Кобальт-хромовые сплавы в аэрокосмической промышленности

Подавляющее большинство коммерчески доступных кобальтовых сплавов плавятся на воздухе или в аргоне, поскольку они не содержат высокореакционных элементов алюминия и титана, присутствие которых требует более сложных и дорогостоящих методов вакуумной плавки. Добавки кремния и марганца используются для повышения литейных свойств с точки зрения текучести сплава, практики раскисления сплава и контроля содержания серы. Вакуумная плавка необходима для контроля относительно низких уровней легирования сильных реакционноспособных элементов, образующих монокарбиды, таких как цирконий, гафний и титан, в современных сплавах, таких как ММ-509. Улучшения свойств при растяжении и разрыве более традиционных сплавов, таких как X-40, также являются результатом плавки в вакууме из-за более низкого уровня промежуточных слоев и «более чистого» материала.

Например, сплавы воздушной плавки обычно содержат 400 частей на миллион кислорода и 700 частей на миллион азота, в то время как сплавы, выплавленные в вакууме, содержат менее 100 частей на миллион этих элементов. Недавно электрошлаковый переплав (ЭШП) изучался и сравнивался с вакуумно-дуговым переплавом (ВДП). Небольшое улучшение характеристик разрушения, особенно при высоких напряжениях, было обнаружено для ЭШП ММ-302, ММ509 и Х-45 по сравнению с ВАР. Существенных изменений в микроструктуре сплава или неметаллических включений отмечено не было, хотя химический анализ показал небольшое снижение содержания серы и фосфора в материале ЭШП.

Алюминий был добавлен к кобальтовым сплавам как для деформируемых, так и для литейных применений, представленных листовым сплавом S-57 и литейным сплавом AR-213 соответственно. Добавки 5% по весу Процентное содержание алюминия в каждой из этих систем очень полезно для устойчивости к окислению и горячей коррозии.

Кобальт-хромовые сплавы устойчивы к окислению и коррозии.

Кобальт-хром-алюминий-иттриевые покрытия являются распространенными сплавами в коммерческих целях в качестве коррозионно-стойких сплавов, которые также используются в аэрокосмической промышленности для покрытия компонентов турбинных двигателей. Они армированы однородным несвязным слоем CoAl, который обладает свойствами, подобными сплавам, армированным карбидом. CoAl имеет тенденцию перегреваться выше 1400 ° F (760 ° C); однако огнеупорные добавки вольфрама к сплаву АР215 и тантала к С-57 стабилизируют шлам до более высокой температуры эксплуатации.

Добавки титана использовались в деформируемых сплавах CM-7 и Jetalloy 1650 для получения однородного когезионного упорядоченного осадка ГЦК (Co,Ni)3Ti, аналогичного y’ в никелевых сплавах. Высокая прочность на растяжение достигается до предела температурной стабильности этой фазы, который составляет около 1300 ° F (704 ° C). Однако уровни содержания титана выше примерно 5 мас. % вызывают фазовые нестабильности, которые генерируют фазы HCP-Co3Ti или C0ZTi-Laves.

Преднамеренное или непреднамеренное введение азота в некоторые воздушно-плавкие литейные сплавы также оказывает положительное, хотя и более слабое, углеродоподобное упрочняющее действие за счет образования нитридов и карбонитридов. В целом они менее термодинамически стабильны, чем карбиды, и в процессе эксплуатации подвергаются дегенеративным реакциям.

Бор добавляется в литые кобальтовые сплавы для повышения вязкости разрушения и пластичности, однако его точная функция в микроструктуре обычно скрыта карбидами. В никелевых сплавах бор осаждается на границах зерен в виде борида, богатого молибденом; аналогичный борид не был идентифицирован в сплавах кобальта. Уровень бора обычно составляет 0,015% масс. % Используются; однако добавки до 0,1 мас. % использовали для обеспечения дополнительной амплификации.

Значительные улучшения стойкости кобальтовых сплавов к окислению были достигнуты за последние два десятилетия путем добавления редкоземельных элементов иттрия и лантана в такие сплавы, как литой FSX-418 и кованый HS-188 соответственно. Удивительно, но добавки всего 0,08-0,15 мас. способствуют адгезии оксидных отложений и снижают кинетику окисления, особенно в условиях термоциклирования, и особенно эффективны для стабилизации Cr2O3 и минимизации образования шпинели CoCr2O4 и COO.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *