钴基高温合金
钴基高温合金 汽车增压器喷嘴环叶片
燃气轮机涡轮零件
•
钴基高温合金的发展始于20世纪40年代。1943年美国首次 在涡轮喷气发动机J-33上选用铸造钴基合金HS-21制作工作叶 片。与此同时，以钨代替钼，增加镍含量，在HS-21的基础上 发展处X-40（HS-31)合金。HS-21和X-40就是最早出现的钴 基高温合金。而后者一直是美国长期使用的导向叶片材料，从 20世界50年代，铸造钴基高温合金的研究得到了普遍重视，相 继研制出具有不同性能特点的合金系列。1957年美国钨金属研 究所研制出WI-52合金，它是在X-40合金的碳含量，发展了 X-45合金，改善了合金的焊接性能。Martin Marietta公司于 1964年发明了著名的现代高强钴基高温合金Mar-M509,它具 有高强度和一定的抗氧化、耐腐蚀性能。1968年通过电器公司 增加了X-45合金的铬含量，研制出具有优异抗高温氧化和腐蚀 性能的FSX-414合金。几十年来，钴基高温合金得到了长足的 发展，相继有数十种牌号问世，在航天，航空，能源及化工等工 业部门发挥了重要作用。
光镜下的钴基高温合金
2
项目研究目标及主要内容
• 目标：通过融入元素以增强stellite 6合金的高温耐腐
蚀以及耐磨性能
• 主要内容： • ⑴、对样品进行线切割，切成适当大小，镶嵌，打磨 试样，磨好后用王水进行金相腐蚀，先后用光镜和扫 描电镜拍摄样品的组织形貌照片，并作XRD，分析其
元素分布状况，以确认其碳化物的类型。
• ⑵、融入合金元素 • 准备stellite 6合金样品四份 • ①、样品1加入10%钨，用于提高合金的硬度和耐磨 性能 • ②、样品2加入5%铬，用于提高合金的高温耐腐蚀性 能（铬元素含量应低于37%，过高会促进生成ε-Co和 σ相，出现双相区，使高温强度下降） • ③、样品3同时加入10%钨，5%铬元素 • ⑶、将四份样品进行固溶处理，样品1-4的固溶温度 依次为1100℃、1030℃、1070℃、1050℃，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。 • ⑷、对处理后的样品进行光镜，扫描电镜，XRD观察， 并与处理前其组织形貌进行对比。
• 样品预处理→光镜、扫描电镜拍摄样品组织形貌；
XRD分析其成分分布→熔炼，融入元素→固溶处理→ 光镜、扫描电镜拍摄样品组织形貌；XRD分析其成分 分布→洛氏硬度机测硬度→磨损试验→腐蚀试验
5 研究进度安排
• • • • • •
• • • •
第一阶段： 查阅相关资料，文献，确定实验方案 第二阶段： 观察分析样品的组织形貌与成分分布 第三阶段：2013.4.20-2013.5.20 将样品进行重熔，融入元素，并进行固溶处理；观察分析固溶后 的样品的组织形貌与成分分布 第四阶段：2013.5.21-2013.6.21 测量固溶后各样品的硬度并进行磨损试验以及腐蚀试验 第五阶段：2013.6.22-2013.9.22 总结分析实验结果，完成项目论文
研究意义
• 通过调整钴基高温耐蚀合金stellite 6的成分，以提高 其高温耐腐蚀以及耐磨性能，以更好适应实际应用的 性能要求，提高其使用寿命。 • 与本项目有关的研究积累：stellite 6合金的显微组织 分析，热处理工艺 • 已取得的成绩: • ⑴、利用光镜，扫描电镜观察钴基高温耐蚀合金 stellite 6的组织形貌，并对该合金做XRD，分析其 元素分布状况，以确认其碳化物的类型。 • ⑵、将stellite 6熔炼，添加适量钨元素，铬元素，以 改变其高温耐蚀性能。
• ⑸、用洛氏硬度机测量各样品的硬度，每个样品各取 5点测量，取平均值。 • ⑹、磨损试验 • 在MM200磨损试验机上对4份试样进行环－块磨 损试验，对磨试样为Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ，硬度为６０～ ６２ＨＲＣ．试验条件为：主轴转速２００ｒ／ｍｉ ｎ，载荷１９６Ｎ，干摩擦２ｈ．耐磨性比较采用失 重测量法，测重之前，用丙酮、甲醇清洗，烘干，然 后在ＦＡ２１０４型万分之一电子天平上进行失重测 量。酮、甲醇清洗， 烘干。配制一定浓度的硝酸，将处理前以及处理后的 样品置于硝酸溶液中，每2小时测一次样品质量，比 较质量变化。
6 项目组成员分工
• 潘永健负责查阅文献，确定实验方案以及组织形貌与 成分分布的观察与分析 • 刘阳负责第三阶段样品的熔炼与固溶处理部分
• 董刘洋负责各样品硬度的测量，磨损实验以及腐蚀实 验
谢谢观赏
钴基高温合金
小组成员：潘永健 刘阳 董刘洋
1 项目研究背景
• 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。钴基合金是以钴为基体，钴含量一般在35%-70%，并加入 5%-25%镍稳定γ奥氏体，加入20%-25%Cr以改善抗氧化和抗腐蚀性能的高 温合金。一般以固溶强化和碳化物强化做为钴基高温合金的主要强化手段。 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。钴基高温合金的抗氧化性能较 差，但其抗热腐蚀能力比镍好；钴基高温合金的高温强度、抗热腐蚀性能、 热疲劳性能和抗蠕变性能也比镍基高温合金要好。
3
•
项目创新特色概述
该项目采用融入适量铬，钨元素的方法，控制变量， 以提高钴基高温耐蚀合金stellite 6的高温耐蚀及耐磨
性能；而国内对于提高该合金高温耐蚀性能方面主要
采用激光融覆的方法。
钴基高温合金 （GH132、GH145、 GH169）
GH3039等钴基高温合金系列
4 项目研究技术路线
