سبائك النيكل وقاعدة الكوبالت

 

مصبوبات سبائك النيكل النموذجية

 

 

 

 

سبائك النيكل هي سبائك تتكون من النيكل كمعدن أساسي وإضافة عناصر أخرى. يمتلك النيكل خصائص ميكانيكية وفيزيائية وكيميائية ممتازة؛ يمكن أن تؤدي إضافة العناصر المناسبة إلى تحسين مقاومة الأكسدة، ومقاومة التآكل، وقوة درجة الحرارة العالية-، وبعض الخصائص الفيزيائية.

 

تظهر السبائك القائمة على النيكل-قوة عالية ودرجة معينة من المقاومة للأكسدة والتآكل عند درجات حرارة عالية تتراوح بين 650-1000 درجة. واستنادًا إلى خصائصها الرئيسية، يتم تقسيمها أيضًا إلى سبائك مقاومة للحرارة-تعتمد على النيكل، وسبائك مقاومة للتآكل-تعتمد على النيكل، وسبائك مقاومة للتآكل-تعتمد على النيكل-، وسبائك دقيقة تعتمد على النيكل-، وسبائك ذات شكل دقيق تعتمد على النيكل-.

 

تستخدم سبائك النيكل بشكل رئيسي في الصناعات الإلكترونية والكيميائية والآلات والصناعات الطبية وتطوير الطاقة والصناعات البحرية والطيران والفضاء. يمكن أيضًا استخدام سبائك النيكل كمواد لأنابيب الإلكترون وكسبائك دقيقة (السبائك المغناطيسية، وسبائك المقاومة الدقيقة، والسبائك الحرارية الكهربائية، وما إلى ذلك).

 

 

مصبوبات سبائك الكوبالت النموذجية

 

 

 

السبائك القائمة على الكوبالت- هي سبيكة صلبة يمكنها تحمل أنواع مختلفة من التآكل والتآكل والأكسدة ذات درجات الحرارة العالية. تعتمد السبائك القائمة على الكوبالت- على الكوبالت باعتباره المكون الرئيسي، حيث تحتوي على كمية كبيرة من النيكل وعناصر صناعة السبائك الكيميائية مثل الكروم والتنغستن وكمية صغيرة من عناصر صناعة السبائك مثل الموليبدينوم والنيوبيوم والتنتالوم والتيتانيوم واللانثانم وأحيانًا الحديد. وفقًا للتركيبة المختلفة للسبيكة، يمكن تحويل السبائك القائمة على الكوبالت- إلى سلك لحام، ويمكن استخدام المسحوق في لحام الأسطح الصلبة-، والرش الحراري، واللحام بالرش وعمليات أخرى، ويمكن أيضًا تحويله إلى مصبوبات، ومطروقات، وأجزاء تعدين المساحيق. يمكن تقسيم السبائك القائمة على الكوبالت، المصنفة حسب الاستخدام النهائي، إلى -سبائك مقاومة للتآكل-معتمدة على الكوبالت، وسبائك-معتمدة على الكوبالت-عالية الحرارة وسبائك-محلولة مقاومة للتآكل-معتمدة على الكوبالت. في ظروف التشغيل العامة، تكون كلاهما -مقاومة للتآكل و-مقاومة لدرجات الحرارة العالية أو-مقاومة للتآكل-. قد تتطلب بعض ظروف التشغيل أيضًا ارتفاع درجة الحرارة ومقاومة التآكل والتآكل في نفس الوقت. كلما كانت ظروف العمل أكثر تعقيدًا، كلما كانت مزايا السبائك القائمة على الكوبالت- أكثر وضوحًا.

 

خصائص السبائك القائمة على-الكوبالت
الكربيدات الرئيسية في السبائك الفائقة القائمة على الكوبالت- هي MC، وM23C6، وM6C. في السبائك المصبوبة القائمة على الكوبالت-، يتم ترسيب M23C6 بين حدود الحبوب والتشعبات أثناء التبريد البطيء. في بعض السبائك، يمكن أن يشكل M23C6 الناعم مادة سهلة الانصهار مع المصفوفة. إن جزيئات كربيد MC كبيرة جدًا بحيث لا يكون لها تأثير كبير على الاضطرابات، وبالتالي فإن تأثير التقوية على السبائك ليس واضحًا، في حين أن الكربيدات المشتتة بدقة لها تأثير تقوية جيد. يمكن للكربيدات الموجودة على حدود الحبوب (بشكل رئيسي M23C6) أن تمنع انزلاق حدود الحبوب، وبالتالي تحسين قوة التحمل. البنية المجهرية للسبائك الفائقة القائمة على الكوبالت HA-31 (X-40) عبارة عن مرحلة تقوية مشتتة (CoCrW)6 كربيد من النوع C. تعتبر المراحل الطوبولوجية المتراصة التي تظهر في بعض السبائك القائمة على الكوبالت، مثل مرحلة سيجما، ضارة وتجعل السبائك هشة.

يعد الثبات الحراري للكربيدات في السبائك-القائمة على الكوبالت أمرًا جيدًا. عندما ترتفع درجة الحرارة، يكون معدل نمو تراكم الكربيد أبطأ من معدل نمو الطور في السبائك القائمة على النيكل-، وتكون درجة حرارة إعادة الذوبان - في المصفوفة أعلى أيضًا (تصل إلى 1100 درجة). لذلك، عندما ترتفع درجة الحرارة، فإن السبيكة القائمة على الكوبالت-تقل قوة السبيكة بشكل عام ببطء. تتمتع السبائك القائمة على الكوبالت- بمقاومة جيدة للتآكل الحراري. السبب وراء تفوق السبائك القائمة على الكوبالت على السبائك القائمة على النيكل- في هذا الصدد هو أن درجة انصهار كبريتيد الكوبالت (مثل Co-Co4S3 سهل الانصهار، 877 درجة ) أعلى من درجة انصهار النيكل (على سبيل المثال، Ni-Ni3S2 سهل الانصهار (645 درجة ) مرتفع، كما أن معدل انتشار الكبريت في الكوبالت أقل بكثير من ذلك الموجود في النيكل. ونظرًا لأن معظم السبائك القائمة على الكوبالت- تحتوي على محتوى كروم أعلى من السبائك القائمة على النيكل-، فيمكن أن تشكل طبقة واقية من كبريتات الفلز القلوي (مثل الطبقة الواقية Cr2O3 التي تتآكل بواسطة Na2SO4) على سطح السبيكة، ومع ذلك، فإن مقاومة الأكسدة للسبائك القائمة على الكوبالت- تكون عمومًا أقل بكثير من مقاومة الأكسدة سبائك أساسها النيكل-.

تختلف عن السبائك الفائقة الأخرى،-السبائك الفائقة القائمة على الكوبالت، ولا يتم تقويتها من خلال مرحلة ترسيب منظمة مرتبطة بشدة بالمصفوفة، ولكنها تتكون من مصفوفة FCC أوستينيت تم تقويتها بمحلول صلب وكمية صغيرة من الكربيدات موزعة في المصفوفة. يعتمد صب السبائك الفائقة القائمة على الكوبالت-بشكل كبير على تقوية الكربيد. تحتوي بلورات الكوبالت النقي على بنية بلورية سداسية معبأة قريبة (hcp) أقل من 417 درجة، والتي تتحول إلى fcc عند درجات حرارة أعلى. من أجل تجنب هذا التحول أثناء استخدام السبائك الفائقة القائمة على الكوبالت-، فإن جميع السبائك القائمة على الكوبالت- تقريبًا يتم خلطها بالنيكل من أجل تثبيت الهيكل من درجة حرارة الغرفة إلى درجة حرارة نقطة الانصهار. تتميز السبائك القائمة على الكوبالت-بعلاقة درجة حرارة إجهاد الكسر المسطح-، ولكنها تظهر مقاومة فائقة للتآكل الحراري عند درجات حرارة أعلى من 1000 درجة مقارنةً بدرجات الحرارة المرتفعة الأخرى.

 

المعالجة الحرارية للسبائك-المعتمدة على الكوبالت
يعد حجم وتوزيع جزيئات الكربيد وحجم الحبيبات في السبائك التي تحتوي على الكوبالت-حساسة جدًا لعملية الصب. من أجل تحقيق قوة التحمل المطلوبة وخصائص التعب الحراري لأجزاء صب السبائك القائمة على الكوبالت-، يجب التحكم في معلمات عملية الصب. تحتاج السبائك القائمة على الكوبالت- إلى معالجة حرارية، وذلك بشكل أساسي للتحكم في ترسيب الكربيدات. بالنسبة للسبائك المعتمدة على الكوبالت-، قم أولاً بإجراء معالجة بمحلول صلب بدرجة حرارة عالية-، عادةً عند درجة حرارة حوالي 1150 درجة، بحيث يتم إذابة جميع الكربيدات الأولية، بما في ذلك بعض الكربيدات من النوع MC-، في محلول صلب؛ ثم يتم إجراء علاج الشيخوخة عند درجة حرارة 870-980 درجة. جعل الكربيدات تترسب مرة أخرى.

 

الدرجات الشائعة للسبائك-المعتمدة على الكوبالت
الدرجات النموذجية للسبائك الشائعة ذات درجة الحرارة العالية المعتمدة على الكوبالت- هي: 2.4778 (وفقًا لمعيار DIN EN 10295)، وHayness 188، وHaynes 25 (L-605)، وAlloy S-816، وUMCo-50، وMP-159، وFSX-414، وX-40، وStellite 6B، وGrade 31، وما إلى ذلك. والعلامات التجارية الصينية هي: GH5188 (GH188)، GH159، GH605، K640، DZ40M وما إلى ذلك.

 

تطبيقات مسبوكات السبائك-المعتمدة على الكوبالت
بشكل عام، تفتقر السبائك الفائقة المعتمدة على الكوبالت- إلى مراحل تقوية متماسكة. على الرغم من أن القوة عند درجة الحرارة المتوسطة منخفضة (فقط 50-75% من السبائك القائمة على النيكل-)، إلا أنها تتمتع بقوة أعلى، ومقاومة جيدة للتعب الحراري، ومقاومة للتآكل، وقابلية لحام أفضل، ومقاومة للتآكل الحراري فوق درجة حرارة 980 درجة. ولذلك، فإن مصبوبات السبائك القائمة على الكوبالت مناسبة بشكل أساسي لصنع دوارات التوجيه ودوارات توجيه الفوهة لمحركات الطائرات النفاثة، وتوربينات الغاز الصناعية، وتوربينات الغاز البحرية، وفوهات محركات الديزل، وما إلى ذلك.