簡介
按使用用途分類,司太立合金可以分為司太立耐磨損合金,司太立耐高溫合金及司太立耐磨損和水溶液腐蝕合金。
一般使用工況下,其實都是兼有耐磨損耐高溫或耐磨損耐腐蝕的情況,有的工況還可能要求同時耐高溫耐磨損耐腐蝕,而越是在這種複雜的工況下,才越能體現司太立合金的優勢。
物質詳情
司太立合金的典型牌号有:Stellite1,Stellite4,Stellite6,Stellite12,Stellite20,Stellite31,Stellite100等。在我國,主要對司太立高溫合金研究比較深入和透徹(國内主要研究機構與推廣單位有鋼鐵研究總院與北京融品科技有限公司等)。
與其它高溫合金不同,司太立高溫合金不是由與基體牢固結合的有序沉澱相來強化,而是由已被固溶強化的奧氏體fcc基體和基體中分布少量碳化物組成。
鑄造司太立高溫合金卻是在很大程度上依靠碳化物強化。純钴晶體在417℃以下是密排六方(hcp)晶體結構,在更高溫度下轉變為fcc。為了避免司太立高溫合金在使用時發生這種轉變,實際上所有司太立合金由鎳合金化,以便在室溫到熔點溫度範圍内使組織穩定化。
司太立合金具有平坦的斷裂應力-溫度關系,但在1000℃以上卻顯示出比其他高溫下具有優異的抗熱腐蝕性能,這可能是因為該合金含鉻量較高,這是這類合金的一個特征。
元素分析
一般钴基高溫合金缺少共格的強化相,雖然中溫強度低(隻有鎳基合金的50-75%),但在高于980℃時具有較高的強度、良好的抗熱疲勞、抗熱腐蝕和耐磨蝕性能,且有較好的焊接性。适于制作航空噴氣發動機、工業燃氣輪機、艦船燃氣輪機的導向葉片和噴嘴導葉以及柴油機噴嘴等。
碳化物強化相钴基高溫合金中最主要的碳化物是MC,M23C6和M6C在鑄造司太立合金中,M23C6是緩慢冷卻時在晶界和枝晶間析出的。
在有些合金中,細小的M23C6能與基體γ形成共晶體。
MC碳化物顆粒過大,不能對位錯直接産生顯着的影響,因而對合金的強化效果不明顯,而細小彌散的碳化物則有良好的強化作用。
位于晶界上的碳化物(主要是M23C6)能阻止晶界滑移,從而改善持久強度,钴基高溫合金HA-31(X-40)的顯微組織為彌散的強化相為(CoCrW)6C型碳化物。
在某些司太立合金中會出現的拓撲密排相如西格瑪相和Laves等是有害的,會使合金變脆。
司太立合金較少使用金屬間化合物進行強化,因為Co3(Ti﹐Al)﹑Co3Ta等在高溫下不夠穩定,但近年來使用金屬間化合物進行強化的司太立合金也有所發展。
司太立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,重新回溶于基體的溫度也較高(最高可達1100℃),因此在溫度上升時﹐司太立合金的強度下降一般比較緩慢。
司太立合金有很好的抗熱腐蝕性能,一般認為,司太立合金在這方面優于鎳基合金的原因,是钴的硫化物熔點(如Co-Co4S3共晶,877℃)比鎳的硫化物熔點(如Ni-Ni3S2共晶645℃)高,并且硫在钴中的擴散率比在鎳中低得多。而且由于大多數司太立合金含鉻量比鎳基合金高,所以在合金表面能形成抵抗堿金屬硫酸鹽(如Na2SO4腐蝕的Cr2O3保護層)。但司太立合金抗氧化能力通常比鎳基合金低得多。
注意事項
合金工件的磨損在很大程度上受其表面的接觸應力或沖擊應力的影響。在應力作用下表面磨損随位錯流動和接觸表面的互相作用特征而定。
對于司太立合金來說,這種特征與基體具有較低的層錯能及基體組織在應力作用或溫度影響下由面心立方轉變為六方密排晶體結構有關,具有六方密排晶體結構的金屬材料,耐磨性是較優的。此外,合金的第二相如碳化物的含量、形态和分布對耐磨性也有影響。
由于鉻、鎢和钼的合金碳化物分布于富钴的基體中以及部分鉻、鎢和钼原子固溶于基體,使合金得到強化,從而改善耐磨性。在鑄造司太立合金中,碳化物顆粒尺寸與冷卻速度有關,冷卻快則碳化物顆粒比較細。
砂型鑄造時合金的硬度較低,碳化物顆粒也較粗大,這種狀态下,合金的磨料磨損耐磨性明顯優于石墨型鑄造(碳化物顆粒較細),而粘着磨損耐磨性兩者沒有明顯差異,說明粗大的碳化物有利于改善抗磨料磨損能力。