鈷鉻鎢(CoCrW)合金的性能、特點和應用

作者： 超級管理員 時間：2023-05-03 11:31:06 閱讀：2564

昆山邁拓瑞和能源材料科技有限公司的鈷鉻鎢(CoCrW)合金球產品和常規合金結構件產品，在和國內高校進行了多年的科研合作，產品研發和測試應用，在地質勘察，極地鉆探，礦產勘探，煤炭機械，石油鉆探和海洋深鉆等領域有突破進展。我們希望在鈷鉻鎢(CoCrW)合金產品領域，共同合作，一起開拓出優秀的產品來滿足未來的前端工業化應用。為此我司專門收集了部分專業技術資料，供您參考。

鈷鉻鎢(CoCrW)合金是一種以鈷(Co)為基礎的高溫合金，主要有兩種組合形式:(a)由Co- cr -W- c組成的鎢(W)族。(b)含有Co-Cr-Mo-C的鉬(Mo)基團。

鈷鉻鎢(CoCrW)合金具有優異的耐蝕性、抗氧化性、耐磨性、耐熱性和低磁導率。鈷鉻鎢合金制成的組件在高腐蝕性環境下工作良好，并在高溫下保持這些優越的性能。鈷鉻鎢合金制成的組件廣泛應用于石油和天然氣汽車、核電、造紙和紙漿、化學和石化、煉油廠、汽車、航空航天和航空工業。由于其非磁性、防腐和對人體體液的不反應性。鈷鉻鎢合金用于醫療外科手術、外科工具、牙齒和骨骼植入物和替代品、心臟瓣膜和心臟起搏器。

鈷鉻鎢(CoCrW)合金的硬度范圍為32 ~ 55 HRC，屬于脆性材料，但楊氏模量較低。由于鈷鉻鎢合金硬度高、密度高但不均勻:分子結構和較低的熱導率，對鈷鉻鎢合金零件的加工操作極其困難，鈷鉻鎢合金被歸類為像鈦合金一樣難以加工的材料。鉻鎳鐵合金、復合材料和不銹鋼通常，由鈷鉻鎢合金制成的機器部件是通過一種沉積方法在鋼基體上生產的，而不是用昂貴的固體鈷鉻鎢合金棒。沉積的鈷鉻鎢(CoCrW)合金的粗糙表面是通過磨削來完成的，而不是其他一些經濟的加工過程，這些加工過程既昂貴又耗時，使得鎢鉻鈷合金產品非常昂貴。

鈷鉻鎢(CoCrW)合金從一開始就有一段鼓舞人心的歷史。埃爾伍德·p·海恩斯(Elwood P. Haynes)是人類歷史上最早發明無馬馬車的兩名發明家之一，他在自己的實驗室里開發了許多鈷。基于金屬合金，用于生產內燃機的各種關鍵部件，以及用于加工無馬車部件的更堅固的車床工具，他在20世紀將這些合金命名為“鈷鉻鎢合金”。海恩斯的這個名字來源于拉丁語“Stella”，意思是“星星”，因為它們像星星一樣的光澤。與其他金屬和金屬合金相比，這些合金的硬度非常高;最初，海恩斯開發了鎳鉻(Ni-Cr)合金和鈷鉻(Co-Cr)合金，并在1907年獲得了這兩種高溫合金的專利。根據他的后續研究，海恩斯生產了兩組新的鈷基allov，添加了鎢(W)和鉬(Mo)，他添加了這兩組新的allov，組名為“Stellites”，并于1912年獲得專利。海恩斯在實驗室開發了鎢鉻鈷合金，用于生產新的耐腐蝕和耐熱金屬，用于汽車零部件、牙科器械和手術工具。鋒利的工具,餐具。金屬加工工具，和許多其他需要防腐，高耐磨性，高硬度和更長的時間耐熱性的應用。海恩斯在1913年又獲得了另一項專利，因為他開發了鈷-鉻-鉬-鎢-碳復合高溫合金(Co-Cr-Mo-W-C)，稱為哈夫尼斯合金6E。

如今，許多鈷鉻鎢合金是由不同數量/比例的鈷混合而成的，鉻、鉬、鎢、鈦、鎳、鐵、鋁、碳、硼、錳、磷、硅和硫。由于其低磁導率和優異的防腐性能，鈷鉻鎢合金非常適用于醫療外科手術、牙科植入物、骨置換、人工心臟瓣膜和心臟起搏器。由于其具有較高的硬度和良好的延展性，分子結構致密，較硬碳化物組織較規則，導熱系數較低，抗塑性變形的傾向較低楊氏模量、鈷鉻鎢(CoCrW)合金和其他鈷基合金，如鈦合金，被歸類為難以加工材料加工性能差。材料的可加工性是由表面粗糙度決定的獲得的質量和表面完整性，刀具壽命，切削區發熱，切屑形成困難、材料去除率(MRR)和功耗、機床動力學等參數參與金屬加工。難加工材料是指產生過度刀具磨損的材料，切削力過大，產生熱量高，切屑形成困難，表面光潔度在加工操作中難加工。材料加工中的一個重要現象是切削區產生的熱量過多，導致一次和二次切削區的溫度增長非常高剪切區和堆積邊緣(BUE)又導致了加工表面的相變，過早刀具損壞。

由于鈷合金的切削性能較差，大多數由這些合金制成的部件是通過精密鑄造生產的：粉末冶金和燒結。采用磨削和非常規加工技術(電火花加工、LBM等)加工[2。3．4． 5)。這導致了低生產力和高制造成本的鈷合金組件，特別是醫療植入物，如髖關節和牙科植入物。

鈷是一種堅韌的銀灰色低磁導率金屬，帶淡藍色調。鈷在4210℃以下以CPH結構出現，高于此溫度則以FCC晶格結構出現。鈷具有高放射性居里點/溫度(1121°C)，由于其延展性，它具有高阻尼特性。這些特性使鈷成為振動和高溫合金中有用的成分/內含物。鈷存在于Co-50 ~ Co-75的26種同位素中。Co-59是其中唯一穩定的同位素。鈷的磁導率約為鐵的2/3。使鈷合金成為僅次于ti合金的非磁性生物材料。鈷的密度為8.90克/立方厘米，原子質量為58.9332 amu。鈷的熔點為1495°C 。所有這些特性都有利于提高鎢鉻鈷合金(Co-allovs)的性能，在金屬刀具材料中添加鈷有助于降低切削區(刀具和工件材料的相互作用)的摩擦系數，并有助于保持紅色硬度。鈷基合金適用于要求更高的耐蝕性、耐磨性、高溫下的高強度和良好的抗侵蝕性能的應用化學環境。鈷鉻鎢合金也適用于需要高蠕變抗力、結構穩定性、耐熱蠕變抗力和耐熱腐蝕抗力的領域。如前所述，目前有兩種鈷鉻鎢合金的主要組合。含W的Co-Cr-W-C組合:如鈷鉻鎢合金6. 鈷鉻鎢合金12。鈷鉻鎢礦1和鈷鉻鎢礦190，以及含Mo的Co-Cr-Mo-C組合:如鈷鉻鎢礦706。鈷鉻鎢合金712. 鈷鉻鎢合金701和鈷鉻鎢合金790。

較高的鉻(Cr)含量提供了鈷鉻鎢合金，在高溫下具有較高的耐腐蝕和耐磨性和良好的磁性能。鉻作為碳化物形成劑，是合金基體中最重要的強化元素。鉻還提供了優異的耐腐蝕和抗氧化合金。鎢(W)和鉬(Mo)是鎢鉻鈷合金的主要元素，它們能提高合金基體的強度。鉬有助于提高硬度，在合金中形成堅硬而穩定的碳化物。鉬本身在已知材料中具有第六高的熔點(2623°C)。鎢(W)作為一種合金元素，具有足夠的韌性和硬度。密度高，紅硬度高。碳提供了導電性較低但導熱性最高的合金。鈷鉻鎢合金中的碳化物為合金提供高硬度和紅色硬度。

鋼晶合金中硬質碳化物的形成提供了滑動磨損和耐磨性，碳化鉻(Cr-C)基體提供了耐磨性，空蝕和腐蝕。鈷鉻鎢合金具有優良的金屬對金屬抗磨損性能。

下面的表1顯示了不同等級的鈷鉻鎢合金的化學成分，而表2顯示了一些可用鈷鉻鎢合金的力學性能。

如表2所示，鈷鉻鎢合金的延伸系數6和12是非常低的，而鈷鉻鎢合金6B和21是高的，足以適應各種應用。因此，鈷鉻鎢合金6B和21具有相對較低的硬度和較高的伸長率，具有較高的延展性。使它們適合于要求更低的脆性的目的，而這些鈷鉻鎢合金被用作優秀的生物材料。硬鈷鉻鎢合金，如鈷鉻鎢合金6用于磨損和腐蝕速率非常高的氧化鋁精煉廠的硬面泥漿閥。這些閥門需要精確加工，以提供更好的功能表面匹配，以防止流體泄漏，并防止閥門的過度磨損和腐蝕。較好的加工表面光潔度也能降低腐蝕和腐蝕疲勞裂紋的發生。unutumau鈷合金的優異性能歸因于鈷的晶體性質、鉻(Cr)和鉬(Mo)的固溶強化作用、極硬的碳化物的形成以及鉻的耐腐蝕和耐磨性。鎢(W)在鈷合金中提供高密度，創造高硬度和紅色硬度，具有很大的延展性和高耐熱性。鈷合金中的鉬促進合金中硬質和穩定的碳化物。如前所述，鉬本身的熔點在已知金屬中排名第六(2.623°C)

鈷鉻鎢合金的工業應用在工程工業中使用鈷鉻鎢合金的理由是提供耐腐蝕和耐磨的表面，這將有助于對抗機械部件的磨損和腐蝕。然而，耐磨材料具有均勻分布的特點。致密碳化物基體由于其碳化物含量高，自然難以加工。在某些情況下硬質合金分布不均勻。較低的熱導率和較高的硬度導致這些材料的切削性能較差。

鈷基合金有時是非磁性材料，但強度高。這些合金以其高磨損、耐腐蝕和耐熱性能而聞名，具有高硬度但足夠延展性的材料。這些合金即使在高溫下很長一段時間也能很好地保持其強度，并且在腐蝕性和酸性環境中表現良好。如前所述，鈷基合金在體液環境中表現出優異的抗降解性能，這使其成功地應用于內科手術和外科植入物。幾項醫學測試已證實鈷基合金具有生物相容性，適合用作外科植入物和骨置換物。

根據其應用的常規他可以將171分為以下幾種:

l 耐磨合金，

l 高溫合金，

l 耐腐蝕合金。

鈷鉻鎢合金(Stellite 6B)和鎢鉻鈷合金(Stellite 6K)屬于高比例(約30%)Cr和約65% Co的耐磨合金。高比例Cr是合金凝固過程中主要的碳化物形成劑，具有較高的強度。這些合金優異的耐磨性歸因于形成的碳化物晶粒的最均勻的富鈷基體。鈷鉻鎢合金6由于其優異的耐磨性和韌性，已廣泛應用于制造用于采礦、巖石等深部鉆探設備的切削鉆頭。破碎輥、水泥和鋼鐵設備、輸送系統、蒸汽渦輪機防蝕罩、無法潤滑或無法有效潤滑的半套管和襯套。鈷鉻鎢合金6K。其成分中沒有鉬(Mo)，只有Cr的30%，具有很高的硬度(47 HRC)。是否高度適合生產用于切割軟的有機材料和植物材料，如煙草。

另一種合金，司太立 3，其鎢 (W) 是司太來 6、6B 和 6K 的 3 倍，并且不含鉬，在腐蝕性環境中不如司太立 6、6B 和 6K，因此不建議在這種情況下使用。 但由于碳 (C) 含量較高，碳化物的體積分數增加，司太來 3 的耐磨性是司太來 6 的 3 到 4 倍，是司太來 12 的兩倍。司太來 3 具有更高的紅硬性和抗腐蝕性 像所有司太立合金一樣磨損。 因此，建議使用司太立 3 制造軸承滾珠和滾針、套筒和襯套、非腐蝕環境中的閥座嵌件、手術剪式嵌件、燃燒器噴嘴、鋼廠導輥和封合輥。

司太立是鈷基合金組的非常有用和流行的代表。 如前所述，由于上述優異的機械性能，司太立已在許多行業中得到應用，例如石油和天然氣、汽車、航空航天、紙漿和造紙、食品加工、木材和木材、核工業以及用于生產的醫療手術。 手術工具和人體骨骼/部件更換。 司太立在各個領域的應用總結如下。

石油、天然氣和采礦業

石油、采礦和天然氣工業中的大多數機械部件都受到腐蝕、磨損、高壓、磨損和高溫。 鈷基合金，如司太立 6、12、21 和 6B，提供卓越的耐磨性和耐腐蝕性，從而延長部件壽命。 耐磨司太立據說，讓石油、天然氣和采礦勘探設備制造商以及該領域的礦物勘探者[9]。 機油中常用的司太立6、12、21和6B制成的機器部件和氣體工業如下：

l MWD（隨鉆測量）和 LWD（隨鉆測井）內部磨損工具，例如轉子，定子、葉輪、扶正器、腐蝕嵌件、著陸、磨損和渦輪套筒、釣魚頭；

l 過濾網；

l 凱利閥內件；

l 籠子；

l 抽油桿聯軸器；

l 環形防噴器；

l 球和座椅；

l 地下安全閥（擋板、飛鏢）；

l 鉆頭。

如表1和表2所示，鎢鉻鈷合金6、12和6B是富含鎢(W)的合金，其伸長率非常低(金屬接近1%)，硬度在40-50HRC范圍內較高。鎢鉻鈷合金6和鎢鉻鈷合金12含有高比例的鉻(Cr)，使它們具有很高的耐磨性和耐腐蝕性，并提高硬度。所有這些特性使得機械部件在陸上和海上油氣工廠以及深海鉆井現場具有很高的生存能力。

磨損和腐蝕問題據說是煉油工業的大問題。鈷鉻鎢合金可以解決這個問題。延長使用壽命，減少計劃外停機時間，減少維護費用。用于煉油廠和石化行業的鎢鉻鈷合金6和12的主要產品有各種噴嘴、溫度計套管、閥門、閥座、閥滑塊和球、閥塞、閥內件、流化催化裂化裝置組件和泵組件。鑄造鎢鉻鈷合金泵殼和葉輪具有最長的使用壽命，各種尺寸和形狀的噴嘴用于煉油和石化加工廠，用于注入和引入高壓蒸汽、壓縮空氣、碳氫化合物和其他化學品。空氣柵噴嘴，反應器進料及其他進料噴嘴，再生室空氣柵噴嘴，汽提噴嘴，孔板室噴嘴均采用鈷鉻鎢合金制成。

噴嘴的設計和生產能夠在一段計劃時間內保持其結構和尺寸的完整性。鈷鉻鎢合金6和12制成的噴嘴壽命最長。這兩個鈷基合金,如表2和圖3顯示,包含在他們的作文大約30%的鈷(Co),而鉻(Cr)內容的比例高達30%，以鈷鉻鎢合金6和12為材料的噴嘴，大大延長了產品的使用壽命和更換周期。

受到高溫影響的發電廠的各種部件，如燃油噴嘴、襯套、密封件和保持器、隔膜、防護罩、葉片和其他關鍵部件，都是由鈷基和鎳基合金制成的，因為發電廠的部分部件需要高溫、磨損、腐蝕和疲勞保護。鎢鉻鈷合金6和鈷鉻鎢合金12的伸長率很低(接近1%)，楊氏模量也很高，顯微組織致密，具有很高的防腐和耐磨性能，提供了所需的物理性能。適用于電力、石油化工和煉油廠中許多部件的機械性能。

紙漿及造紙工業

鈷鉻鎢合金允許像鎢鉻鈷合金6。6 b。6K和鎢鉻鈷合金12。Delcrome 90解決了一些紙漿和造紙工業最棘手的磨損問題。這些鈷合金用于紙漿和造紙工業的組件的例子是塞螺桿給料器，黑液噴霧噴嘴，掌心導向器，蒸汽噴嘴，給料輥點，底部分切器品牌，套筒和襯套。

食品加工行業

鈷鉻鎢合金用于食品加工工業中主要要求具有高耐磨性和優異的耐腐蝕性的部件。這些產品的一些例子是各種類型的旋鈕。別針。灌木叢中。活塞、餐具。炊具、食品加工機械零件及起子螺絲。

木材及木材工業

鈷鉻鎢合金尖端圓盤鋸齒具有更好的表面光潔度和相當長的操作時間。盡管鈷鉻鎢合金的硬度低于硬質合金，但它具有更強的耐磨性，而且韌性和韌性足以承受沖擊。與自動、長壽命鋸片傾卸設備配套使用的產品有三角形和矩形鋸片、圓球、三角形和梯形鋸片。

Automotive行業

鈷鉻鎢合金的歷史與汽車工業有著直接的聯系。正如本文開頭所提到的，1900年，埃爾伍德·p·海恩斯(Elwood P. Haynes)在印第安納州一個叫科科莫(Kokomo)的小鎮首次開發了鈷鉻鎢合金，用于生產他發明的無馬車的各種關鍵部件。他使用他新獲得專利的鈷鉻合金來制造內燃機零件。海恩斯還發現，這些新的鈷合金中的一些比他早些時候發明的不銹鋼更耐用。通常鈷鉻鎢合金6。鈷鉻鎢合金6 b。鈷鉻鎢合金12和鈷鉻鎢合金F從20世紀初開始就用于汽車零部件制造。這些汽車零部件有銷、襯套、墊片、軸、耐磨件、墊圈、凸輪軸、凸輪凸緣、閥門、閥桿尖端、閥座等，通過鑄造、熔模鑄件等各種工藝生產。采用粉末冶金和等離子轉移電弧(PTA)工藝，并采用熱粉末噴涂工藝。

航空航天工業

由于金屬間磨損、微動、熱腐蝕、顆粒侵蝕等原因，飛機發動機存在各種退化問題。由于涉及的高溫，這種降解會加速。一些鈷鉻鎢合金，如鈷鉻鎢合金31，鈷鉻鎢合金6，鈷鉻鎢合金6 b。鈷鉻鎢合金3和鈷鉻鎢合金19被用于提高某些飛機發動機部件的壽命。使用上述鈷鉻鎢合金生產的零件有閃光鑄件、間隔套、桿端軸承、球軸承。軸承圈、燃油噴嘴、旋流器、墊圈、發動機葉片、軸承支架等靜態結構件。鈷鉻鎢合金21和鈷鉻鎢合金31用于鑄造渦輪葉片，用于許多飛機上的軍用活塞發動機。

醫療植入物，器械和器械

鈷鉻鎢合金因其耐磨性和耐腐蝕性而廣泛應用于醫療設備。由海恩斯發明的粉石的另一個輔助用途是制造刀具，外科和牙科器械鋒利的工具，這些工具必須具有防腐性，便于清洗，并能在較長時間內保持其鋒利，這對外科手術來說是必不可少的。鈷鉻鎢合金用于外科工具的剪刀刀片，針架刀片和其他外科工具。鈷鉻鎢合金，以及在更大程度上的鈦合金，在工業和生物醫學領域有著巨大的，在某些情況下是獨特的應用，總結如下。目前，鈷和鎳基合金被用于生產牙科修復體，經濟上比金和銀基合金便宜，但提供足夠的質量鈷鉻鎢合金生產各種牙科鈷鉻鎢合金，用于制造牙冠，橋和假牙。如上所述，這些是他們為牙科工業生產的CoCr和NiCr合金。

在生物醫學應用中，金屬生物材料用于制造70-80%的植入物。在植入物的制造中，鈷基合金(co -alloy)是對鈦合金生物相容性的改進141. 在特定情況下，Co合金的延展性優于ti合金。與不銹鋼和鈦合金相比，鈷鉻合金(CoCr)具有最高的耐磨性和更高的強度。但不銹鋼的延展性和循環扭轉強度優于鈦合金和鈷合金。另一方面，鈦合金含有鎳(Ni)，最近已被證明對人體有毒，這使得這些合金比鈷合金的生物相容性更低。鎢鉻鈷合金在人骨置換和外科工業中的其他應用包括單室脛骨假體、間隔脛骨假體。用于膝關節假體的旋轉脛骨假體和用于髖關節假體的壓合ace平板杯

其他應用領域

鈷鉻鎢合金應用于核工業。一些由鈷基合金制成的產品是電線。板和焊條。鈷鉻鎢合金用于為海軍制造探照燈反射鏡，在少數情況下也用于制造車床切削工具。