Leghe a base di nichel e leghe a base di cobalto

 

Tipici getti in lega di nichel

 

 

 

 

Le leghe di nichel sono leghe composte da nichel come metallo di base e dall'aggiunta di altri elementi. Il nichel possiede eccellenti proprietà meccaniche, fisiche e chimiche; l'aggiunta di elementi idonei può migliorarne la resistenza all'ossidazione, alla corrosione, alle alte-temperature e ad alcune proprietà fisiche.

 

Le leghe a base di nichel- presentano un'elevata robustezza e un certo grado di resistenza all'ossidazione e alla corrosione a temperature elevate di 650–1000 gradi. In base alle loro proprietà principali, sono ulteriormente suddivise in leghe resistenti al calore-a base di nichel, leghe resistenti alla corrosione-a base di nichel, leghe resistenti all'usura-a base di nichel, leghe di precisione a base di nichel-e leghe a memoria di forma a base di nichel-.

 

Le leghe di nichel sono utilizzate principalmente nei settori elettronico, chimico, dei macchinari, medico, dello sviluppo energetico e marittimo, aeronautico e aerospaziale. Le leghe di nichel possono essere utilizzate anche come materiali per tubi elettronici e come leghe di precisione (leghe magnetiche, leghe per resistenze di precisione, leghe elettrotermiche, ecc.).

 

 

Tipici getti in lega di cobalto

 

 

 

La lega a base di cobalto- è una lega dura in grado di resistere a vari tipi di usura, corrosione e ossidazione ad alta temperatura. Le leghe a base di cobalto-si basano sul cobalto come componente principale, contenente una notevole quantità di nichel, elementi chimici leganti come cromo, tungsteno e una piccola quantità di elementi leganti come molibdeno, niobio, tantalio, titanio, lantanio e occasionalmente ferro. A seconda della diversa composizione della lega, la lega a base di cobalto- può essere trasformata in filo di saldatura e la polvere può essere utilizzata per la saldatura di superfici dure-, la spruzzatura termica, la saldatura a spruzzo e altri processi e può anche essere trasformata in fusioni, forgiature e parti di metallurgia delle polveri. Classificate in base all'uso finale, le leghe a base di cobalto-possono essere suddivise in leghe a base di cobalto-resistenti all'usura-, leghe a base di cobalto-leghe ad alta-temperatura e leghe a base di cobalto-resistenti alla corrosione-in soluzione. In condizioni operative generali, sono sia-resistenti all'usura che alle alte-temperature oppure resistenti all'usura-e alla corrosione-. Alcune condizioni operative possono anche richiedere contemporaneamente resistenza alle alte temperature, all'usura e alla corrosione. Più complesse sono le condizioni di lavoro, più evidenti sono i vantaggi delle leghe a base di cobalto-.

 

Proprietà delle leghe a base di cobalto-
I principali carburi nelle superleghe a base di cobalto- sono MC, M23C6 e M6C. Nelle leghe a base di cobalto-colato, M23C6 precipita tra i bordi dei grani e i dendriti durante il raffreddamento lento. In alcune leghe, il fine M23C6 può formare un eutettico con la matrice. Le particelle di carburo MC sono troppo grandi per avere un effetto diretto significativo sulle dislocazioni, quindi l'effetto rinforzante sulla lega non è evidente, mentre i carburi finemente dispersi hanno un buon effetto rinforzante. I carburi situati sul bordo grano (principalmente M23C6) possono prevenire lo scivolamento del bordo grano, migliorando così la resistenza alla resistenza. La microstruttura della superlega a base di cobalto-HA-31 (X-40) è un carburo di tipo C con fase rinforzante dispersa (CoCrW)6. Le fasi topologiche fitte che compaiono in alcune leghe a base di cobalto, come la fase sigma, sono dannose e rendono la lega fragile.

La stabilità termica dei carburi nelle leghe a base di cobalto-è buona. Quando la temperatura aumenta, il tasso di crescita dell'accumulo di carburo è più lento del tasso di crescita della fase nella lega a base di nichel- e anche la temperatura di ri-dissoluzione nella matrice è più alta (fino a 1100 gradi). Pertanto, quando la temperatura aumenta, la lega a base di cobalto-La resistenza della lega generalmente diminuisce lentamente. Le leghe a base di cobalto-hanno una buona resistenza alla corrosione termica. Il motivo per cui le leghe a base di cobalto- sono superiori alle leghe a base di nichel- a questo riguardo è che il punto di fusione del solfuro di cobalto (come Co-Co4S3 eutettico, 877 gradi) è superiore a quello del nichel (ad esempio, Ni-Ni3S2 eutettico (645 gradi) è elevato e la velocità di diffusione dello zolfo nel cobalto è molto inferiore a quello del nichel. Inoltre, poiché la maggior parte delle leghe a base di cobalto-hanno un contenuto di cromo più elevato rispetto alle leghe a base di nichel-, possono formare uno strato protettivo di solfato di metallo alcalino (come uno strato protettivo Cr2O3 corroso da Na2SO4) sulla superficie della lega. Tuttavia, la resistenza all'ossidazione delle leghe a base di cobalto- è generalmente molto inferiore a quella delle leghe a base di nichel-.

A differenza delle altre superleghe, le superleghe a base di cobalto- non sono rinforzate da una fase di precipitazione ordinata saldamente legata alla matrice, ma sono composte da una matrice di austenite FCC che è stata rinforzata con una soluzione solida e una piccola quantità di carburi distribuiti nella matrice. La fusione delle superleghe a base di cobalto-si basa fortemente sul rafforzamento del carburo. I cristalli di cobalto puro hanno una struttura cristallina esagonale compattata (hcp) inferiore a 417 gradi, che si trasforma in FCC a temperature più elevate. Per evitare questa trasformazione durante l'uso di superleghe a base di cobalto-, praticamente tutte le leghe a base di cobalto- vengono legate con nichel per stabilizzare la struttura dalla temperatura ambiente alla temperatura del punto di fusione. Le leghe a base di cobalto-hanno una relazione piatta tra stress da frattura-temperatura, ma mostrano una resistenza alla corrosione termica superiore a temperature superiori a 1000 gradi rispetto ad altre temperature elevate.

 

Trattamento termico delle leghe a base di cobalto-
La dimensione e la distribuzione delle particelle di carburo e la dimensione dei grani nelle leghe a base di cobalto- sono molto sensibili al processo di fusione. Per ottenere la resistenza alla resistenza e le proprietà di fatica termica richieste delle parti fuse in lega a base di cobalto-, è necessario controllare i parametri del processo di fusione. Le leghe a base di cobalto- necessitano di un trattamento termico, principalmente per controllare la precipitazione dei carburi. Per le leghe a base di cobalto-colato, eseguire prima il trattamento con soluzione solida ad alta-temperatura, solitamente a una temperatura di circa 1150 gradi, in modo che tutti i carburi primari, inclusi alcuni carburi di tipo MC-, siano disciolti in soluzione solida; quindi, il trattamento di invecchiamento viene effettuato a 870-980 gradi. Far precipitare nuovamente i carburi.

 

Gradi comuni di leghe a base di cobalto-
I gradi tipici delle comuni leghe ad alta temperatura a base di cobalto- sono: 2.4778 (secondo DIN EN 10295), Hayness 188, Haynes 25 (L-605), Alloy S-816, UMCo-50, MP-159, FSX-414, X-40, Stellite 6B, Grado 31, ecc., i marchi cinesi sono: GH5188 (GH188), GH159, GH605, K640, DZ40M e così via.

 

Applicazioni di getti in leghe a base di cobalto-
Generalmente, le superleghe a base di cobalto-mancano di fasi di rafforzamento coerenti. Sebbene la resistenza a media temperatura sia bassa (solo il 50-75% delle leghe a base di nichel-), hanno una resistenza maggiore, buona resistenza alla fatica termica, resistenza all'abrasione, migliore saldabilità e resistenza alla corrosione termica al di sopra della temperatura di 980 gradi. Pertanto, i getti in lega a base di cobalto sono principalmente adatti per realizzare alette di guida e alette di guida di ugelli per motori a reazione dell'aviazione, turbine a gas industriali, turbine a gas navali e ugelli di motori diesel, ecc.