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钴元素在高温合金中的作用
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作为钴基合金基体元素的钴在周期表中是27号元素,与Ni同属VIIIA族,具有密排六方晶体结构(HCP)。从室温到高温,要发生同素异构转变,由密排六方(HCP)结构转变为γ面心立方结构(FCC),而且这种转变具有非热特性,并在温度循环过程中具有可逆性。钴基合金中加入Ni可以扩大FCC区,稳定奥氏体。所以钴基合金通常都含有10%~30%左右的Ni。钴基高温合金熔点高,持久断裂曲线比较平缓。即拉逊米勒曲线中应力随L-M参数降低较慢,因而在较高温度下承载能力高于镍基和铁基高温合金。同时钴基合金具有优异的抗热腐蚀性能和冷热疲劳性能以及良好的焊接性能,所以钴基合金在航空发动机和工业燃气轮机中仍有较多应用,涡轮导向叶片就是其主要用途之一,如K640S和DZ640M等。
    钴作为合金元素加入到镍基合金中,可以降低基体的堆垛层错能。层错能低,形成层错就容易,层错出现的几率也高,层错的宽度加宽,这种扩展了的位错动运十分困难,必须收缩为一个全位错才行,也就是层错能的降低使交滑移更加困难,这样就需要更大的外力,表现为强度的提高,引起固溶强化。层错能的降低,使蠕变速率降低,蠕变抗力增加。不同Co含量对Refractoloy26合金组织和性能影响的研究结果表明,随着Co含量的增加,基体层错能降低,合金稳态蠕变速率降低,相应蠕变断裂寿命增加。
    Co含量增加,使Ni-20Cr的层错能不断降低,相应稳态蠕变速率不断降低。固溶强化元素钴加入到Ni基固溶体中,还降低Ti和Al在基体中的溶解度,从而增加γ'沉淀强化相的数量。同时,γ'相成分变为(Ni,Co)3(Al,Ti),提高γ'相的溶解温度。例如Nimonic80合金γ'相的溶解温度为840~880℃,而加入19.5%钴后,发展成Nimonic90,其γ'相的溶解温度提高到900~940℃。正是由于Co元素的固溶强化作用,很多镍基高温合金加入有10%~20%的金属钴。如DZ417G合金中含有10%的钴,K417含有15%的钴。钴在铁基高温合金中很少用Co合金化。我国研制的铁基合金都不含有钴,美国也只有少数几个铁基高温合金,如N-155及低膨胀高温合金中含有15%~20%的钴。

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