Stopy kobaltowo-chromowe stosuje się tam, gdzie zwykłe stale borykają się ze zużyciem adhezyjnym, korozją, podwyższoną temperaturą lub kombinacją tych mechanizmów. Typowe zastosowania przemysłowe obejmują kulki i gniazda zaworów, tuleje, elementy pracujące na gorąco, części wytłaczane, osady napawane i zlokalizowane powierzchnie zużywające się.
Jednak „stop kobaltowo-chromowy” nie jest pełną specyfikacją materiału.
Dodatek wolframu, molibdenu, węgla, niklu, krzemu i żelaza może znacząco zmienić mikrostrukturę stopu i zachowanie podczas użytkowania. Równie ważna jest trasa produkcji. Nie należy oczekiwać, że odlewany komponent Co-Cr-W, część wykonana metodą metalurgii proszków Co-Cr-Mo i spawana napoina kobaltowa będą zachowywać się identycznie, nawet jeśli ich analizy chemiczne wydają się podobne.
Jedną z najważniejszych kwestii związanych z wyborem materiału jest to, czy wolfram czy molibden powinien zapewniać główny dodatkowy efekt wzmacniający.
Obydwa pierwiastki mogą wzmacniać osnowę bogatą w kobalt i uczestniczyć w tworzeniu węglików. Niemniej jednak ich skutki nie są wymienne.
W tym artykule wyjaśniono:
Przemysłowe, odporne na zużycie stopy kobaltu zwykle zawierają osnowę bogatą w kobalt i rozproszone twarde fazy.
Kobalt zapewnia podstawową matrycę. Chrom wspomaga odporność na korozję i utlenianie, a także uczestniczy w tworzeniu węglików. Węgiel kontroluje ilość i rodzaj węglika, który może się utworzyć. Wolfram lub molibden mogą wzmacniać osnowę, zmieniać skład chemiczny węglików i wpływać na zachowanie w podwyższonych temperaturach.
Mikrostruktura może obejmować:
ASM International podkreśla, że struktura, właściwości i zachowanie stopu kobaltu zależą zarówno od składu chemicznego, jak i metody produkcji. Stopy kobaltu mogą być odlewane, kute, spawane w celu napawania lub konsolidowane w procesach metalurgii proszków.
Źródło: ASM — Tarcie i zużycie stopów na bazie kobaltu.
Wolfram jest ciężkim pierwiastkiem ogniotrwałym o wysokiej temperaturze topnienia. W stopach kobaltowo-chromowych może przyczyniać się do wzmacniania w roztworze stałym i udziału w tworzeniu twardego węglika lub fazy złożonej.
Atomy wolframu są znacznie większe i cięższe niż atomy kobaltu. Kiedy wolfram rozpuszcza się w matrycy bogatej w kobalt, różnica w wielkości atomów powoduje odkształcenie sieci, które utrudnia ruch dyslokacyjny.
Może to wspierać:
Użyteczny efekt zależy od tego, ile wolframu pozostaje w roztworze, a nie od jego koncentracji w węglikach lub segregowanych obszarach.
Gdy dostępna jest wystarczająca ilość węgla, wolfram może uczestniczyć w tworzeniu węglików. W zależności od całkowitego składu chemicznego i warunków krzepnięcia stop może zawierać węgliki bogate w chrom, węgliki bogate w wolfram lub złożone węgliki metali mieszanych.
Węgliki twarde mogą poprawić odporność na zużycie poprzez odporność na:
Jednakże węgliki muszą być odpowiednio osadzone w osnowie. Wysoka zawartość węglików w słabej lub silnie segregowanej osnowie może prowadzić do pękania i wyciągania węglika.
Wolfram ma niską dyfuzyjność i może przyczyniać się do wytrzymałości w podwyższonej temperaturze i stabilności strukturalnej. To sprawia, że stopy Co-Cr-W są atrakcyjne pod względem zużycia na gorąco, cięcia na gorąco i zastosowań w zaworach lub uszczelnianiach w wysokiej temperaturze.
Wynik należy jeszcze sprawdzić w rzeczywistej temperaturze. Utlenianie, cykle termiczne, pełzanie, rozszerzalność cieplna i naprężenia kontaktowe mogą mieć wpływ na wydajność, nawet jeśli twardość w temperaturze pokojowej jest wysoka.
Wolfram jest znacznie gęstszy niż molibden. Wysokie dodatki wolframu mogą zatem zwiększyć gęstość elementu lub warstwy osadzonej.
Wolfram może również zwiększyć:
Nominalna zawartość wolframu nie jest wystarczającym dowodem na równomierne rozprowadzenie pierwiastka w dużym odlewie.
Molibden jest również ogniotrwałym pierwiastkiem stopowym. Może wzmacniać matrycę kobaltową, uczestniczyć w tworzeniu węglików i wpływać na zachowanie korozyjne.
Molibden rozpuszczony w osnowie bogatej w kobalt może utrudniać ruch dyslokacyjny i poprawiać wytrzymałość osnowy.
Badania porównujące stopy CoCrNi, CoCrW i CoCrMo powstałe w wyniku metalurgii proszków wykazały, że nikiel, wolfram i molibden charakteryzują się różnymi równowagami fazowymi, wartościami twardości i reakcjami na zużycie w wysokiej temperaturze. Badanie wykazało również, że współczynnik tarcia nie wpływa bezpośrednio na stopień zużycia.
Ponieważ próbki zostały wytworzone metodą metalurgii proszków w określonych składach i warunkach badań, rankingu nie należy przekładać bezpośrednio na odlewy piaskowe lub napoiny spawalnicze.
Źródło: Wpływ Ni, W i Mo na stopy z osnową CoCr.
Molibden może wchodzić do złożonych węglików i modyfikować ich rozkład, morfologię i stabilność. Podobnie jak w przypadku wolframu, efekt jest silnie zależny od węgla i chromu.
Molibden nie tworzy samodzielnie odporności na zużycie. Jego korzyść zależy od tego, czy obróbka cieplna czy metoda zestalania powoduje:
Chrom jest zwykle głównym pierwiastkiem pasywującym w stopach kobaltowo-chromowych. Molibden może modyfikować zachowanie folii pasywnej i może poprawiać odporność w niektórych środowiskach zawierających chlorki lub redukujących.
Badanie Co-30Cr-6Mo w roztworze zawierającym chlorki i wodorowęglany wykazało, że chrom i molibden hamują rozpuszczanie kobaltu i powodują pasywne zachowanie podobne do chromu.
W badaniu wykorzystano symulowany roztwór fizjologiczny, a nie przemysłowy proces w postaci zawiesiny lub kwasu. Jego wyniki wykazują mechanizm, ale nie kwalifikują stopu do zastosowań w górnictwie, przemyśle chemicznym lub na polach naftowych. Nadal konieczne może być faktyczne przetestowanie płynu procesowego.
Źródło: Pasywacja i zachowania korozyjne stopu kobaltu i Co-Cr-Mo.
Niektóre systemy Co-Cr-Mo mogą zapewnić korzystną równowagę pomiędzy wytrzymałością osnowy, ciągliwością i wsparciem węglikowym. Może to zmniejszyć tendencję do oddzielania się twardych cząstek w wyniku kontaktu ślizgowego.
Jednakże Co-Cr-Mo nie jest automatycznie twardszy niż każdy stop Co-Cr-W. Węgiel, wady odlewów, obróbka cieplna, grubość przekroju i temperatura badania mogą odwrócić pozorny ranking.
| Czynnik wyboru | Tendencja Co-Cr-W | Tendencja Co-Cr-Mo | Potrzebne kwalifikacje |
|---|---|---|---|
| Gorąca twardość | Często mocnym powodem konstrukcyjnym używania W | Można również pracować w podwyższonej temperaturze | Badanie twardości na gorąco lub zużycia w rzeczywistej temperaturze |
| Zużycie i zatarcie kleju | Często rozważany w przypadku silnego kontaktu metalu z metalem | Może być również odporny na zacieranie w zależności od węgla i matrycy | Para styków, obciążenie, prędkość i smarowanie |
| Zużycie ścierne | Mogą przyczyniać się do tego twarde fazy zawierające W | Węgliki zawierające Mo i wytrzymałość osnowy mogą mieć wpływ | Rodzaj, rozmiar, obciążenie i uderzenie ścierniwa |
| Korozja | Chrom pozostaje głównym pierwiastkiem pasywującym | Mo może przynieść korzyści niektórym środowiskom chlorkowym lub redukującym | Test korozji w płynie procesowym lub trybokorozji |
| Gęstość | Wyższe po dodaniu znacznego W | Niższa gęstość dodatku niż równoważna zawartość W | Przegląd ciężaru elementu i masy obrotowej |
| Segregacja odlewów | Ciężkie dodatki W wymagają ścisłej kontroli | Mo również segreguje, ale inaczej | Mapowanie chemii i reprezentatywne pobieranie próbek |
| Skrawalność | Twarde fazy mogą utrudniać obróbkę | Może być również trudne w zależności od frakcji węglika | Naddatek na narzędzia i obróbkę |
| Spawanie i napawanie | Skład musi uwzględniać rozcieńczanie i pękanie | Ten sam wymóg; Mo nie eliminuje ryzyka spawania | Kwalifikacja procedur i chemia metali osadzonych |
| Koszt i dostępność | Wolfram może powodować większe narażenie surowca | Ceny molibdenu również są zróżnicowane | Aktualna oferta cenowa i przegląd łańcucha dostaw |
Są to tendencje inżynieryjne, a nie gwarantowane rankingi.
Badanie przeprowadzone w 2020 r. wykazało różne zachowanie w zakresie tarcia i zużycia stopów CoCrW i CoCrMo wytwarzanych w proszku w temperaturach od temperatury pokojowej do 1000°C. Oddzielne badanie określonych stopów dentystycznych Co-Cr-Mo i Co-Cr-W-Mo wykazało, że testowany materiał Co-Cr-Mo miał lepszą odporność na zużycie w określonych warunkach.
Z drugiej strony badania osadów drutu spawalniczego CoCrMo i CoCrW na podłożu z nadstopu wykazały zależne od stanu różnice w zużyciu zmęczeniowym i wysokotemperaturowym.
Wyniki te potwierdzają jedną główną zasadę: rankingi wydajności zależą od dokładnego składu, metody produkcji, mikrostruktury i metody testowania.
Źródła: Badanie stopów na matrycy CoCr, badanie wytrącania Co-Cr-Mo i Co-Cr-W-Mo oraz osady spawalnicze CoCrMo i CoCrW.
Wolframu i molibdenu nie można ocenić bez węgla.
Węgiel kontroluje potencjalną ilość tworzenia się węglików. Stop o niższej zawartości węgla może w większym stopniu opierać się na wzmocnieniu w roztworze stałym i zachowaniu matrycy. Stop o wyższej zawartości węgla może zawierać większą frakcję węglika i wyższą twardość, ale zmniejszoną ciągliwość.
| Tendencja poziomu węgla | Oczekiwany kierunek mikrostrukturalny | Potencjalna przewaga | Potencjalne ryzyko |
|---|---|---|---|
| Niższy węgiel | Niższa frakcja węglika; bardziej ciągła macierz | Lepsza plastyczność i reakcja na szok termiczny | Zmniejszona odporność na silne ścieranie |
| Węgiel pośredni | Zrównoważona matryca i populacja węglików | Połączenie odporności na zacieranie i zużycie | Wymaga kontrolowanego odlewania i obróbki cieplnej |
| Wyższy węgiel | Większy potencjał tworzenia węglików | Wyższa twardość i odporność na zużycie ścierne | Kruchość, sieci węglików i pękanie |
| Bardzo wysoka lokalna zawartość węgla w wyniku segregacji | Niejednorodne obszary bogate w węgliki | Brak niezawodnej przewagi inżynieryjnej | Lokalne ścieżki pęknięć i niespójna obróbka |
Prawidłowa zawartość węgla zależy od komponentu i mechanizmu awarii.
Gniazdo zaworu narażone na zużycie adhezyjne, korozję i kontakt uszczelniający nie wymaga takiej samej równowagi między osnową a węglikiem, jak warstwa napawająca narażona na ścieranie mineralne.
Termin „stop wolframu i kobaltu” może powodować zamieszanie.
Odlewany lub osadzany stop Co-Cr-W zawiera kobalt jako główną osnowę z chromem, wolframem, węglem i innymi dodatkami.
Węglik spiekany WC-Co to inny system materiałów. Składa się głównie z cząstek węglika wolframu połączonych mniejszą ilością kobaltu. Zwykle wytwarza się go w procesach metalurgii proszków i spiekania.
| System materialny | Główna twarda faza | Główny segregator lub matryca | Typowa trasa produkcyjna |
|---|---|---|---|
| Stop Co-Cr-W | Węgliki zawierające chrom i wolfram | Metaliczna matryca bogata w kobalt | Odlewanie, napawanie, konsolidacja proszku |
| Stop Co-Cr-Mo | Węgliki zawierające chrom i molibden | Metaliczna matryca bogata w kobalt | Odlewanie, obróbka kuta, proszek lub osadzanie |
| WC-Co węglik spiekany | Węglik wolframu | Spoiwo kobaltowe | Prasowanie proszków i spiekanie w fazie ciekłej |
| Kostop z dodatkiem cząstek WC | Wprowadzono cząstki węglika wolframu | Matryca ze stopu kobaltu | PTA, napawanie laserowe, HVOF lub inna metoda osadzania |
Materiały różnią się składem, frakcją fazową, obróbką, wytrzymałością, możliwością naprawy i kosztem. Nigdy nie należy ich traktować jako wymiennych, ponieważ oba zawierają kobalt i wolfram.
Odlewanie tworzy dendrytyczną strukturę zestalania. Wolfram, molibden, chrom i węgiel mogą segregować pomiędzy rdzeniami dendrytowymi i obszarami międzydendrytycznymi.
Ważne elementy sterujące castingiem obejmują:
Duże zmiany przekroju mogą powodować różne szybkości chłodzenia i morfologię węglika w ramach jednego komponentu.
Drogi proszkowe mogą zapewnić:
Wyniku uzyskanego z próbki badawczej z zakresu metalurgii proszków nie należy przyjmować dla odlewu konwencjonalnego.
Hardfacing wprowadza dodatkowe zmienne:
AWS A5.21/A5.21M obejmuje klasyfikację gołych elektrod i prętów do napawania. Aktualne wydanie 2024 zawiera klasyfikacje na bazie kobaltu. Klasyfikacja metalu wypełniającego opisuje skład chemiczny materiałów eksploatacyjnych lub nierozcieńczonych osadzonych; samo w sobie nie gwarantuje chemii końcowej rozcieńczonej powłoki.
Źródło: AWS A5.21/A5.21M:2024.
Proszek stopu kobaltu można stosować do różnych procesów osadzania, ale wielkość cząstek, morfologia i skład chemiczny muszą odpowiadać sprzętowi.
Ostateczna powłoka zależy od:
Proszek odpowiedni do jednego procesu nie powinien być automatycznie stosowany w innym.
W przypadku przesuwania metalu po metalu zapytaj:
Stop Co-Cr-W może być atrakcyjny pod względem twardości na gorąco i odporności na zacieranie, ale ostateczny wybór musi uwzględniać wykończenie powierzchni i zgodność powierzchni współpracującej.
W przypadku ścierania minerałów lub cząstek należy zapisać:
Stop kobaltu o wysokiej zawartości węglików może być odporny na ścieranie, ale może stać się podatny na uszkodzenia, jeśli populacja węglików jest zbyt gruba lub słabo osadzona.
Zużycia korozyjnego nie można przewidzieć na podstawie badania twardości na sucho.
Dostarczać:
Molibden może być przydatny w niektórych środowiskach korozyjnych, ale badania laboratoryjne powinny odtworzyć rzeczywisty płyn, w przypadku którego konsekwencje awarii są znaczące.
W przypadku usług gorących należy uwzględnić:
Wysoka zawartość wolframu nie eliminuje utleniania, zmęczenia cieplnego ani pełzania.
| Kontrola | Zamiar | Ważne ograniczenie |
|---|---|---|
| Spektroskopia emisyjna optyczna | Mierzy skład chemiczny głównych stopów i wielu pierwiastków śladowych | Przygotowanie próbki i kalibracja muszą być dostosowane do stopów kobaltu |
| Analiza węgla spalania | Zapewnia niezawodny pomiar zawartości węgla | Na podstawie XRF nie należy wnioskować o zawartości węgla |
| Fluorescencja rentgenowska | Przydatne do identyfikacji Co, Cr, W i Mo | Generalnie nie nadaje się do dokładnego pomiaru zawartości węgla |
| Badanie twardości | Potwierdza lokalną reakcję mechaniczną | Nie określa morfologii ani wytrzymałości węglika |
| Metalografia | Ocenia dendryty, węgliki, porowatość i rozkład faz | Miejsce pobierania próbek musi odpowiadać komponentowi |
| Inspekcja cieczowo-penetralna | Wykrywa nieciągłości przerywające powierzchnię | Nie ujawnia wad wewnętrznych |
| Radiografia lub wykwalifikowany UT | Ocenia wybrane nieciągłości wewnętrzne | Geometria i gruba struktura mogą wpływać na czułość |
| Kontrola wymiarowa | Potwierdza dopasowanie, geometrię uszczelnienia i obróbkę | Nie weryfikuje metalurgii |
| Wskaźnik PMI | Pomaga zapobiegać mieszaniu stopów | Metoda musi identyfikować różnice W/Mo i nie może zastąpić pełnej chemii laboratoryjnej |
Plan inspekcji powinien określać miejsca testów i kryteria akceptacji przed rozpoczęciem produkcji.
Dostarczać:
Unikaj żądania „najwyższego stopu wolframu” lub „maksymalnej twardości” bez danych operacyjnych. Większa zawartość stopu może zwiększyć koszt i kruchość, nie rozwiązując faktycznej awarii.
Informacje na temat elementów odlewanych ze stopów kobaltu można znaleźć w artykule:
Informacje na temat osadzonych powierzchni ścieralnych można znaleźć w artykule:
Aby uzyskać dodatkowe informacje, przeczytaj:
Na tych stronach opisano różne produkty i procesy. Stop i proces muszą zostać potwierdzone na podstawie rysunku klienta, warunków obsługi i wymagań akceptacyjnych.
W tym artykule przedstawiono ogólne wskazówki dotyczące wyboru materiałów. Nie stwierdza to, że Co-Cr-W lub Co-Cr-Mo jest uniwersalnie lepszy.
Ostateczny wybór materiału pozostaje w gestii właściciela sprzętu, odpowiedzialnego inżyniera, nabywcy i producenta zgodnie z uzgodnioną specyfikacją.
Odlewanie, szlifowanie, obróbka skrawaniem, natryskiwanie cieplne i spawanie materiałów zawierających kobalt mogą powodować powstawanie pyłu lub dymu zawierającego kobalt. NIOSH identyfikuje wdychanie, spożycie oraz kontakt ze skórą lub oczami jako drogi narażenia na pył i opary metalu kobaltowego, a wśród narządów docelowych wymienia układ oddechowy i skórę.
Stosować udokumentowaną ocenę higieny przemysłowej, osłonę procesową lub lokalną wentylację wyciągową, odpowiednie utrzymanie porządku i sprzęt ochrony osobistej dostosowany do konkretnego zadania. Wybór respiratora musi opierać się na zmierzonym narażeniu i mającym zastosowanie programie ochrony dróg oddechowych.
Źródła: Kieszonkowy przewodnik NIOSH — Pył i opary metali kobaltowych oraz Lokalna wentylacja wyciągowa NIOSH podczas spawania.
Nie. Wolfram może zapewniać twardość na gorąco i wytrzymałość osnowy, ale utlenianie, morfologia węglika, zmęczenie cieplne i sposób produkcji również kontrolują wydajność.
Nie. W niektórych środowiskach molibden może korzystnie wpływać na pasywność, ale zawartość chromu, skład chemiczny cieczy, temperatura i mechaniczne usuwanie powłoki pozostają ważne. Jeżeli ryzyko korozji jest znaczne, należy przetestować rzeczywiste medium procesowe.
Nie. Mają różną masę atomową, zachowanie węglika, efekty podziału i przetwarzania. Zastąpienie wymaga przeprojektowania i kwalifikacji stopu.
Nie koniecznie. Zużycie zależy również od nośnika węglika, wytrzymałości, trybu tarcia, temperatury, korozji i materiału powierzchni współpracującej.
XRF może pomóc w identyfikacji kobaltu, chromu, wolframu i molibdenu, ale generalnie nie może zapewnić wyników węgla potrzebnych do kontroli węglików. Zastosuj odpowiednią metodę analizy węgla.
Nie. Odlewy zestalają się jako kompletne komponenty. Na osady utwardzające wpływa rozcieńczenie, grubość warstwy, chłodzenie i metal nieszlachetny.
Jeśli to możliwe, należy określić uznaną klasyfikację rodzajową lub uzgodniony plan chemii i akceptacji. Nazwy handlowe mogą obejmować różne formy lub warianty historyczne.
Rysunek definiuje geometrię, ale niezbędne są również dane serwisowe. Podaj informacje o mechanizmie zużycia, temperaturze, medium, obciążeniu, powierzchni współpracującej i bieżących awariach.
Wolfram i molibden są cennymi dodatkami do stopów kobaltowo-chromowych, ale rozwiązują różne problemy metalurgiczne.
Wolfram może przyczyniać się do silnego wzmocnienia w roztworze stałym, twardości na gorąco i twardych faz zawierających wolfram. Może również zwiększać gęstość, wrażliwość na segregację i trudności w obróbce.
Molibden może wzmacniać matrycę bogatą w kobalt, uczestniczyć w tworzeniu węglików i wspomagać korozję w określonych środowiskach. Jego zalety nadal zależą od chromu, węgla, obróbki cieplnej i metody produkcji.
Prawidłowe pytanie inżynieryjne nie brzmi:
„Czy wolfram jest lepszy od molibdenu?”
To jest:
„Która kombinacja chemii osnowy, struktury węglika i procesu produkcyjnego najlepiej odpowiada udokumentowanym warunkom zużycia, korozji i temperatury?”
Wysyłaj rysunki, aktualny skład chemiczny, zdjęcia uszkodzonych części i dane operacyjne za pośrednictwemStrona kontaktowa EB Castingslub e-mailobsada@ebcastings.com.
Wszystkie wymagania dotyczące stopów, procesów i kontroli należy potwierdzić przed wyceną i produkcją.
Zapoznaj się z zapytaniami dotyczącymi komponentów opartych na rysunkach, związanymi z omawianymi materiałami lub mocowaniami.
Stopy kobaltowo-chromowe stosuje się tam, gdzie zwykłe stale borykają się ze zużyciem adhezyjnym, korozją, podwyższoną temperaturą lub kombinacją tych mechanizmów. Typowe zastosowania przemysłowe obejmują kulki i gniazda zaworów, tuleje, elementy pracujące na gorąco, części wytłaczane, osady napawane i zlokalizowane powierzchnie zużywające się.
Jednak „stop kobaltowo-chromowy” nie jest pełną specyfikacją materiału.
Dodatek wolframu, molibdenu, węgla, niklu, krzemu i żelaza może znacząco zmienić mikrostrukturę stopu i zachowanie podczas użytkowania. Równie ważna jest trasa produkcji. Nie należy oczekiwać, że odlewany komponent Co-Cr-W, część wykonana metodą metalurgii proszków Co-Cr-Mo i spawana napoina kobaltowa będą zachowywać się identycznie, nawet jeśli ich analizy chemiczne wydają się podobne.
Jedną z najważniejszych kwestii związanych z wyborem materiału jest to, czy wolfram czy molibden powinien zapewniać główny dodatkowy efekt wzmacniający.
Obydwa pierwiastki mogą wzmacniać osnowę bogatą w kobalt i uczestniczyć w tworzeniu węglików. Niemniej jednak ich skutki nie są wymienne.
W tym artykule wyjaśniono:
Przemysłowe, odporne na zużycie stopy kobaltu zwykle zawierają osnowę bogatą w kobalt i rozproszone twarde fazy.
Kobalt zapewnia podstawową matrycę. Chrom wspomaga odporność na korozję i utlenianie, a także uczestniczy w tworzeniu węglików. Węgiel kontroluje ilość i rodzaj węglika, który może się utworzyć. Wolfram lub molibden mogą wzmacniać osnowę, zmieniać skład chemiczny węglików i wpływać na zachowanie w podwyższonych temperaturach.
Mikrostruktura może obejmować:
ASM International podkreśla, że struktura, właściwości i zachowanie stopu kobaltu zależą zarówno od składu chemicznego, jak i metody produkcji. Stopy kobaltu mogą być odlewane, kute, spawane w celu napawania lub konsolidowane w procesach metalurgii proszków.
Źródło: ASM — Tarcie i zużycie stopów na bazie kobaltu.
Wolfram jest ciężkim pierwiastkiem ogniotrwałym o wysokiej temperaturze topnienia. W stopach kobaltowo-chromowych może przyczyniać się do wzmacniania w roztworze stałym i udziału w tworzeniu twardego węglika lub fazy złożonej.
Atomy wolframu są znacznie większe i cięższe niż atomy kobaltu. Kiedy wolfram rozpuszcza się w matrycy bogatej w kobalt, różnica w wielkości atomów powoduje odkształcenie sieci, które utrudnia ruch dyslokacyjny.
Może to wspierać:
Użyteczny efekt zależy od tego, ile wolframu pozostaje w roztworze, a nie od jego koncentracji w węglikach lub segregowanych obszarach.
Gdy dostępna jest wystarczająca ilość węgla, wolfram może uczestniczyć w tworzeniu węglików. W zależności od całkowitego składu chemicznego i warunków krzepnięcia stop może zawierać węgliki bogate w chrom, węgliki bogate w wolfram lub złożone węgliki metali mieszanych.
Węgliki twarde mogą poprawić odporność na zużycie poprzez odporność na:
Jednakże węgliki muszą być odpowiednio osadzone w osnowie. Wysoka zawartość węglików w słabej lub silnie segregowanej osnowie może prowadzić do pękania i wyciągania węglika.
Wolfram ma niską dyfuzyjność i może przyczyniać się do wytrzymałości w podwyższonej temperaturze i stabilności strukturalnej. To sprawia, że stopy Co-Cr-W są atrakcyjne pod względem zużycia na gorąco, cięcia na gorąco i zastosowań w zaworach lub uszczelnianiach w wysokiej temperaturze.
Wynik należy jeszcze sprawdzić w rzeczywistej temperaturze. Utlenianie, cykle termiczne, pełzanie, rozszerzalność cieplna i naprężenia kontaktowe mogą mieć wpływ na wydajność, nawet jeśli twardość w temperaturze pokojowej jest wysoka.
Wolfram jest znacznie gęstszy niż molibden. Wysokie dodatki wolframu mogą zatem zwiększyć gęstość elementu lub warstwy osadzonej.
Wolfram może również zwiększyć:
Nominalna zawartość wolframu nie jest wystarczającym dowodem na równomierne rozprowadzenie pierwiastka w dużym odlewie.
Molibden jest również ogniotrwałym pierwiastkiem stopowym. Może wzmacniać matrycę kobaltową, uczestniczyć w tworzeniu węglików i wpływać na zachowanie korozyjne.
Molibden rozpuszczony w osnowie bogatej w kobalt może utrudniać ruch dyslokacyjny i poprawiać wytrzymałość osnowy.
Badania porównujące stopy CoCrNi, CoCrW i CoCrMo powstałe w wyniku metalurgii proszków wykazały, że nikiel, wolfram i molibden charakteryzują się różnymi równowagami fazowymi, wartościami twardości i reakcjami na zużycie w wysokiej temperaturze. Badanie wykazało również, że współczynnik tarcia nie wpływa bezpośrednio na stopień zużycia.
Ponieważ próbki zostały wytworzone metodą metalurgii proszków w określonych składach i warunkach badań, rankingu nie należy przekładać bezpośrednio na odlewy piaskowe lub napoiny spawalnicze.
Źródło: Wpływ Ni, W i Mo na stopy z osnową CoCr.
Molibden może wchodzić do złożonych węglików i modyfikować ich rozkład, morfologię i stabilność. Podobnie jak w przypadku wolframu, efekt jest silnie zależny od węgla i chromu.
Molibden nie tworzy samodzielnie odporności na zużycie. Jego korzyść zależy od tego, czy obróbka cieplna czy metoda zestalania powoduje:
Chrom jest zwykle głównym pierwiastkiem pasywującym w stopach kobaltowo-chromowych. Molibden może modyfikować zachowanie folii pasywnej i może poprawiać odporność w niektórych środowiskach zawierających chlorki lub redukujących.
Badanie Co-30Cr-6Mo w roztworze zawierającym chlorki i wodorowęglany wykazało, że chrom i molibden hamują rozpuszczanie kobaltu i powodują pasywne zachowanie podobne do chromu.
W badaniu wykorzystano symulowany roztwór fizjologiczny, a nie przemysłowy proces w postaci zawiesiny lub kwasu. Jego wyniki wykazują mechanizm, ale nie kwalifikują stopu do zastosowań w górnictwie, przemyśle chemicznym lub na polach naftowych. Nadal konieczne może być faktyczne przetestowanie płynu procesowego.
Źródło: Pasywacja i zachowania korozyjne stopu kobaltu i Co-Cr-Mo.
Niektóre systemy Co-Cr-Mo mogą zapewnić korzystną równowagę pomiędzy wytrzymałością osnowy, ciągliwością i wsparciem węglikowym. Może to zmniejszyć tendencję do oddzielania się twardych cząstek w wyniku kontaktu ślizgowego.
Jednakże Co-Cr-Mo nie jest automatycznie twardszy niż każdy stop Co-Cr-W. Węgiel, wady odlewów, obróbka cieplna, grubość przekroju i temperatura badania mogą odwrócić pozorny ranking.
| Czynnik wyboru | Tendencja Co-Cr-W | Tendencja Co-Cr-Mo | Potrzebne kwalifikacje |
|---|---|---|---|
| Gorąca twardość | Często mocnym powodem konstrukcyjnym używania W | Można również pracować w podwyższonej temperaturze | Badanie twardości na gorąco lub zużycia w rzeczywistej temperaturze |
| Zużycie i zatarcie kleju | Często rozważany w przypadku silnego kontaktu metalu z metalem | Może być również odporny na zacieranie w zależności od węgla i matrycy | Para styków, obciążenie, prędkość i smarowanie |
| Zużycie ścierne | Mogą przyczyniać się do tego twarde fazy zawierające W | Węgliki zawierające Mo i wytrzymałość osnowy mogą mieć wpływ | Rodzaj, rozmiar, obciążenie i uderzenie ścierniwa |
| Korozja | Chrom pozostaje głównym pierwiastkiem pasywującym | Mo może przynieść korzyści niektórym środowiskom chlorkowym lub redukującym | Test korozji w płynie procesowym lub trybokorozji |
| Gęstość | Wyższe po dodaniu znacznego W | Niższa gęstość dodatku niż równoważna zawartość W | Przegląd ciężaru elementu i masy obrotowej |
| Segregacja odlewów | Ciężkie dodatki W wymagają ścisłej kontroli | Mo również segreguje, ale inaczej | Mapowanie chemii i reprezentatywne pobieranie próbek |
| Skrawalność | Twarde fazy mogą utrudniać obróbkę | Może być również trudne w zależności od frakcji węglika | Naddatek na narzędzia i obróbkę |
| Spawanie i napawanie | Skład musi uwzględniać rozcieńczanie i pękanie | Ten sam wymóg; Mo nie eliminuje ryzyka spawania | Kwalifikacja procedur i chemia metali osadzonych |
| Koszt i dostępność | Wolfram może powodować większe narażenie surowca | Ceny molibdenu również są zróżnicowane | Aktualna oferta cenowa i przegląd łańcucha dostaw |
Są to tendencje inżynieryjne, a nie gwarantowane rankingi.
Badanie przeprowadzone w 2020 r. wykazało różne zachowanie w zakresie tarcia i zużycia stopów CoCrW i CoCrMo wytwarzanych w proszku w temperaturach od temperatury pokojowej do 1000°C. Oddzielne badanie określonych stopów dentystycznych Co-Cr-Mo i Co-Cr-W-Mo wykazało, że testowany materiał Co-Cr-Mo miał lepszą odporność na zużycie w określonych warunkach.
Z drugiej strony badania osadów drutu spawalniczego CoCrMo i CoCrW na podłożu z nadstopu wykazały zależne od stanu różnice w zużyciu zmęczeniowym i wysokotemperaturowym.
Wyniki te potwierdzają jedną główną zasadę: rankingi wydajności zależą od dokładnego składu, metody produkcji, mikrostruktury i metody testowania.
Źródła: Badanie stopów na matrycy CoCr, badanie wytrącania Co-Cr-Mo i Co-Cr-W-Mo oraz osady spawalnicze CoCrMo i CoCrW.
Wolframu i molibdenu nie można ocenić bez węgla.
Węgiel kontroluje potencjalną ilość tworzenia się węglików. Stop o niższej zawartości węgla może w większym stopniu opierać się na wzmocnieniu w roztworze stałym i zachowaniu matrycy. Stop o wyższej zawartości węgla może zawierać większą frakcję węglika i wyższą twardość, ale zmniejszoną ciągliwość.
| Tendencja poziomu węgla | Oczekiwany kierunek mikrostrukturalny | Potencjalna przewaga | Potencjalne ryzyko |
|---|---|---|---|
| Niższy węgiel | Niższa frakcja węglika; bardziej ciągła macierz | Lepsza plastyczność i reakcja na szok termiczny | Zmniejszona odporność na silne ścieranie |
| Węgiel pośredni | Zrównoważona matryca i populacja węglików | Połączenie odporności na zacieranie i zużycie | Wymaga kontrolowanego odlewania i obróbki cieplnej |
| Wyższy węgiel | Większy potencjał tworzenia węglików | Wyższa twardość i odporność na zużycie ścierne | Kruchość, sieci węglików i pękanie |
| Bardzo wysoka lokalna zawartość węgla w wyniku segregacji | Niejednorodne obszary bogate w węgliki | Brak niezawodnej przewagi inżynieryjnej | Lokalne ścieżki pęknięć i niespójna obróbka |
Prawidłowa zawartość węgla zależy od komponentu i mechanizmu awarii.
Gniazdo zaworu narażone na zużycie adhezyjne, korozję i kontakt uszczelniający nie wymaga takiej samej równowagi między osnową a węglikiem, jak warstwa napawająca narażona na ścieranie mineralne.
Termin „stop wolframu i kobaltu” może powodować zamieszanie.
Odlewany lub osadzany stop Co-Cr-W zawiera kobalt jako główną osnowę z chromem, wolframem, węglem i innymi dodatkami.
Węglik spiekany WC-Co to inny system materiałów. Składa się głównie z cząstek węglika wolframu połączonych mniejszą ilością kobaltu. Zwykle wytwarza się go w procesach metalurgii proszków i spiekania.
| System materialny | Główna twarda faza | Główny segregator lub matryca | Typowa trasa produkcyjna |
|---|---|---|---|
| Stop Co-Cr-W | Węgliki zawierające chrom i wolfram | Metaliczna matryca bogata w kobalt | Odlewanie, napawanie, konsolidacja proszku |
| Stop Co-Cr-Mo | Węgliki zawierające chrom i molibden | Metaliczna matryca bogata w kobalt | Odlewanie, obróbka kuta, proszek lub osadzanie |
| WC-Co węglik spiekany | Węglik wolframu | Spoiwo kobaltowe | Prasowanie proszków i spiekanie w fazie ciekłej |
| Kostop z dodatkiem cząstek WC | Wprowadzono cząstki węglika wolframu | Matryca ze stopu kobaltu | PTA, napawanie laserowe, HVOF lub inna metoda osadzania |
Materiały różnią się składem, frakcją fazową, obróbką, wytrzymałością, możliwością naprawy i kosztem. Nigdy nie należy ich traktować jako wymiennych, ponieważ oba zawierają kobalt i wolfram.
Odlewanie tworzy dendrytyczną strukturę zestalania. Wolfram, molibden, chrom i węgiel mogą segregować pomiędzy rdzeniami dendrytowymi i obszarami międzydendrytycznymi.
Ważne elementy sterujące castingiem obejmują:
Duże zmiany przekroju mogą powodować różne szybkości chłodzenia i morfologię węglika w ramach jednego komponentu.
Drogi proszkowe mogą zapewnić:
Wyniku uzyskanego z próbki badawczej z zakresu metalurgii proszków nie należy przyjmować dla odlewu konwencjonalnego.
Hardfacing wprowadza dodatkowe zmienne:
AWS A5.21/A5.21M obejmuje klasyfikację gołych elektrod i prętów do napawania. Aktualne wydanie 2024 zawiera klasyfikacje na bazie kobaltu. Klasyfikacja metalu wypełniającego opisuje skład chemiczny materiałów eksploatacyjnych lub nierozcieńczonych osadzonych; samo w sobie nie gwarantuje chemii końcowej rozcieńczonej powłoki.
Źródło: AWS A5.21/A5.21M:2024.
Proszek stopu kobaltu można stosować do różnych procesów osadzania, ale wielkość cząstek, morfologia i skład chemiczny muszą odpowiadać sprzętowi.
Ostateczna powłoka zależy od:
Proszek odpowiedni do jednego procesu nie powinien być automatycznie stosowany w innym.
W przypadku przesuwania metalu po metalu zapytaj:
Stop Co-Cr-W może być atrakcyjny pod względem twardości na gorąco i odporności na zacieranie, ale ostateczny wybór musi uwzględniać wykończenie powierzchni i zgodność powierzchni współpracującej.
W przypadku ścierania minerałów lub cząstek należy zapisać:
Stop kobaltu o wysokiej zawartości węglików może być odporny na ścieranie, ale może stać się podatny na uszkodzenia, jeśli populacja węglików jest zbyt gruba lub słabo osadzona.
Zużycia korozyjnego nie można przewidzieć na podstawie badania twardości na sucho.
Dostarczać:
Molibden może być przydatny w niektórych środowiskach korozyjnych, ale badania laboratoryjne powinny odtworzyć rzeczywisty płyn, w przypadku którego konsekwencje awarii są znaczące.
W przypadku usług gorących należy uwzględnić:
Wysoka zawartość wolframu nie eliminuje utleniania, zmęczenia cieplnego ani pełzania.
| Kontrola | Zamiar | Ważne ograniczenie |
|---|---|---|
| Spektroskopia emisyjna optyczna | Mierzy skład chemiczny głównych stopów i wielu pierwiastków śladowych | Przygotowanie próbki i kalibracja muszą być dostosowane do stopów kobaltu |
| Analiza węgla spalania | Zapewnia niezawodny pomiar zawartości węgla | Na podstawie XRF nie należy wnioskować o zawartości węgla |
| Fluorescencja rentgenowska | Przydatne do identyfikacji Co, Cr, W i Mo | Generalnie nie nadaje się do dokładnego pomiaru zawartości węgla |
| Badanie twardości | Potwierdza lokalną reakcję mechaniczną | Nie określa morfologii ani wytrzymałości węglika |
| Metalografia | Ocenia dendryty, węgliki, porowatość i rozkład faz | Miejsce pobierania próbek musi odpowiadać komponentowi |
| Inspekcja cieczowo-penetralna | Wykrywa nieciągłości przerywające powierzchnię | Nie ujawnia wad wewnętrznych |
| Radiografia lub wykwalifikowany UT | Ocenia wybrane nieciągłości wewnętrzne | Geometria i gruba struktura mogą wpływać na czułość |
| Kontrola wymiarowa | Potwierdza dopasowanie, geometrię uszczelnienia i obróbkę | Nie weryfikuje metalurgii |
| Wskaźnik PMI | Pomaga zapobiegać mieszaniu stopów | Metoda musi identyfikować różnice W/Mo i nie może zastąpić pełnej chemii laboratoryjnej |
Plan inspekcji powinien określać miejsca testów i kryteria akceptacji przed rozpoczęciem produkcji.
Dostarczać:
Unikaj żądania „najwyższego stopu wolframu” lub „maksymalnej twardości” bez danych operacyjnych. Większa zawartość stopu może zwiększyć koszt i kruchość, nie rozwiązując faktycznej awarii.
Informacje na temat elementów odlewanych ze stopów kobaltu można znaleźć w artykule:
Informacje na temat osadzonych powierzchni ścieralnych można znaleźć w artykule:
Aby uzyskać dodatkowe informacje, przeczytaj:
Na tych stronach opisano różne produkty i procesy. Stop i proces muszą zostać potwierdzone na podstawie rysunku klienta, warunków obsługi i wymagań akceptacyjnych.
W tym artykule przedstawiono ogólne wskazówki dotyczące wyboru materiałów. Nie stwierdza to, że Co-Cr-W lub Co-Cr-Mo jest uniwersalnie lepszy.
Ostateczny wybór materiału pozostaje w gestii właściciela sprzętu, odpowiedzialnego inżyniera, nabywcy i producenta zgodnie z uzgodnioną specyfikacją.
Odlewanie, szlifowanie, obróbka skrawaniem, natryskiwanie cieplne i spawanie materiałów zawierających kobalt mogą powodować powstawanie pyłu lub dymu zawierającego kobalt. NIOSH identyfikuje wdychanie, spożycie oraz kontakt ze skórą lub oczami jako drogi narażenia na pył i opary metalu kobaltowego, a wśród narządów docelowych wymienia układ oddechowy i skórę.
Stosować udokumentowaną ocenę higieny przemysłowej, osłonę procesową lub lokalną wentylację wyciągową, odpowiednie utrzymanie porządku i sprzęt ochrony osobistej dostosowany do konkretnego zadania. Wybór respiratora musi opierać się na zmierzonym narażeniu i mającym zastosowanie programie ochrony dróg oddechowych.
Źródła: Kieszonkowy przewodnik NIOSH — Pył i opary metali kobaltowych oraz Lokalna wentylacja wyciągowa NIOSH podczas spawania.
Nie. Wolfram może zapewniać twardość na gorąco i wytrzymałość osnowy, ale utlenianie, morfologia węglika, zmęczenie cieplne i sposób produkcji również kontrolują wydajność.
Nie. W niektórych środowiskach molibden może korzystnie wpływać na pasywność, ale zawartość chromu, skład chemiczny cieczy, temperatura i mechaniczne usuwanie powłoki pozostają ważne. Jeżeli ryzyko korozji jest znaczne, należy przetestować rzeczywiste medium procesowe.
Nie. Mają różną masę atomową, zachowanie węglika, efekty podziału i przetwarzania. Zastąpienie wymaga przeprojektowania i kwalifikacji stopu.
Nie koniecznie. Zużycie zależy również od nośnika węglika, wytrzymałości, trybu tarcia, temperatury, korozji i materiału powierzchni współpracującej.
XRF może pomóc w identyfikacji kobaltu, chromu, wolframu i molibdenu, ale generalnie nie może zapewnić wyników węgla potrzebnych do kontroli węglików. Zastosuj odpowiednią metodę analizy węgla.
Nie. Odlewy zestalają się jako kompletne komponenty. Na osady utwardzające wpływa rozcieńczenie, grubość warstwy, chłodzenie i metal nieszlachetny.
Jeśli to możliwe, należy określić uznaną klasyfikację rodzajową lub uzgodniony plan chemii i akceptacji. Nazwy handlowe mogą obejmować różne formy lub warianty historyczne.
Rysunek definiuje geometrię, ale niezbędne są również dane serwisowe. Podaj informacje o mechanizmie zużycia, temperaturze, medium, obciążeniu, powierzchni współpracującej i bieżących awariach.
Wolfram i molibden są cennymi dodatkami do stopów kobaltowo-chromowych, ale rozwiązują różne problemy metalurgiczne.
Wolfram może przyczyniać się do silnego wzmocnienia w roztworze stałym, twardości na gorąco i twardych faz zawierających wolfram. Może również zwiększać gęstość, wrażliwość na segregację i trudności w obróbce.
Molibden może wzmacniać matrycę bogatą w kobalt, uczestniczyć w tworzeniu węglików i wspomagać korozję w określonych środowiskach. Jego zalety nadal zależą od chromu, węgla, obróbki cieplnej i metody produkcji.
Prawidłowe pytanie inżynieryjne nie brzmi:
„Czy wolfram jest lepszy od molibdenu?”
To jest:
„Która kombinacja chemii osnowy, struktury węglika i procesu produkcyjnego najlepiej odpowiada udokumentowanym warunkom zużycia, korozji i temperatury?”
Wysyłaj rysunki, aktualny skład chemiczny, zdjęcia uszkodzonych części i dane operacyjne za pośrednictwemStrona kontaktowa EB Castingslub e-mailobsada@ebcastings.com.
Wszystkie wymagania dotyczące stopów, procesów i kontroli należy potwierdzić przed wyceną i produkcją.
Zapoznaj się z zapytaniami dotyczącymi komponentów opartych na rysunkach, związanymi z omawianymi materiałami lub mocowaniami.
