Aleaciones a base de níquel y aleaciones a base de cobalto

 

Piezas fundidas típicas de aleación de níquel

 

 

 

 

Las aleaciones de níquel son aleaciones compuestas de níquel como metal base y la adición de otros elementos. El níquel posee excelentes propiedades mecánicas, físicas y químicas; la adición de elementos adecuados puede mejorar su resistencia a la oxidación, a la corrosión, a las altas-temperaturas y ciertas propiedades físicas.

 

Las aleaciones a base de níquel-exhiben una alta resistencia y un cierto grado de resistencia a la oxidación y la corrosión a altas temperaturas de 650 a 1000 grados. Según sus propiedades principales, se subdividen en aleaciones resistentes al calor-a base de níquel-, aleaciones resistentes a la corrosión-a base de níquel-, aleaciones resistentes al desgaste-a base de níquel-, aleaciones de precisión a base de níquel-y aleaciones con memoria de forma a base de níquel-.

 

Las aleaciones de níquel se utilizan principalmente en las industrias electrónica, química, de maquinaria, médica, de desarrollo energético y marina, de aviación y aeroespacial. Las aleaciones de níquel también se pueden utilizar como materiales para tubos de electrones y como aleaciones de precisión (aleaciones magnéticas, aleaciones de resistencia de precisión, aleaciones electrotérmicas, etc.).

 

 

Piezas fundidas típicas de aleación de cobalto

 

 

 

La aleación a base de cobalto-es una aleación dura que puede soportar varios tipos de desgaste, corrosión y oxidación a alta temperatura. Las aleaciones a base de cobalto-se basan en cobalto como componente principal, que contiene una cantidad considerable de níquel, elementos químicos de aleación como cromo, tungsteno y una pequeña cantidad de elementos de aleación como molibdeno, niobio, tantalio, titanio, lantano y ocasionalmente hierro. De acuerdo con la diferente composición de la aleación, la aleación a base de cobalto-se puede convertir en alambre de soldadura, y el polvo se puede utilizar para soldadura de superficies duras-, pulverización térmica, soldadura por pulverización y otros procesos, y también se puede convertir en piezas fundidas, forjadas y de pulvimetalurgia. Clasificadas por su uso final, las aleaciones a base de cobalto-se pueden dividir en aleaciones a base de cobalto-resistentes al desgaste-, aleaciones a base de cobalto-para altas-temperaturas y aleaciones en solución a base de cobalto-resistentes a la corrosión-. En condiciones generales de funcionamiento, son resistentes al desgaste-y a las altas-temperaturas o al desgaste-y a la corrosión-. Algunas condiciones de funcionamiento también pueden requerir alta temperatura, resistencia al desgaste y a la corrosión al mismo tiempo. Cuanto más complejas sean las condiciones de trabajo, más evidentes serán las ventajas de las aleaciones a base de cobalto-.

 

Propiedades de las aleaciones a base de cobalto-
Los principales carburos de las superaleaciones a base de cobalto-son MC, M23C6 y M6C. En las aleaciones fundidas a base de cobalto-, el M23C6 precipita entre los límites de los granos y las dendritas durante un enfriamiento lento. En algunas aleaciones, el fino M23C6 puede formar un eutéctico con la matriz. Las partículas de carburo MC son demasiado grandes para tener un efecto significativo directamente sobre las dislocaciones, por lo que el efecto de fortalecimiento de la aleación no es obvio, mientras que los carburos finamente dispersos tienen un buen efecto de fortalecimiento. Los carburos ubicados en el límite de grano (principalmente M23C6) pueden evitar el deslizamiento del límite de grano, mejorando así la resistencia a la resistencia. La microestructura de la superaleación a base de cobalto-HA-}31 (X-}40) es un carburo de tipo C de fase de refuerzo dispersa (CoCrW)6. Las fases topológicamente compactas que aparecen en algunas aleaciones a base de cobalto, como la fase sigma, son dañinas y hacen que la aleación sea quebradiza.

La estabilidad térmica de los carburos en aleaciones a base de cobalto-es buena. Cuando la temperatura aumenta, la tasa de crecimiento de la acumulación de carburo es más lenta que la tasa de crecimiento de la fase en la aleación a base de níquel-y la temperatura de re-disolución en la matriz también es mayor (hasta 1100 grados). Por lo tanto, cuando la temperatura aumenta, la aleación a base de cobalto-la resistencia de la aleación generalmente disminuye lentamente. Las aleaciones a base de cobalto-tienen buena resistencia a la corrosión térmica. La razón por la cual las aleaciones a base de cobalto-son superiores a las aleaciones a base de níquel-a este respecto es que el punto de fusión del sulfuro de cobalto (como el Co-Co4S3 eutéctico, 877 grados) es mayor que el del níquel (por ejemplo, el Ni-Ni3S2 eutéctico (645 grados) es alto, y la velocidad de difusión del azufre en el cobalto es mucho menor. que la del níquel. Y debido a que la mayoría de las aleaciones a base de cobalto-tienen un mayor contenido de cromo que las aleaciones a base de níquel-, pueden formar una capa protectora de sulfato de metal alcalino (como una capa protectora de Cr2O3 que es corroída por Na2SO4) en la superficie de la aleación. Sin embargo, la resistencia a la oxidación de las aleaciones a base de cobalto-es generalmente mucho menor que la de las aleaciones a base de níquel-.

A diferencia de otras superaleaciones, las superaleaciones a base de cobalto-no se refuerzan mediante una fase de precipitación ordenada firmemente unida a la matriz, sino que se componen de una matriz de austenita fcc que se ha reforzado con una solución sólida y una pequeña cantidad de carburos distribuidos en la matriz. La fundición de superaleaciones a base de cobalto- depende en gran medida del refuerzo con carburo. Los cristales de cobalto puro tienen una estructura cristalina hexagonal compacta (hcp) por debajo de 417 grados, que se transforma en fcc a temperaturas más altas. Para evitar esta transformación durante el uso de superaleaciones a base de cobalto-, prácticamente todas las aleaciones a base de cobalto- se alean con níquel para estabilizar la estructura desde la temperatura ambiente hasta la temperatura del punto de fusión. Las aleaciones a base de cobalto-tienen una relación de tensión de fractura plana-temperatura, pero muestran una resistencia a la corrosión térmica superior a temperaturas superiores a 1000 grados que otras temperaturas altas.

 

Tratamiento térmico de aleaciones a base de cobalto-
El tamaño y la distribución de las partículas de carburo y el tamaño del grano en las aleaciones a base de cobalto-son muy sensibles al proceso de fundición. Para lograr la resistencia a la resistencia y las propiedades de fatiga térmica requeridas de las piezas fundidas de aleación a base de cobalto-, se deben controlar los parámetros del proceso de fundición. Las aleaciones a base de cobalto-necesitan tratamiento térmico, principalmente para controlar la precipitación de carburos. Para aleaciones fundidas a base de cobalto-, primero realice un tratamiento con solución sólida a alta-temperatura, generalmente a una temperatura de aproximadamente 1150 grados, de modo que todos los carburos primarios, incluidos algunos carburos de tipo MC-, se disuelvan en una solución sólida; luego, el tratamiento de envejecimiento se lleva a cabo a 870-980 grados. Hacer precipitar nuevamente los carburos.

 

Grados comunes de aleaciones basadas en cobalto-
Los grados típicos de aleaciones de alta temperatura a base de cobalto-comunes son: 2.4778 (según DIN EN 10295), Hayness 188, Haynes 25 (L-605), Alloy S-816, UMCo-50, MP-159, FSX-414, X-40, Stellite 6B, Grade 31, etc. Las marcas chinas son: GH5188 (GH188), GH159, GH605, K640, DZ40M, etc.

 

Aplicaciones de fundiciones de aleaciones basadas en cobalto-
Generalmente, las superaleaciones basadas en cobalto-carecen de fases de refuerzo coherentes. Aunque la resistencia a temperatura media es baja (solo el 50-75% de las aleaciones a base de níquel-), tienen mayor resistencia, buena resistencia a la fatiga térmica, resistencia a la abrasión, mejor soldabilidad y resistencia a la corrosión térmica por encima de una temperatura de 980 grados. Por lo tanto, las piezas fundidas de aleaciones a base de cobalto son principalmente adecuadas para fabricar paletas guía y paletas guía de boquillas para motores a reacción de aviación, turbinas de gas industriales, turbinas de gas navales y boquillas de motores diésel, etc.