلاح "آلیاژ کبالت تنگستن" می تواند سردرگمی ایجاد کند.
یک آلیاژ Co-Cr-W ریختهگری یا رسوبشده حاوی کبالت به عنوان ماتریس اصلی با کروم، تنگستن، کربن و سایر مواد افزودنی است.
کاربید سیمانی WC-Co یک سیستم مواد متفاوت است. عمدتاً از ذرات تنگستن-کاربید تشکیل شده است که توسط مقدار کمتری کبالت به هم متصل شده اند. به طور کلی توسط فرآیندهای متالورژی پودر و تف جوشی تولید می شود.
| سیستم مواد | فاز سخت اصلی | بایندر یا ماتریس اصلی | مسیر تولید معمولی |
|---|---|---|---|
| آلیاژ Co-Cr-W | کاربیدهای حاوی کروم و تنگستن | ماتریس فلزی غنی از کبالت | ریخته گری، هاردفاسینگ، تثبیت پودر |
| آلیاژ Co-Cr-Mo | کاربیدهای حاوی کروم و مولیبدن | ماتریس فلزی غنی از کبالت | ریخته گری، فرآوری، پودر یا رسوب |
| کاربید سیمانی WC-Co | کاربید تنگستن | چسب کبالت | پرس پودر و تف جوشی فاز مایع |
| آلیاژی همراه با ذرات WC اضافه شده | ذرات تنگستن کاربید را معرفی کرد | ماتریس آلیاژ کبالت | PTA، روکش لیزری، HVOF یا سایر مسیرهای رسوب گذاری |
مواد در ترکیب، کسر فاز، پردازش، چقرمگی، قابلیت تعمیر و هزینه متفاوت هستند. آنها هرگز نباید قابل تعویض باشند زیرا هر دو حاوی کبالت و تنگستن هستند.
ریخته گری یک ساختار انجماد دندریتی ایجاد می کند. تنگستن، مولیبدن، کروم و کربن ممکن است بین هسته های دندریت و مناطق بین دندریتی جدا شوند.
کنترل های مهم ریخته گری عبارتند از:
تغییرات بخش بزرگ می تواند نرخ های خنک کننده و مورفولوژی های کاربید متفاوتی را در یک جزء ایجاد کند.
مسیرهای پودری می توانند ارائه دهند:
نتیجه به دست آمده از یک نمونه تحقیق پودر متالورژی را نباید برای یک ریخته گری معمولی فرض کرد.
Hardfacing متغیرهای اضافی را معرفی می کند:
AWS A5.21/A5.21M طبقه بندی الکترودها و میله های لخت را برای سطح بندی پوشش می دهد. نسخه فعلی 2024 شامل طبقه بندی های پایه کبالت است. طبقه بندی پرکننده-فلز مواد شیمیایی رسوبی قابل مصرف یا رقیق نشده را توصیف می کند. این به خودی خود شیمی پوشش نهایی رقیق شده را تضمین نمی کند.
منبع: AWS A5.21/A5.21M:2024.
پودر آلیاژ کبالت ممکن است برای فرآیندهای رسوب گذاری مختلف استفاده شود، اما اندازه ذرات، مورفولوژی و شیمی باید با تجهیزات مطابقت داشته باشد.
پوشش نهایی به موارد زیر بستگی دارد:
پودر مناسب برای یک فرآیند نباید به طور خودکار در فرآیند دیگر استفاده شود.
برای کشویی فلز به فلز، بپرسید:
یک آلیاژ Co-Cr-W ممکن است برای سختی گرم و مقاومت در برابر حرارت جذاب باشد، اما انتخاب نهایی باید شامل پوشش سطح و سازگاری با سطح مقابل باشد.
برای سایش مواد معدنی یا ذرات، ثبت کنید:
آلیاژ کبالت با کاربید بالا ممکن است در برابر سایش مقاومت کند، اما اگر جمعیت کاربید خیلی درشت یا ضعیف باشد، می تواند آسیب پذیر شود.
سایش خوردگی را نمی توان با تست سختی خشک پیش بینی کرد.
ارائه کنید:
مولیبدن ممکن است در برخی از محیطهای خورنده مفید باشد، اما آزمایشهای آزمایشگاهی باید مایع واقعی را در جایی که پیامدهای خرابی قابل توجه است، بازتولید کند.
برای سرویس گرم شامل موارد زیر است:
محتوای تنگستن بالا اکسیداسیون، خستگی حرارتی یا خزش را از بین نمی برد.
| بازرسی | هدف | محدودیت مهم |
|---|---|---|
| طیف سنجی انتشار نوری | شیمی آلیاژ اصلی و بسیاری از عناصر کمیاب را اندازه گیری می کند | آماده سازی و کالیبراسیون نمونه باید با آلیاژهای کبالت مطابقت داشته باشد |
| تجزیه و تحلیل کربن احتراق | اندازه گیری کربن قابل اعتماد را ارائه می دهد | کربن نباید از XRF استنباط شود |
| فلورسانس اشعه ایکس | برای شناسایی Co، Cr، W و Mo مفید است | به طور کلی برای اندازه گیری دقیق کربن نامناسب است |
| تست سختی | پاسخ مکانیکی محلی را تایید می کند | مورفولوژی یا چقرمگی کاربید را تعریف نمی کند |
| متالوگرافی | دندریت ها، کاربیدها، تخلخل و توزیع فاز را ارزیابی می کند | محل نمونه برداری باید معرف جزء باشد |
| بازرسی مایع نافذ | ناپیوستگی های سطح شکن را تشخیص می دهد | عیوب داخلی را آشکار نمی کند |
| رادیوگرافی یا UT واجد شرایط | ناپیوستگی های داخلی انتخاب شده را ارزیابی می کند | هندسه و ساختار درشت می تواند بر حساسیت تأثیر بگذارد |
| بازرسی ابعادی | تناسب، هندسه آب بندی و ماشینکاری را تایید می کند | متالورژی را تأیید نمی کند |
| PMI | به جلوگیری از مخلوط شدن آلیاژ کمک می کند | روش باید تفاوتهای W/Mo را شناسایی کند و نمیتواند جایگزین شیمی کامل آزمایشگاهی شود |
طرح بازرسی باید مکان های آزمایش و معیارهای پذیرش را قبل از تولید مشخص کند.
ارائه کنید:
از درخواست "بالاترین آلیاژ تنگستن" یا "حداکثر سختی" بدون اطلاعات عملیاتی خودداری کنید. محتوای آلیاژی بیشتر می تواند هزینه و شکنندگی را بدون رفع شکست واقعی افزایش دهد.
برای اجزای ریختگی آلیاژ کبالت، نگاه کنید به:
برای سطوح سایش رسوبی، نگاه کنید به:
برای پیشینه بیشتر بخوانید:
در این صفحات محصولات و فرآیندهای مختلف توضیح داده شده است. آلیاژ و فرآیند باید از روی نقشه مشتری، شرایط خدمات و الزامات پذیرش تأیید شود.
این مقاله راهنمایی کلی برای انتخاب مواد ارائه می دهد. این نشان نمیدهد که Co-Cr-W یا Co-Cr-Mo برتری جهانی دارند.
انتخاب نهایی مواد بر عهده مالک تجهیزات، مهندس مسئول، خریدار و سازنده تحت یک مشخصات توافق شده باقی می ماند.
ریخته گری، آسیاب، ماشینکاری، پاشش حرارتی و جوشکاری مواد حاوی کبالت می تواند گرد و غبار یا دود حاوی کبالت تولید کند. NIOSH استنشاق، بلع و تماس با پوست یا چشم را به عنوان مسیرهای قرار گرفتن در معرض گرد و غبار و دود فلز کبالت شناسایی می کند و سیستم تنفسی و پوست را در میان اندام های هدف فهرست می کند.
از یک ارزیابی بهداشتی صنعتی مستند، محفظه فرآیند یا تهویه خروجی محلی، نظافت خانه مناسب و تجهیزات حفاظت فردی مخصوص کار استفاده کنید. انتخاب دستگاه تنفس باید بر اساس میزان قرار گرفتن در معرض اندازه گیری شده و یک برنامه حفاظت تنفسی قابل اجرا باشد.
منابع: راهنمای جیبی NIOSH - گرد و غبار و دود فلز کبالت و تهویه محلی اگزوز NIOSH برای جوشکاری.
نه. تنگستن می تواند سختی گرم و استحکام ماتریس را پشتیبانی کند، اما اکسیداسیون، مورفولوژی کاربید، خستگی حرارتی و مسیر تولید نیز عملکرد را کنترل می کند.
خیر. مولیبدن ممکن است در برخی از محیطها از حالت انفعالی استفاده کند، اما محتوای کروم، شیمی سیال، دما و حذف مکانیکی لایه مهم باقی میماند. هنگامی که خطر خوردگی قابل توجه است، محیط فرآیند واقعی را آزمایش کنید.
خیر. آنها دارای جرم اتمی، رفتار کاربید، پارتیشن بندی و اثرات پردازشی متفاوتی هستند. جایگزینی نیاز به طراحی مجدد و صلاحیت آلیاژ دارد.
نه لزوما. سایش همچنین به پشتیبانی کاربید، چقرمگی، حالت اصطکاک، دما، خوردگی و مواد مقابل بستگی دارد.
XRF می تواند به شناسایی کبالت، کروم، تنگستن و مولیبدن کمک کند، اما به طور کلی نمی تواند نتیجه کربن مورد نیاز برای کنترل کاربید را فراهم کند. از روش مناسب آنالیز کربن استفاده کنید.
خیر. ریخته گری به عنوان اجزای کامل جامد می شود. رسوبات سخت تحت تأثیر رقت، ضخامت لایه، خنک شدن و فلز پایه قرار می گیرند.
در صورت امکان، یک طبقه بندی عمومی شناخته شده یا یک طرح شیمی و پذیرش توافق شده را مشخص کنید. نام های تجاری می توانند اشکال مختلف یا انواع تاریخی را پوشش دهند.
ترسیم هندسه را تعریف می کند، اما داده های سرویس نیز ضروری هستند. اطلاعات مربوط به خرابی مکانیزم سایش، دما، متوسط، بار، سطح مقابل و جریان را ارائه دهید.
تنگستن و مولیبدن هر دو افزودنی های ارزشمندی به آلیاژهای کبالت کروم هستند، اما مشکلات متالورژی متفاوتی را حل می کنند.
تنگستن می تواند به تقویت محلول جامد قوی، سختی داغ و فازهای سخت حاوی تنگستن کمک کند. همچنین می تواند تراکم، حساسیت جداسازی و سختی ماشینکاری را افزایش دهد.
مولیبدن می تواند ماتریس غنی از کبالت را تقویت کند، در تشکیل کاربید شرکت کند و از رفتار خوردگی در محیط های خاص حمایت کند. مزیت آن هنوز به کروم، کربن، عملیات حرارتی و مسیر تولید بستگی دارد.
سوال مهندسی صحیح این نیست:
آیا تنگستن بهتر از مولیبدن است؟
این است:
"کدام ترکیبی از شیمی ماتریس، ساختار کاربید و فرآیند تولید به بهترین وجه شرایط سایش، خوردگی و دما را نشان می دهد؟"
ارسال نقشهها، شیمی فعلی، عکسهای شکست خورده و دادههای عملیاتی از طریقصفحه تماس EB Castingsیا ایمیلcast@ebcastings.com.
تمام الزامات آلیاژ، فرآیند و بازرسی باید قبل از نقل قول و ساخت تأیید شود.
پرس و جوهای اجزای مبتنی بر نقشه را در رابطه با این بحث مواد یا وسایل کاوش کنید.
آلیاژهای کبالت کروم در جایی استفاده میشوند که فولادهای معمولی با سایش چسب، خوردگی، دمای بالا یا ترکیبی از این مکانیسمها دست و پنجه نرم میکنند. کاربردهای صنعتی معمولی شامل گلوله ها و نشیمنگاه های شیر، بوشینگ ها، اجزای گرم کار، قطعات اکستروژن، رسوبات سخت و سطوح سایش موضعی است.
با این حال، "آلیاژ کبالت کروم" یک مشخصات کامل مواد نیست.
افزودن تنگستن، مولیبدن، کربن، نیکل، سیلیکون و آهن می تواند ریزساختار و رفتار خدماتی آلیاژ را به طور قابل ملاحظه ای تغییر دهد. مسیر تولید به همان اندازه مهم است. نباید انتظار داشت که یک جزء Co-Cr-W ریخته گری، یک قطعه پودر متالورژی Co-Cr-Mo و یک رسوب سخت کبالت جوش داده شده حتی زمانی که تجزیه و تحلیل های شیمیایی آنها مشابه به نظر می رسد، یکسان رفتار کنند.
یکی از مهمترین سؤالات انتخاب مواد این است که آیا تنگستن یا مولیبدن باید اثر تقویت کننده اصلی را ایجاد کنند.
هر دو عنصر می توانند ماتریس غنی از کبالت را تقویت کرده و در تشکیل کاربید شرکت کنند. با این وجود تأثیرات آنها قابل تعویض نیست.
این مقاله توضیح می دهد:
آلیاژهای کبالت مقاوم در برابر سایش صنعتی معمولاً حاوی ماتریس غنی از کبالت و فازهای سخت پراکنده هستند.
کبالت ماتریس پایه را فراهم می کند. کروم از مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون پشتیبانی می کند و همچنین در تشکیل کاربید شرکت می کند. کربن مقدار و نوع کاربید را که می تواند تشکیل شود کنترل می کند. تنگستن یا مولیبدن ممکن است ماتریکس را تقویت کند، شیمی کاربید را تغییر دهد و بر رفتار دمای بالا تأثیر بگذارد.
ریزساختار می تواند شامل موارد زیر باشد:
ASM International تأکید می کند که ساختار آلیاژ کبالت، خواص و رفتار سایش به ترکیب شیمیایی و مسیر تولید بستگی دارد. آلیاژهای کبالت ممکن است ریخته گری، فرفورژه، جوش داده شده به صورت سخت یا در فرآیندهای متالورژی پودر شوند.
منبع: ASM-اصطکاک و سایش آلیاژهای پایه کبالت.
تنگستن یک عنصر نسوز سنگین با نقطه ذوب بالا است. در آلیاژهای کبالت کروم، می تواند از طریق تقویت محلول جامد و مشارکت در کاربید سخت یا تشکیل فاز پیچیده کمک کند.
اتم های تنگستن بسیار بزرگتر و سنگین تر از اتم های کبالت هستند. هنگامی که تنگستن در ماتریس غنی از کبالت حل می شود، تفاوت در اندازه اتمی باعث ایجاد کرنش شبکه می شود که حرکت نابجایی را دشوارتر می کند.
این می تواند پشتیبانی کند:
اثر مفید بستگی به این دارد که چقدر تنگستن در محلول باقی می ماند نه اینکه در کاربیدها یا مناطق جدا شده متمرکز شود.
هنگامی که کربن کافی در دسترس باشد، تنگستن می تواند در تشکیل کاربید شرکت کند. بسته به شرایط شیمیایی و انجماد کامل، آلیاژ ممکن است حاوی کاربیدهای غنی از کروم، کاربیدهای غنی از تنگستن یا کاربیدهای مخلوط فلزی پیچیده باشد.
کاربیدهای سخت می توانند مقاومت در برابر سایش را با مقاومت در برابر:
با این حال، کاربیدها باید به اندازه کافی توسط ماتریس پشتیبانی شوند. یک کسر کاربید بالا در یک ماتریس ضعیف یا بسیار جدا شده می تواند منجر به ترک خوردگی و خروج کاربید شود.
تنگستن دارای نفوذ کم است و می تواند به مقاومت در دمای بالا و پایداری ساختار کمک کند. این امر آلیاژهای Co-Cr-W را برای کاربردهای سایش گرم، برش گرم و دریچه یا آب بندی در دمای بالا جذاب می کند.
نتیجه هنوز باید در دمای واقعی تایید شود. اکسیداسیون، چرخه حرارتی، خزش، انبساط حرارتی و تنش تماسی میتواند بر عملکرد حتی زمانی که سختی دمای اتاق بالا است، غالب شود.
تنگستن به طور قابل توجهی چگال تر از مولیبدن است. بنابراین افزودن تنگستن بالا می تواند چگالی جزء یا لایه رسوبی را افزایش دهد.
تنگستن نیز ممکن است افزایش یابد:
درصد اسمی تنگستن شواهد کافی برای توزیع یکنواخت عنصر از طریق ریختهگری بزرگ نیست.
مولیبدن نیز یک عنصر آلیاژی نسوز است. می تواند ماتریس کبالت را تقویت کند، در تشکیل کاربید شرکت کند و بر رفتار خوردگی تأثیر بگذارد.
مولیبدن حل شده در ماتریس غنی از کبالت می تواند مانع حرکت نابجایی شود و استحکام ماتریس را بهبود بخشد.
تحقیقاتی که با مقایسه آلیاژهای CoCrNi، CoCrW و CoCrMo در زمینه پودر متالورژی انجام شد، نشان داد که نیکل، تنگستن و مولیبدن تعادل فاز، مقادیر سختی و واکنشهای سایش در دمای بالا را تولید میکنند. این مطالعه همچنین نشان داد که ضریب اصطکاک مستقیماً نرخ سایش را پیشبینی نمیکند.
از آنجایی که نمونه ها توسط متالورژی پودر تحت ترکیبات و شرایط آزمایشی خاص تولید شده اند، رتبه بندی نباید مستقیماً به ریخته گری شن و ماسه یا رسوبات جوش داده شده منتقل شود.
منبع: اثر Ni، W و Mo بر روی آلیاژهای ماتریس CoCr.
مولیبدن می تواند وارد کاربیدهای پیچیده شده و توزیع، مورفولوژی و پایداری آنها را اصلاح کند. مانند تنگستن، اثر به شدت به کربن و کروم بستگی دارد.
مولیبدن به طور مستقل مقاومت در برابر سایش ایجاد نمی کند. مزیت آن بستگی به این دارد که آیا عملیات حرارتی یا مسیر انجماد ایجاد می کند:
کروم به طور معمول عنصر غیرفعال کننده اصلی در آلیاژهای کبالت-کروم است. مولیبدن می تواند رفتار لایه غیرفعال را تغییر دهد و ممکن است مقاومت را در برخی از محیط های حاوی کلرید یا کاهش دهنده بهبود بخشد.
مطالعه Co-30Cr-6Mo در محلول حاوی کلرید و بی کربنات نشان داد که کروم و مولیبدن انحلال کبالت را سرکوب کرده و رفتار غیرفعال کروم مانند ایجاد می کند.
این مطالعه از یک محلول فیزیولوژیکی شبیه سازی شده استفاده کرد، نه یک دوغاب صنعتی یا فرآیند اسیدی. نتایج آن مکانیسمی را نشان میدهد، اما یک آلیاژ برای خدمات معدن، شیمیایی یا میدان نفتی واجد شرایط نیست. آزمایش واقعی سیال فرآیند ممکن است هنوز لازم باشد.
منبع: رفتارهای انفعالی و خوردگی کبالت و آلیاژ Co-Cr-Mo.
برخی از سیستم های Co-Cr-Mo می توانند تعادل مطلوبی بین استحکام ماتریس، شکل پذیری و پشتیبانی کاربید ایجاد کنند. این می تواند تمایل به جدا شدن ذرات سخت تحت تماس لغزشی را کاهش دهد.
با این حال، Co-Cr-Mo به طور خودکار از هر آلیاژ Co-Cr-W سخت تر نیست. کربن، عیوب ریختهگری، عملیات حرارتی، ضخامت بخش و دمای آزمایش میتوانند رتبهبندی ظاهری را معکوس کنند.
| عامل انتخاب | گرایش Co-Cr-W | گرایش Co-Cr-Mo | صلاحیت مورد نیاز |
|---|---|---|---|
| سختی گرم | اغلب یک دلیل قوی طراحی برای استفاده از W | همچنین می تواند در دمای بالا کار کند | تست سختی گرم یا سایش در دمای واقعی |
| ساییدگی چسب و سوزش | اغلب برای تماس شدید فلز با فلز در نظر گرفته می شود | همچنین بسته به کربن و ماتریکس ممکن است در برابر گاز سوزی مقاومت کند | جفت تماس، بار، سرعت و روانکاری |
| سایش ساینده | فازهای سخت حاوی W ممکن است کمک کنند | کاربیدهای حاوی مو و استحکام ماتریس ممکن است کمک کنند | نوع ساینده، اندازه، بار و ضربه |
| خوردگی | کروم عنصر اصلی منفعل کننده باقی می ماند | Mo ممکن است برای برخی از محیط های کلرید یا احیا کننده مفید باشد | تست خوردگی فرآیند-سیال یا tribocorrosion |
| تراکم | زمانی که W قابل توجهی اضافه شود، بیشتر می شود | چگالی اضافه کمتر از محتوای W معادل | بررسی مولفه-وزن و جرم دوار |
| جداسازی ریخته گری | افزودنی های سنگین W نیاز به کنترل دقیق دارند | Mo نیز تفکیک می کند اما متفاوت | نقشه برداری شیمی و نمونه برداری نماینده |
| ماشین کاری | فازهای سخت می تواند ماشینکاری را دشوار کند | بسته به کسر کاربید نیز می تواند دشوار باشد | کمک هزینه ابزار و ماشینکاری |
| جوشکاری و سخت کاری | ترکیب باید رقیق شدن و ترک خوردگی را در نظر بگیرد | همان نیاز؛ Mo خطر جوشکاری را از بین نمی برد | صلاحیت روش و شیمی فلزات رسوبی |
| هزینه و در دسترس بودن | تنگستن ممکن است قرار گرفتن در معرض مواد خام بالاتری ایجاد کند | قیمت مولیبدن نیز متفاوت است | نقل قول فعلی و بررسی زنجیره تامین |
اینها گرایش های مهندسی هستند، نه رتبه بندی تضمین شده.
یک مطالعه در سال 2020 رفتار اصطکاک و سایش متفاوتی را در بین آلیاژهای CoCrW و CoCrMo تولید شده با پودر از دمای اتاق تا 1000 درجه سانتی گراد نشان داد. یک مطالعه جداگانه روی آلیاژهای دندانی خاص Co-Cr-Mo و Co-Cr-W-Mo نشان داد که ماده Co-Cr-Mo آزمایش شده در شرایط خاص مقاومت سایش بهتری دارد.
برعکس، تحقیقات روی رسوبات سیم جوش CoCrMo و CoCrW روی یک بستر سوپرآلیاژی، تفاوتهای وابسته به شرایط را در خستگی و سایش در دمای بالا گزارش کردند.
این نتایج یک اصل مرکزی را تقویت می کند: رتبه بندی عملکرد به ترکیب دقیق، مسیر تولید، ریزساختار و روش آزمایش بستگی دارد.
منابع: مطالعه آلیاژ ماتریس CoCr، مطالعه بارش Co-Cr-Mo و Co-Cr-W-Mo، و CoCrMo در مقابل ذخایر جوشکاری CoCrW.
تنگستن و مولیبدن را نمی توان بدون کربن ارزیابی کرد.
کربن مقدار بالقوه تشکیل کاربید را کنترل می کند. آلیاژ کم کربن ممکن است بیشتر به تقویت محلول جامد و رفتار ماتریس وابسته باشد. آلیاژ کربن بالاتر ممکن است دارای کسر کاربید بزرگتر و سختی بالاتر اما شکل پذیری کمتر باشد.
| تمایل سطح کربن | جهت ریزساختاری مورد انتظار | مزیت بالقوه | ریسک بالقوه |
|---|---|---|---|
| کربن کمتر | کسر کاربید پایین؛ ماتریس پیوسته تر | شکل پذیری بهتر و پاسخ به شوک حرارتی | کاهش مقاومت در برابر سایش شدید |
| کربن متوسط | جمعیت ماتریس و کاربید متعادل | ترکیبی از گالری و مقاومت در برابر سایش | نیاز به ریخته گری کنترل شده و عملیات حرارتی دارد |
| کربن بالاتر | پتانسیل تشکیل کاربید بیشتر | سختی و مقاومت در برابر سایش بالاتر | شکنندگی، شبکه های کاربید و ترک خوردگی |
| کربن موضعی بسیار بالا به دلیل جداسازی | مناطق غیریکنواخت غنی از کاربید | بدون مزیت مهندسی قابل اعتماد | مسیرهای ترک محلی و ماشینکاری ناسازگار |
محتوای کربن صحیح به قطعه و مکانیسم خرابی بستگی دارد.
نشیمن سوپاپ که در معرض سایش چسب، خوردگی و تماس آببندی قرار میگیرد، نیازی به تعادل ماتریس-کاربید مشابه با لایههای سخت در معرض سایش معدنی ندارد.
اصطلاح "آلیاژ کبالت تنگستن" می تواند سردرگمی ایجاد کند.
یک آلیاژ Co-Cr-W ریختهگری یا رسوبشده حاوی کبالت به عنوان ماتریس اصلی با کروم، تنگستن، کربن و سایر مواد افزودنی است.
کاربید سیمانی WC-Co یک سیستم مواد متفاوت است. عمدتاً از ذرات تنگستن-کاربید تشکیل شده است که توسط مقدار کمتری کبالت به هم متصل شده اند. به طور کلی توسط فرآیندهای متالورژی پودر و تف جوشی تولید می شود.
| سیستم مواد | فاز سخت اصلی | بایندر یا ماتریس اصلی | مسیر تولید معمولی |
|---|---|---|---|
| آلیاژ Co-Cr-W | کاربیدهای حاوی کروم و تنگستن | ماتریس فلزی غنی از کبالت | ریخته گری، هاردفاسینگ، تثبیت پودر |
| آلیاژ Co-Cr-Mo | کاربیدهای حاوی کروم و مولیبدن | ماتریس فلزی غنی از کبالت | ریخته گری، فرآوری، پودر یا رسوب |
| کاربید سیمانی WC-Co | کاربید تنگستن | چسب کبالت | پرس پودر و تف جوشی فاز مایع |
| آلیاژی همراه با ذرات WC اضافه شده | ذرات تنگستن کاربید را معرفی کرد | ماتریس آلیاژ کبالت | PTA، روکش لیزری، HVOF یا سایر مسیرهای رسوب گذاری |
مواد در ترکیب، کسر فاز، پردازش، چقرمگی، قابلیت تعمیر و هزینه متفاوت هستند. آنها هرگز نباید قابل تعویض باشند زیرا هر دو حاوی کبالت و تنگستن هستند.
ریخته گری یک ساختار انجماد دندریتی ایجاد می کند. تنگستن، مولیبدن، کروم و کربن ممکن است بین هسته های دندریت و مناطق بین دندریتی جدا شوند.
کنترل های مهم ریخته گری عبارتند از:
تغییرات بخش بزرگ می تواند نرخ های خنک کننده و مورفولوژی های کاربید متفاوتی را در یک جزء ایجاد کند.
مسیرهای پودری می توانند ارائه دهند:
نتیجه به دست آمده از یک نمونه تحقیق پودر متالورژی را نباید برای یک ریخته گری معمولی فرض کرد.
Hardfacing متغیرهای اضافی را معرفی می کند:
AWS A5.21/A5.21M طبقه بندی الکترودها و میله های لخت را برای سطح بندی پوشش می دهد. نسخه فعلی 2024 شامل طبقه بندی های پایه کبالت است. طبقه بندی پرکننده-فلز مواد شیمیایی رسوبی قابل مصرف یا رقیق نشده را توصیف می کند. این به خودی خود شیمی پوشش نهایی رقیق شده را تضمین نمی کند.
منبع: AWS A5.21/A5.21M:2024.
پودر آلیاژ کبالت ممکن است برای فرآیندهای رسوب گذاری مختلف استفاده شود، اما اندازه ذرات، مورفولوژی و شیمی باید با تجهیزات مطابقت داشته باشد.
پوشش نهایی به موارد زیر بستگی دارد:
پودر مناسب برای یک فرآیند نباید به طور خودکار در فرآیند دیگر استفاده شود.
برای کشویی فلز به فلز، بپرسید:
یک آلیاژ Co-Cr-W ممکن است برای سختی گرم و مقاومت در برابر حرارت جذاب باشد، اما انتخاب نهایی باید شامل پوشش سطح و سازگاری با سطح مقابل باشد.
برای سایش مواد معدنی یا ذرات، ثبت کنید:
آلیاژ کبالت با کاربید بالا ممکن است در برابر سایش مقاومت کند، اما اگر جمعیت کاربید خیلی درشت یا ضعیف باشد، می تواند آسیب پذیر شود.
سایش خوردگی را نمی توان با تست سختی خشک پیش بینی کرد.
ارائه کنید:
مولیبدن ممکن است در برخی از محیطهای خورنده مفید باشد، اما آزمایشهای آزمایشگاهی باید مایع واقعی را در جایی که پیامدهای خرابی قابل توجه است، بازتولید کند.
برای سرویس گرم شامل موارد زیر است:
محتوای تنگستن بالا اکسیداسیون، خستگی حرارتی یا خزش را از بین نمی برد.
| بازرسی | هدف | محدودیت مهم |
|---|---|---|
| طیف سنجی انتشار نوری | شیمی آلیاژ اصلی و بسیاری از عناصر کمیاب را اندازه گیری می کند | آماده سازی و کالیبراسیون نمونه باید با آلیاژهای کبالت مطابقت داشته باشد |
| تجزیه و تحلیل کربن احتراق | اندازه گیری کربن قابل اعتماد را ارائه می دهد | کربن نباید از XRF استنباط شود |
| فلورسانس اشعه ایکس | برای شناسایی Co، Cr، W و Mo مفید است | به طور کلی برای اندازه گیری دقیق کربن نامناسب است |
| تست سختی | پاسخ مکانیکی محلی را تایید می کند | مورفولوژی یا چقرمگی کاربید را تعریف نمی کند |
| متالوگرافی | دندریت ها، کاربیدها، تخلخل و توزیع فاز را ارزیابی می کند | محل نمونه برداری باید معرف جزء باشد |
| بازرسی مایع نافذ | ناپیوستگی های سطح شکن را تشخیص می دهد | عیوب داخلی را آشکار نمی کند |
| رادیوگرافی یا UT واجد شرایط | ناپیوستگی های داخلی انتخاب شده را ارزیابی می کند | هندسه و ساختار درشت می تواند بر حساسیت تأثیر بگذارد |
| بازرسی ابعادی | تناسب، هندسه آب بندی و ماشینکاری را تایید می کند | متالورژی را تأیید نمی کند |
| PMI | به جلوگیری از مخلوط شدن آلیاژ کمک می کند | روش باید تفاوتهای W/Mo را شناسایی کند و نمیتواند جایگزین شیمی کامل آزمایشگاهی شود |
طرح بازرسی باید مکان های آزمایش و معیارهای پذیرش را قبل از تولید مشخص کند.
ارائه کنید:
از درخواست "بالاترین آلیاژ تنگستن" یا "حداکثر سختی" بدون اطلاعات عملیاتی خودداری کنید. محتوای آلیاژی بیشتر می تواند هزینه و شکنندگی را بدون رفع شکست واقعی افزایش دهد.
برای اجزای ریختگی آلیاژ کبالت، نگاه کنید به:
برای سطوح سایش رسوبی، نگاه کنید به:
برای پیشینه بیشتر بخوانید:
در این صفحات محصولات و فرآیندهای مختلف توضیح داده شده است. آلیاژ و فرآیند باید از روی نقشه مشتری، شرایط خدمات و الزامات پذیرش تأیید شود.
این مقاله راهنمایی کلی برای انتخاب مواد ارائه می دهد. این نشان نمیدهد که Co-Cr-W یا Co-Cr-Mo برتری جهانی دارند.
انتخاب نهایی مواد بر عهده مالک تجهیزات، مهندس مسئول، خریدار و سازنده تحت یک مشخصات توافق شده باقی می ماند.
ریخته گری، آسیاب، ماشینکاری، پاشش حرارتی و جوشکاری مواد حاوی کبالت می تواند گرد و غبار یا دود حاوی کبالت تولید کند. NIOSH استنشاق، بلع و تماس با پوست یا چشم را به عنوان مسیرهای قرار گرفتن در معرض گرد و غبار و دود فلز کبالت شناسایی می کند و سیستم تنفسی و پوست را در میان اندام های هدف فهرست می کند.
از یک ارزیابی بهداشتی صنعتی مستند، محفظه فرآیند یا تهویه خروجی محلی، نظافت خانه مناسب و تجهیزات حفاظت فردی مخصوص کار استفاده کنید. انتخاب دستگاه تنفس باید بر اساس میزان قرار گرفتن در معرض اندازه گیری شده و یک برنامه حفاظت تنفسی قابل اجرا باشد.
منابع: راهنمای جیبی NIOSH - گرد و غبار و دود فلز کبالت و تهویه محلی اگزوز NIOSH برای جوشکاری.
نه. تنگستن می تواند سختی گرم و استحکام ماتریس را پشتیبانی کند، اما اکسیداسیون، مورفولوژی کاربید، خستگی حرارتی و مسیر تولید نیز عملکرد را کنترل می کند.
خیر. مولیبدن ممکن است در برخی از محیطها از حالت انفعالی استفاده کند، اما محتوای کروم، شیمی سیال، دما و حذف مکانیکی لایه مهم باقی میماند. هنگامی که خطر خوردگی قابل توجه است، محیط فرآیند واقعی را آزمایش کنید.
خیر. آنها دارای جرم اتمی، رفتار کاربید، پارتیشن بندی و اثرات پردازشی متفاوتی هستند. جایگزینی نیاز به طراحی مجدد و صلاحیت آلیاژ دارد.
نه لزوما. سایش همچنین به پشتیبانی کاربید، چقرمگی، حالت اصطکاک، دما، خوردگی و مواد مقابل بستگی دارد.
XRF می تواند به شناسایی کبالت، کروم، تنگستن و مولیبدن کمک کند، اما به طور کلی نمی تواند نتیجه کربن مورد نیاز برای کنترل کاربید را فراهم کند. از روش مناسب آنالیز کربن استفاده کنید.
خیر. ریخته گری به عنوان اجزای کامل جامد می شود. رسوبات سخت تحت تأثیر رقت، ضخامت لایه، خنک شدن و فلز پایه قرار می گیرند.
در صورت امکان، یک طبقه بندی عمومی شناخته شده یا یک طرح شیمی و پذیرش توافق شده را مشخص کنید. نام های تجاری می توانند اشکال مختلف یا انواع تاریخی را پوشش دهند.
ترسیم هندسه را تعریف می کند، اما داده های سرویس نیز ضروری هستند. اطلاعات مربوط به خرابی مکانیزم سایش، دما، متوسط، بار، سطح مقابل و جریان را ارائه دهید.
تنگستن و مولیبدن هر دو افزودنی های ارزشمندی به آلیاژهای کبالت کروم هستند، اما مشکلات متالورژی متفاوتی را حل می کنند.
تنگستن می تواند به تقویت محلول جامد قوی، سختی داغ و فازهای سخت حاوی تنگستن کمک کند. همچنین می تواند تراکم، حساسیت جداسازی و سختی ماشینکاری را افزایش دهد.
مولیبدن می تواند ماتریس غنی از کبالت را تقویت کند، در تشکیل کاربید شرکت کند و از رفتار خوردگی در محیط های خاص حمایت کند. مزیت آن هنوز به کروم، کربن، عملیات حرارتی و مسیر تولید بستگی دارد.
سوال مهندسی صحیح این نیست:
آیا تنگستن بهتر از مولیبدن است؟
این است:
"کدام ترکیبی از شیمی ماتریس، ساختار کاربید و فرآیند تولید به بهترین وجه شرایط سایش، خوردگی و دما را نشان می دهد؟"
ارسال نقشهها، شیمی فعلی، عکسهای شکست خورده و دادههای عملیاتی از طریقصفحه تماس EB Castingsیا ایمیلcast@ebcastings.com.
تمام الزامات آلیاژ، فرآیند و بازرسی باید قبل از نقل قول و ساخت تأیید شود.
پرس و جوهای اجزای مبتنی بر نقشه را در رابطه با این بحث مواد یا وسایل کاوش کنید.