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钴基合金材料的用途,稀缺吗,重要吗
钴是小金属,是一种非常稀缺的资源,有“工业味精” 之称,是重要的战略资源之一。世界钴储量约为710 万吨。主要集中在刚果(金)、澳大利亚、古巴,三国储量约占世界钴总储量的83.1%,其中刚果(金)占世界储量的47.9%。其余的少量分布在赞比亚、俄罗斯、加拿大等。钴是中国严重短缺的九种矿产资源之一。中国钴矿资源不多,主要伴生在铜、镍、铁矿中,独立成矿的钴矿物仅占全国保有储量的4.70%。中国已探明钴金属储量仅47万吨。
电池材料是钴的最主要消费材料,占钴总消费的60%左右。锂离子电池的主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等。钴是锂电池最常见的金属材料之一。锂电池主要用于手机领域、笔记本领域、电动自行车和新能源汽车领域。未来新能源汽车将成为带动锂电池需求的主要增长点。钴的另一个主要用途在生产耐高温、耐热、耐腐的硬质合金。硬质合金是由硬质(钨、钛)颗粒和韧性较好的材料(钴、镍)挤压粘结而成的。硬质合金广泛用作刀具材料,如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等,用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材,也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工的材料。硬质合金还可用来制作凿岩工具、采掘工具、钻探工具、测量量具、耐磨零件、金属磨具、汽缸衬里、精密轴承、喷嘴等。高温合金是金属钴的另一个消费领域之一,2011年高温合金占全球钴消费接近20%而中国仅有4%。未来在中国的消费比例也会越来越大。高温合金(又叫超级合金)是在600-1200℃高温下能承受一定应力并具有抗氧化或抗腐蚀能力的合金。高温合金的消费中,航空航天、能源推进、工业、汽车行业和其他领域分别占比64%、24%、5%、3%、2%和2%。航空航天发动机是高温合金行业在航空航天领域最主要的消费部分。磁性材料是金属钴的又一用途。磁性材料在电子工业和其他高科技领域起着非常重要的作用。钴可以作为高档的玻璃和陶瓷的色彩染料。作为国内传统的钴的消费领域,钴在玻陶行业的使用量一直比较平稳。钴还广泛用于石油冶炼中的各种加氢催化剂。钴基催化剂比如醋酸钴在合成催化剂中具有重要地位。
钴用途多样且广泛决定了钴的消费需求整体呈现一定刚性,不随强周期行业的景气度波动。钴的工业消费方面,未来新能源汽车将成为带动锂电池需求的新增长点,传统的笔记本电脑、便携式电器、手机等市场也将进一步发展。航空航天业的发展将带动钴在高温合金行业的需求增加,高温合金行业是未来带动钴的工业需求之一。
钴基合金的牌号组织
钴基高温合金发展过程 20世纪30年代末期,由于活塞式航空发动机用涡轮增压器的需要,开始研制钴基高温合金。1942年﹐美国首先用牙科金属材料Vitallium (Co-27 Cr-5 Mo-0.5Ti)制作涡轮增压器叶片取得成功。在使用过程中这种合金不断析出碳化物相而变脆。因此﹐把合金的含碳量降至0.3%,同时添加2.6%的镍,以提高碳化物形成元素在基体中的溶解度,这样就发展成为HA-21合金。40年代末,X-40和HA-21制作航空喷气发动机和涡轮增压器铸造涡轮叶片和导向叶片,其工作温度可达850-870℃。
1953年出现的用作锻造涡轮叶片的S-816,是用多种难熔元素固溶强化的合金。从50年代后期到60年代末,美国曾广泛使用过4种铸造钴基合金:WI-52,X-45,Mar-M509和FSX-414。变形钴基合金多为板材,如L-605用于制作燃烧室和导管。1966年出现的HA-188,因其中含镧而改善了抗氧化性能。苏联用于制作导向叶片的钴基合金∏K4﹐相当于HA-21。钴基合金的发展应考虑钴的资源情况。钴是一种重要战略资源,世界上大多数国家缺钴,以致钴基合金的发展受到限制。
按使用用途分类,钴基合金可以分为钴基耐磨损合金,钴基耐高温合金及钴基耐磨损和水溶液腐蚀合金。一般使用工况下,其实都是兼有耐磨损耐高温或耐磨损耐腐蚀的情况,有的工况还可能要求同时耐高温耐磨损耐腐蚀,而越是在这种复杂的工况下,才越能体现钴基合金的优势。
钴基合金中的碳化物颗粒的大小和分布以及晶粒尺寸对铸造工艺很敏感,为使铸造钴基合金部件达到所要求的持久强度和热疲劳性能,必须控制铸造工艺参数。钴基合金需进行热处理,主要是控制碳化物的析出。对铸造钴基合金而言,首先进行高温固溶处理,温度通常为1150℃左右,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,使碳化物重新析出。
钴基合金
钴基高温合金是含钴量40~65%的奥氏体高温合金。在730~1100条件下具有一定的高温强度、良好的抗热腐蚀和抗氧化能力。适于制作航空喷气发动机、工业燃气轮机、舰船燃气轮机的导向叶片和喷嘴导叶以及柴油机喷嘴等。
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。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。
钴基高温合金的典型牌号有:Hayness188,Haynes25(L-605),Alloy S-816,UMCo-50,MP-159,FSX-414,X-40,Stellite6B等,中国相应牌号有:GH5188(GH188),GH159,GH605,K640,DZ40M等。我国对钴基高温合金研究比较深入(国内典型的研究与推广单位有钢铁研究总院与北京融品科技有限公司等)。与其它高温合金不同,钴基高温合金不是由与基体牢固结合的有序沉淀相来强化,而是由已被固溶强化的奥氏体fcc基体和基体中分布少量碳化物组成。铸造钴基高温合金却是在很大程度上依靠碳化物强化。纯钴晶体在417℃以下是密排六方(hcp)晶体结构,在更高温度下转变为fcc。为了避免钴基高温合金在使用时发生这种转变,实际上所有钴基高温合金由镍合金化,以便在室温到熔点温度范围内使组织稳定化。钴基高温合金具有平坦的断裂应力-温度关系,但在1000℃以上却显示出比其他高温下具有优异的抗热腐蚀性能,这可能是因为该合金含铬量较高,这是这类合金的一个特征。
20世纪30年代末期,由于活塞式航空发动机用涡轮增压器的需要,开始研制钴基高温合金。1942年﹐美国首先用牙科金属材料Vitallium (Co-27Cr-5Mo-0.5Ti)制作涡轮增压器叶片取得成功。在使用过程中这种合金不断析出碳化物相而变脆。因此﹐把合金的含碳量降至0.3%,同时添加2.6%的镍,以提高碳化物形成元素在基体中的溶解度,这样就发展成为HA-21合金。40年代末,X-40和HA-21制作航空喷气发动机和涡轮增压器铸造涡轮叶片和导向叶片,其工作温度可达850-870℃。1953年出现的用作锻造涡轮叶片的S-816,是用多种难熔元素固溶强化的合金。从50年代后期到60年代末,美国曾广泛使用过4种铸造钴基合金:WI-52,X-45,Mar-M509和FSX-414。变形钴基合金多为板材,如L-605用于制作燃烧室和导管。1966年出现的HA-188,因其中含镧而改善了抗氧化性能。苏联用于制作导向叶片的钴基合金∏K4﹐相当于HA-21。钴基合金的发展应考虑钴的资源情况。钴是一种重要战略资源,世界上大多数国家缺钴,以致钴基合金的发展受到限制。
一般钴基高温合金缺少共格的强化相,虽然中温强度低(只有镍基合金的50-75%),但在高于980℃时具有较高的强度、良好的抗热疲劳、抗热腐蚀和耐磨蚀性能,且有较好的焊接性。适于制作航空喷气发动机、工业燃气轮机、舰船燃气轮机的导向叶片和喷嘴导叶以及柴油机喷嘴等。
钴基高温合金中最主要的碳化物是 MC﹑M23C6和M6C在铸造钴基合金中,M23C6是缓慢冷却时在晶界和枝晶间析出的。在有些合金中,细小的M23C6能与基体形成共晶体。MC碳化物颗粒过大,不能对位错直接产生显着的影响,因而对合金的强化效果不明显,而细小弥散的碳化物则有良好的强化作用。位于晶界上的碳化物(主要是M23C6)能阻止晶界滑移,从而改善持久强度,钴基高温合金HA-31(X-40)的显微组织为弥散的强化相为 (CoCrW)6 C型碳化物。
在某些钴基高温合金中会出现的拓扑密排相如西格玛相和Laves等是有害的,会使合金变脆。钴基合金较少使用金属间化合物进行强化,因为Co3 (Ti﹐Al)﹑Co3Ta等在高温下不够稳定,但使用金属间化合物进行强化的钴基合金也有所发展。
钴基高温合金中碳化物的热稳定性较好。温度上升时﹐碳化物集聚长大速度比镍基合金中的 相长大速度要慢﹐重新回溶于基体的温度也较高(最高可达1100℃)﹐因此在温度上升时﹐钴基合金的强度下降一般比较缓慢。
钴基合金有很好的抗热腐蚀性能,一般认为,钴基合金在这方面优于镍基合金的原因,是钴的硫化物熔点(如Co-Co4S3共晶,877℃)比镍的硫化物熔点(如Ni-Ni3S2共晶645℃)高,并且硫在钴中的扩散率比在镍中低得多。而且由于大多数钴基合金含铬量比镍基合金高,所以在合金表面能形成抵抗碱金属硫酸盐(如Na2SO4腐蚀的Cr2O3保护层)。但钴基高温合金抗氧化能力通常比镍基合金低得多。
早期的钴基合金用非真空冶炼和铸造工艺生产。后来研制成的合金,如Mar-M509合金,因含有较多的活性元素锆、硼等,用真空冶炼和真空铸造生产。
钴基高温合金中的碳化物颗粒的大小和分布以及晶粒尺寸对铸造工艺很敏感,为使铸造钴基合金部件达到所要求的持久强度和热疲劳性能,必须控制铸造工艺参数。钴基高温合金需进行热处理,主要是控制碳化物的析出。对铸造钴基高温合金而言,首先进行高温固溶处理,温度通常为1150℃左右,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。
合金工件的磨损在很大程度上受其表面的接触应力或冲击应力的影响。在应力作用下表面磨损随位错流动和接触表面的互相作用特征而定。对于钴基高温合金来说,这种特征与基体具有较低的层错能及基体组织在应力作用或温度影响下由面心立方转变为六方密排晶体结构有关,具有六方密排晶体结构的金属材料,耐磨性是较优的。此外,合金的第二相如碳化物的含量、形态和分布对耐磨性也有影响。由于铬、钨和钼的合金碳化物分布于富钴的基体中以及部分铬、钨和钼原子固溶于基体,使合金得到强化,从而改善耐磨性。在铸造钴基合金中,碳化物颗粒尺寸与冷却速度有关,冷却快则碳化物颗粒比较细。砂型铸造时合金的硬度较低,碳化物颗粒也较粗大,这种状态下,合金的磨料磨损耐磨性明显优于石墨型铸造(碳化物颗粒较细),而粘着磨损耐磨性两者没有明显差异,说明粗大的碳化物有利于改善抗磨料磨损能力。
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stellite6合金是什么标准
Stellite6钴基合金(钴基超耐热合金)是一种能耐各种类型磨损和腐蚀以及高温氧化的硬质合金。即通常所说的钴铬钨合金或司太立(Stellite)合金
钴基合金Stellite6司太立合金
Stellite6对应牌号:
CoCrW, UNS R30016 ,Stellite6B,alloy 6B
Stellite6执行标准:AMS5894
Stellite6 实测化学成分
Stellite6简介:
合金6是一种钴基合金,用于磨损环境,防咬死,防磨损,防摩擦。合金6B的摩擦系数很低,能和其他金属产生滑触,在多数情况下不会产生磨损。即使不用润滑剂,或者不能用润滑剂的应用中,6B合金可以把咬死和磨损降至最低。
合金6的耐磨性能是与生俱来的,不依靠冷作加工或热处理,因此也能减少热处理工作量和后续加工的成本。
合金6耐受气蚀, 耐冲击,耐热冲击和多种腐蚀介质. 在赤热状态下,合金6B能保持很高的硬度(冷却后可以恢复原来的硬度). 在既有磨损又有腐蚀的环境中, 合金6B非常实用。
Stellite6应用:
合金6可用于制造阀门零件, 泵柱塞, 蒸汽机防腐蚀罩, 高温轴承, 阀杆,食品加工设备, 针阀,热挤模具, 成型磨具等
stellite alloy 6合金是一种钴基合金,用于磨损环境,防咬死,防磨损,防摩擦。合金的摩擦系数很低,能和其他金属产生滑触,在多数情况下不会产生磨损。即使不用润滑剂,或者不能用润滑剂的应用中,合金可以把咬死和磨损降至最低。
stellite alloy 6合金的耐磨性能是与生俱来的,不依靠冷作加工或热处理,因此也能减少热处理工作量和后续加工的成本.
stellite alloy 6合金耐受气蚀, 耐冲击,耐热冲击和多种腐蚀介质. 在赤热状态下,合金能保持很高的硬度(冷却后可以恢复原来的硬度). 在既有磨损又有腐蚀的环境中, 合金非常实用.
应用
stellite alloy 6合金可用于制造阀门零件, 泵柱塞, 蒸汽机防腐蚀罩, 高温轴承, 阀杆,食品加工设备, 针阀,热挤模具,
司太立耐磨合金合金由合金基体中的复合碳化物组成。它们耐磨损、擦伤和腐蚀,并在高温下保持这些性能。其优异的耐磨性主要是由于硬质合金相分散在CoGr合金基体中的独特固有特性。耐磨合金(Stellite6)是应用最广泛的耐磨钴基合金,具有良好的综合性能。它被认为是通用耐磨性应用的行业标准,在较宽的温度范围内具有优异的抗多种形式的机械和化学降解性能,在500C(930F)以下保持合理的硬度。它具有良好的抗冲击和抗空蚀性能。
Stellite6非常适合各种堆焊工艺,可使用硬质合金刀具进行车削。例子包括阀座和闸板、泵轴和轴承、防蚀板和滚动副。它通常是自配的。
Stellite6钴基合金分类
按使用用途分类,钴基合金可以分为钴 基耐磨损合金,钴基耐高温合金及钴基耐磨损和水溶液腐蚀合金。一般使用工况下,其实都是兼有耐磨损耐高温或耐磨损耐腐蚀的情况,有的工况还可能要求工件同时耐高温耐磨损耐腐蚀,而越是在这种复杂的工况下,才越能体现钴基合金的优势。
Stellite6钴基合金基理
钴基合金基体为面心立方fcc的结构的Co-Cr合金固溶体,根据其W、C含量的不同,在基体上有相当数量的富铬碳化物(M7C3型)析出,因而具有良好的金属-金属耐磨擦及耐磨料磨损性能,合金硬度随W、C含量的增加而升高。该合金强度和硬度可以保持到800℃以上,具有良好的耐磨损、耐高温、耐腐蚀、耐气蚀等综合性能。钴铬钨侧重于高温耐磨;钴铬钼侧重于高温耐蚀。
Stellite6钴基合金产品特点
1、钢水纯净
2、组织致密
3、性能均衡
Stellite6钴基合金产品形态
1、母合金 电极棒
2、精密铸件
3、能变形牌号的锻棒 锻件 热轧条
4、能变形牌号的焊丝 板材
Stellite6 WR6K,stellite6K合金
WR6K,stellite6K是在最复杂工况下的首选切割刀具,坚韧耐磨,碳含量比Stellite6B提高0.5%,其它成分与Stellite6B相同;常用于剪切橡皮、塑料、皮革、木材、食品、合成纤维和纸张用的刀具
钴基合金的介绍
钴基合金,是一种能耐各种类型磨损和腐蚀以及高温氧化的硬质合金。即通常所说的钴铬钨(钼)合金或司太立(Stellite)合金(司太立合金由美国人Elwood Hayness 于1907年发明)。钴基合金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,偶尔也还含有铁的一类合金。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。
Co40是什么材料
Co40是一种钴基合金,Co是钴的化学符号,40表示的是钴基合金的金属号。Co40应用于强腐蚀介质中的阀门,轨道,挤塑器等。化学成分如下:
性能参数如下:
扩展资料:
钴基合金的性能:
1、钴基合金中碳化物的热稳定性较好。温度上升时﹐碳化物集聚长大速度比镍基合金中的 相长大速度要慢﹐重新回溶于基体的温度也较高(最高可达1100℃)﹐因此在温度上升时﹐钴基合金的强度下降一般比较缓慢。
2、钴基合金有很好的抗热腐蚀性能,一般认为,钴基合金在这方面优于镍基合金的原因,是钴的硫化物熔点(如Co-Co4S3共晶,877℃)比镍的硫化物熔点(如Ni-Ni3S2共晶645℃)高,并且硫在钴中的扩散率比在镍中低得多。
参考资料来源:百度百科-钴基合金
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