鈷基高溫合金
發展過程 20世紀30年代末期,由於活塞式航空發動機用渦輪增壓器的需要,開始研製鈷基高溫合金(以下簡稱鈷基合金)。1942年,美國首先用牙科金屬材料Vitallium (Co- 27Cr-5Mo-0.5Ti)製作渦輪增壓器葉片取得成功。在使用過程中這種合金不斷析出碳化物相而變脆。因此,把合金的含碳量降至0.3%,同時添加2.6%的鎳,以提高碳化物形成元素在基體中的溶解度,這樣就發展成為HA-21合金。40年代末,X-40和HA-21製作航空噴氣發動機和渦輪增壓器鑄造渦輪葉片和導向葉片,其工作溫度可達850~870℃。1953年出現的用作鍛造渦輪葉片的S-816,是用多種難熔元素固熔強化的合金。從50年代後期到60年代末,美國曾廣泛使用過4種鑄造鈷基合金:WI-52,X-45,Mar-M509和fsx-414。變形鈷基合金多為板材,如L-605用於製作燃燒室和導管。1966年出現的HA-188,因其中含鑭而改善了抗氧化性能。蘇聯用於製作導向葉片的鈷基合金Лκ4,相當於HA-21。鈷基合金的發展應考慮鈷的資源情況。鈷是一種重要戰略資源,世界上大多數國家缺鈷,以致鈷基合金的發展受到限制。成分和性能 鈷基合金一般含鎳10~22%,鉻20~30%以及鎢、鉬、鉭和鈮等固溶強化和碳化物形成元素,含碳量高,是一類以碳化物為主要強化相的高溫合金。鈷基合金的耐熱能力與固溶強化元素和碳化物形成元素含量多少有關(見表)。



鈷基合金中碳化物的熱穩定性較好。溫度上升時,碳化物集聚長大速度比鎳基合金中的γ┡相長大速度要慢,重新回溶於基體的溫度也較高(最高可達1100℃),因此在溫度上升時,鈷基合金的強度下降一般比較緩慢(圖3)。

製造工藝 早期的鈷基合金用非真空冶煉和鑄造工藝生產。後來研製成的合金,如Mar-M509合金,因含有較多的活性元素鋯、硼等,用真空冶煉和真空鑄造生產。
鈷基合金中的碳化物顆粒的大小和分布以及晶粒尺寸對鑄造工藝很敏感,為使鑄造鈷基合金部件達到所要求的持久強度和熱疲勞性能,必須控制鑄造工藝參數。鈷基合金需進行熱處理,主要是控制碳化物的析出。對鑄造鈷基合金而言,首先進行高溫固溶處理,溫度通常為1150℃左右,使所有的一次碳化物,包括部分MC型碳化物溶入固溶體;然後再在870~980℃進行時效處理,使碳化物(最常見的為M26C6)重新析出。
參考書目
C.T.Sims,W.C.Hagel,The Superalloys, John Wiley & Sons,New York,1972.
C.P.Sullivan, Cobalt Base Superalloys, Cobalt Monograph Series, Centre d'Information du Cobalt,Brussels,1970.