Порошок сплава на основе кобальта: практическое руководство по маркам, свойствам и выбору

Порошок сплава на основе кобальта редко привлекает много внимания, пока деталь не перестанет работать. На протяжении многих лет мы видели, как он спасает седла клапанов, которые заменялись каждые несколько месяцев, сохраняет работоспособность плунжеров насосов на химических заводах и удерживает поверхность горячих абразивных роликов еще долгое время после того, как более мягкие материалы вышли из строя. Если вы решаете, подходит ли кобальтовый сплав для вашего применения, в этом руководстве рассказывается, что на самом деле представляет собой порошок, какие семейства имеют значение на практике, как он производится и как выбрать сорт, не платя за свойства, которые вы никогда не будете использовать.

Что на самом деле представляет собой порошок сплава на основе кобальта

Порошок сплава на основе кобальта представляет собой металлическое сырье, в котором кобальт составляет основу химического состава, обычно его доля составляет от 40% до 65% от общего веса. Все остальное добавляется намеренно, элемент за элементом, для выполнения конкретной работы. Хром, обычно от 20% до 30%, создает защитный оксидный слой, который противостоит окислению и горячей коррозии. Вольфрам и молибден повышают жаропрочность и в сочетании с углеродом образуют частицы твердого карбида. Углерод фактически является показателем твердости: более высокий уровень углерода дает больше карбида, большую износостойкость и меньшую пластичность. Никель улучшает ударную вязкость и термическую стабильность, а кремний, бор и железо появляются в меньших количествах, чтобы регулировать поведение плавления и стоимость.

Существует также металлургическая причина, по которой эти сплавы ведут себя так иначе, чем порошки на основе никеля или железа. Кобальт меняет кристаллическую структуру с температурой, а его низкая энергия дефекта упаковки позволяет ему упрочняться при скользящем контакте. Практический результат — необычайная стойкость к истиранию, кавитации и износу металлических поверхностей, а это именно тот тип повреждений, который разрушает уплотнительную поверхность, даже если объемная твердость детали на бумаге выглядит совершенно адекватной.

Основные типы и что каждый из них делает хорошо

Семейство кобальтов обширно, и сами по себе названия сортов мало что вам скажут. Гораздо полезнее сортировать порошки по функциям, которые они должны выполнять.

Однако твердость — это всего лишь одно число. Кобальтовый сплав с твердостью 50 HRC и тяжелой фракцией карбидов может оказаться плохим выбором для ударопрочной поверхности, в то время как более мягкий и прочный сплав может значительно превзойти его. Прежде чем рекомендовать химию, мы обычно спрашиваем, как выглядит неисправность поврежденной детали, потому что этот единственный вопрос экономит больше денег, чем любая спецификация.

Порошок сплава на основе кобальта для износа и эксплуатации при высоких температурах Порошок кобальт-хром-вольфрам для наплавки, сварки распылением и высокотемпературных деталей; Несколько марок и диапазонов твердости позволяют принимать решения по износу, коррозии и ударам. Посмотреть продукт →

Почему эти сплавы выдерживают сложные условия

Репутация кобальтовых сплавов основана на сочетании свойств, которые редко встречаются вместе в одном материале.

• Горячая твердость: эти сплавы сохраняют полезную твердость примерно до 600–800 градусов Цельсия, поэтому они часто используются при горячей штамповке и производстве клапанов.
• Устойчивость к истиранию и адгезионному износу: кобальтовые поверхности устойчивы к приварке к контртелу, поэтому пары скольжения служат значительно дольше.
• Устойчивость к кавитационной эрозии: насосы, гребные винты и гидравлические компоненты выигрывают от этого больше, чем от исходной твердости.
• Устойчивость к окислению и сульфидейшену: богатый хромом оксидный слой защищает поверхность в печах и дымовых газах.
• Коррозионная стойкость: характеристики варьируются в зависимости от химического состава, но кобальт-хромовые марки хорошо справляются со многими кислотами, хлоридами и технологическими потоками.
• Характеристики склеивания: кобальт легко распыляет влажные стальные поверхности, что обеспечивает надежное металлургическое соединение при плакировании и сварке распылением.

Компромиссы одинаково реальны. Кобальт — дорогой металл, обработка покрытия на основе кобальта — медленная работа, а плохо контролируемый процесс может разбавить покрытие железом из подложки до тех пор, пока свойства, за которые вы заплатили, не исчезнут. Эти сплавы окупаются в определенных местах, а не везде.

Как делается порошок и что проверять

Сегодня большая часть порошков сплавов на основе кобальта производится газовым распылением. Загрузка плавится, часто в вакууме или в инертной атмосфере, чтобы химически активные элементы, такие как хром, не терялись в результате окисления, а поток жидкости разбивается струей газа под высоким давлением на мелкие капли, которые затвердевают в частицы, близкие к сферическим. Сферический порошок равномерно проходит через наплавочную головку или распылитель и образует более плотный осадок, чем измельченный материал неправильной формы.

Размер частиц соответствует процессу, который вы собираетесь запустить:

• Примерно от 15 до 45 микрон для лазерной наплавки и аддитивного производства, где необходимы тонкие слои и гладкие дорожки.
• Примерно от 45 до 106 микрон для высокоскоростного кислородного топлива и плазменного напыления.
• Примерно от 53 до 150 микрон для плазменно-дуговой сварки и ацетилен-ацетиленовой сварки, где преобладают более высокие скорости подачи.

Когда прибывает поставка, стоит внимательно прочитать цифры: химический анализ, распределение частиц по размерам со значениями D10, D50 и D90, содержание кислорода, кажущуюся плотность и плотность усадки, скорость потока, морфологию частиц, а также уровень сателлитов и пористости. Порошок, который соответствует химическим характеристикам, но имеет высокое содержание кислорода или широкий разброс по размерам, приведет к пористости и неоднородным отложениям, и никакие навыки оператора не смогут полностью это компенсировать.

Нанесение порошка на деталь

Нанесение порошка — это то место, где начинается большинство проблем с покрытием, и выбор процесса влияет на все последующие этапы. Лазерная наплавка позволяет получить тонкую и точную дорожку с очень низким разбавлением и небольшой зоной термического воздействия, которая подходит для уплотнительных поверхностей, шеек вала и локального ремонта. Высокоскоростное распыление кислородного топлива дает плотные покрытия с низким содержанием оксидов на больших площадях и широко применяется для роликов и гидравлических штоков. Сварка кислородно-ацетиленовым распылением остается надежным способом удаления более толстых отложений на седлах клапанов и аналогичных деталях, в то время как плазменная дуговая сварка обеспечивает высокую скорость наплавки для защиты от сильного износа.

Независимо от метода, элементы управления одинаковы: температура предварительного нагрева, скорость подачи порошка, скорость движения, перекрытие гусениц и разбавление. Неправильные действия позже проявятся в виде растрескивания, сколов или покрытия, которое просто изнашивается быстрее, чем ожидалось.

Услуги лазерной наплавки для модификации поверхности и ремонта компонентов Услуги лазерной наплавки изношенных роликов, винтов или плунжеров, а также для модификации поверхности; металлургическое соединение улучшает износостойкость, коррозию, нагревание, окисление или электрические свойства. Посмотреть продукт →

От покрытия до готовой детали

Покрытие хорошо настолько, насколько хороша часть под ним. Многие клиенты приходят к нам с изношенным роликом, винтом или плунжером и сроком производства, и на самом деле им нужен готовый компонент, а не спецификация порошка. В таких случаях работа начинается с выбора порошка, подготовки поверхности, нанесения покрытия, механической обработки и окончательной проверки на соответствие исходному чертежу.

Ролики являются наиболее распространенным примером: рабочие валки, направляющие ролики, ролики с ламинарным потоком, а также зеркальные или матовые ролики зависят от твердой, однородной поверхности, которая сохраняет свою отделку под нагрузкой. Винты, втулки вала, втулки и плунжеры насоса следуют той же логике: покрытие выбирается в соответствии с основным механизмом износа, а размеры контролируются, чтобы деталь снова вставлялась в машину без изменений.

Выбор подходящего порошка: практический контрольный список

Если вы сужаете оценку, эта последовательность охватывает большинство важных решений:

1. Определите доминирующий механизм повреждения. Истирание, адгезия, кавитация, окисление и коррозия требуют применения различных химических веществ.
2. Подтвердите рабочую температуру. Горячая твердость помогает только в том случае, если деталь действительно сильно нагревается.
3. Сопоставьте размер частиц с процессом, а не наоборот.
4. Проверьте уровень углерода в соответствии с вашим допуском на растрескивание и трудности обработки.
5. Проверьте субстрат. Разбавление низкоуглеродистой стали может смягчить отложения с высоким содержанием карбидов вблизи границы раздела.
6. Попросите образец и запустите пробную часть, прежде чем переходить к серийному производству.

Еще одно замечание по поводу стоимости: поскольку кобальт стоит дорого, разумным подходом обычно является его применение в качестве покрытия или вставки, а не изготовление из него целого компонента. Скромный слой в нужном месте часто превосходит цельную деталь, изготовленную из более дешевого сплава, при гораздо меньшей стоимости материала.

Мы потратили годы на сопоставление порошков сплавов на основе кобальта с реальными проблемами износа, и честный ответ заключается в том, что ни один сорт не может решить все проблемы. Если вы расскажете о компоненте, рабочей температуре и описании того, как текущая деталь выходит из строя, мы сможем предложить подходящий химический состав, размер частиц и технологический маршрут. Приглашаем Вас просмотреть наш диапазон порошков сплавов чтобы увидеть, как марки кобальта сочетаются с семействами никеля, железа и карбидов, или отправьте чертеж, и мы вместе с вами проработаем детали.