文档介绍：钴基高温合金
小组成员:潘永健
刘阳
董刘洋
1 项目研究背景
钴基高温合金是高温合金中的一种,它是以钴作为主要成分,含有相当数量的镍、铬、钨和少量的钼、铌、钽、钛、镧等合金元素,偶而也还含有铁的一类合金。钴基合金是以钴为基体,钴含量一般在35%-70%,并加入5%-25%镍稳定γ奥氏体,加入20%-25%Cr以改善抗氧化和抗腐蚀性能的高温合金。一般以固溶强化和碳化物强化做为钴基高温合金的主要强化手段。根据合金中成分不同,它们可以制成焊丝,粉末用于硬面堆焊,热喷涂、喷焊等工艺,也可以制成铸锻件和粉末冶金件。钴基高温合金的抗氧化性能较差,但其抗热腐蚀能力比镍好;钴基高温合金的高温强度、抗热腐蚀性能、热疲劳性能和抗蠕变性能也比镍基高温合金要好。
钴基高温合金
汽车增压器喷嘴环叶片
燃气轮机涡轮零件
钴基高温合金的发展始于20世纪40年代。1943年美国首次在涡轮喷气发动机J-33上选用铸造钴基合金HS-21制作工作叶片。与此同时,以钨代替钼,增加镍含量,在HS-21的基础上发展处X-40(HS-31)合金。HS-21和X-40就是最早出现的钴基高温合金。而后者一直是美国长期使用的导向叶片材料,从20世界50年代,铸造钴基高温合金的研究得到了普遍重视,相继研制出具有不同性能特点的合金系列。1957年美国钨金属研究所研制出WI-52合金,它是在X-40合金的碳含量,发展了X-45合金,改善了合金的焊接性能。Martin Marietta公司于1964年发明了著名的现代高强钴基高温合金Mar-M509,它具有高强度和一定的抗氧化、耐腐蚀性能。1968年通过电器公司增加了X-45合金的铬含量,研制出具有优异抗高温氧化和腐蚀性能的FSX-414合金。几十年来,钴基高温合金得到了长足的发展,相继有数十种牌号问世,在航天,航空,能源及化工等工业部门发挥了重要作用。
研究意义
通过调整钴基高温耐蚀合金stellite 6的成分,以提高其高温耐腐蚀以及耐磨性能,以更好适应实际应用的性能要求,提高其使用寿命。
与本项目有关的研究积累:stellite 6合金的显微组织分析,热处理工艺
已取得的成绩:
⑴、利用光镜,扫描电镜观察钴基高温耐蚀合金stellite 6的组织形貌,并对该合金做XRD,分析其元素分布状况,以确认其碳化物的类型。
⑵、将stellite 6熔炼,添加适量钨元素,铬元素,以改变其高温耐蚀性能。
2 项目研究目标及主要内容
目标:通过融入元素以增强stellite 6合金的高温耐腐蚀以及耐磨性能
主要内容:
⑴、对样品进行线切割,切成适当大小,镶嵌,打磨试样,磨好后用王水进行金相腐蚀,先后用光镜和扫描电镜拍摄样品的组织形貌照片,并作XRD,分析其元素分布状况,以确认其碳化物的类型。
⑵、融入合金元素
准备stellite 6合金样品四份
①、样品1加入10%钨,用于提高合金的硬度和耐磨性能
②、样品2加入5%铬,用于提高合金的高温耐腐蚀性能(铬元素含量应低于37%,过高会促进生成ε-Co和σ相,出现双相区,使高温强度下降)
③、样品3同时加入10%钨,5%铬元素
⑶、将四份样品进行固溶处理,样品1-4的固溶温度依次为1100℃、1030℃、1070℃、1050℃,使所有的一次碳化物,包括部分MC型碳化物溶入固溶体;然后再在870-980℃进行时效处理,使碳化物(最常见的为M23C6)重新析出。
⑷、对处理后的样品进行光镜,扫描电镜,XRD观察,并与处理前其组织形貌进行对比。
⑸、用洛氏硬度机测量各样品的硬度,每个样品各取5点测量,取平均值。
⑹、磨损试验
在MM200磨损试验机上对4份试样进行环-块磨损试验,对磨试样为W18Cr4V,硬度为60~:主轴转速200r/min,载荷196N,,测重之前,用丙酮、甲醇清洗,烘干,然后在FA2104型万分之一电子天平上进行失重测量。
⑺、腐蚀试验
同样采用失重法,测重之前,用丙酮、甲醇清洗,烘干。配制一定浓度的硝酸,将处理前以及处理后的样品置于硝酸溶液中,每2小时测一次样品质量,比较质量变化。
3 项目创新特色概述
该项目采用融入适量铬,钨元素的方法,控制变量,以提高钴基高温耐蚀合金stellite 6的高温耐蚀及耐磨性能;而国内对于提高该合金高温耐蚀性能方面主要采用激光融覆的方法。