鎢鉻鈷合金

鈷鉻鎢合金廣泛應(yīng)用于機(jī)車(chē)柴油機(jī)、核電站閥門(mén)、船舶柴油機(jī)及各種航空器上。

早期的鈷鉻鎢合金用非真空冶煉和鑄造工藝生產(chǎn)。后來(lái)研制成的合金，如Mar-M509合金，因含有較多的活性元素鋯、硼等，用真空冶煉和真空鑄造生產(chǎn)。

一般鈷鉻鎢合金缺少共格的強(qiáng)化相，雖然中溫強(qiáng)度低(只有鎳基合金的50-75%)，但在高于980℃時(shí)具有較高的強(qiáng)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。適于制作航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)、艦船燃?xì)廨啓C(jī)的導(dǎo)向葉片和噴嘴導(dǎo)葉以及柴油機(jī)噴嘴等。

鈷鉻鎢合金的基本成分是：Co:50%~58%,Cr:28%~30%,W:4%~6%,Ni:2%~4%等各種合金組成，熔點(diǎn)為1470℃。

由合金成分可以看出，該合金的含鈷量和含鎢量都十分高，使得該材料具有優(yōu)良的高溫性能，同時(shí)具有較差的導(dǎo)熱性。正是這些特性，使鈷鉻鎢合金在磨削加工時(shí)火花呈暗紅色，火花數(shù)量極少，脫離工件表面的金屬極易堵塞砂輪，使磨削條件迅速變差，同時(shí)產(chǎn)生大量磨削熱不能迅速擴(kuò)散，造成效率低下，工件表面燒傷。

鎢鉻鈷合金 （Stellite）：更確切的名字是鎢鉻鈷6K合金。一種鈷合金，非常好的抗磨損能力，非磁性物質(zhì)，也很昂貴，是比較有爭(zhēng)議性的材料。

碳化物強(qiáng)化相 鈷鉻鎢合金中最主要的碳化物是 MC﹑M23C6和M6C，在鑄造鈷鉻鎢合金中，M23C6是緩慢冷卻時(shí)在晶界和枝晶間析出的。在有些合金中，細(xì)小的M23C6能與基體γ形成共晶體。MC碳化物顆粒過(guò)大，不能對(duì)位錯(cuò)直接產(chǎn)生顯著的影響，因而對(duì)合金的強(qiáng)化效果不明顯，而細(xì)小彌散的碳化物則有良好的強(qiáng)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(qiáng)度，鈷鉻鎢高溫合金HA-31(X-40)的顯微組織為彌散的強(qiáng)化相為 (CoCrW)6 C型碳化物。

在某些鈷鉻鎢合金中會(huì)出現(xiàn)的拓?fù)涿芘畔嗳缥鞲瘳斚嗪蚅aves等是有害的，會(huì)使合金變脆。鈷鉻鎢合金較少使用金屬間化合物進(jìn)行強(qiáng)化，因?yàn)镃o3 (Ti﹐Al)﹑Co3Ta等在高溫下不夠穩(wěn)定，但使用金屬間化合物進(jìn)行強(qiáng)化的非鈷鉻鎢合金也有所發(fā)展。

鈷鉻鎢合金中碳化物的熱穩(wěn)定性較好。溫度上升時(shí)，碳化物集聚長(zhǎng)大速度比鎳基合金中的γ 相長(zhǎng)大速度要慢，重新回溶于基體的溫度也較高(最高可達(dá)1100℃)，因此在溫度上升時(shí)，鈷鉻鎢合金的強(qiáng)度下降一般比較緩慢。

鈷鉻鎢合金有很好的抗熱腐蝕性能，一般認(rèn)為，鈷鉻鎢合金在這方面優(yōu)于鎳基合金的原因，是鈷的硫化物熔點(diǎn)(如Co-Co4S3共晶，877℃)比鎳的硫化物熔點(diǎn)(如Ni-Ni3S2共晶645℃)高，并且硫在鈷中的擴(kuò)散率比在鎳中低得多。而且由于大多數(shù)鈷鉻鎢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(hù)層。但鈷鉻鎢合金抗氧化能力通常比鎳基合金低得多。

鎢鉻鈷合金熱處理

鈷鉻鎢合金中的碳化物顆粒的大小和分布以及晶粒尺寸對(duì)鑄造工藝很敏感，為使鑄造鈷鉻鎢合金部件達(dá)到所要求的持久強(qiáng)度和熱疲勞性能，必須控制鑄造工藝參數(shù)。鈷鉻鎢合金需進(jìn)行熱處理，主要是控制碳化物的析出。對(duì)鑄造鈷鉻鎢合金而言，首先進(jìn)行高溫固溶處理，溫度通常為1150℃左右，使所有的一次碳化物，包括部分MC型碳化物溶入固溶體；然后再在870-980℃進(jìn)行時(shí)效處理，使碳化物(最常見(jiàn)的為M23C6)重新析出。

鎢鉻鈷合金堆焊

鉻鎢堆焊合金含鉻25-33%，含鎢3-21%，含碳0.7-3.0%。，隨著含碳量的增加，其金相組織從亞共晶的奧氏體 M7C3型共晶變成過(guò)共晶的M7C3型初生碳化物 M7C3型共晶。含碳越多，初生M7C3越多，宏觀硬度加大，抗磨料磨損性能提高，但耐沖擊能力，焊接性，機(jī)加工性能都會(huì)下降。被鉻和鎢合金化的鈷鉻鎢合金具有很好的抗氧化性，抗腐蝕性和耐熱性。在650℃仍能保持較高的硬度和強(qiáng)度，這是該類(lèi)合金區(qū)別于鎳基和鐵基合金的重要特點(diǎn)。鈷鉻鎢合金機(jī)加工后表面粗糙度低，具有高的抗擦傷能力和低的摩擦系數(shù)，也適用于粘著磨損，尤其在滑動(dòng)和接觸的閥門(mén)密封面上。但在高應(yīng)力磨料磨損時(shí)，含碳低的鈷鉻鎢合金耐磨性還不如低碳鋼，因此，價(jià)格昂貴的鈷鉻鎢合金的選用，必須有專(zhuān)業(yè)人士的指導(dǎo)，才能發(fā)揮材料的最大潛力。

鎢鉻鈷合金耐磨性

合金工件的磨損在很大程度上受其表面的接觸應(yīng)力或沖擊應(yīng)力的影響。在應(yīng)力作用下表面磨損隨位錯(cuò)流動(dòng)和接觸表面的互相作用特征而定。對(duì)于鈷鉻鎢合金來(lái)說(shuō)，這種特征與基體具有較低的層錯(cuò)能及基體組織在應(yīng)力作用或溫度影響下由面心立方轉(zhuǎn)變?yōu)榱矫芘啪w結(jié)構(gòu)有關(guān)，具有六方密排晶體結(jié)構(gòu)的金屬材料，耐磨性是較優(yōu)的。此外，合金的第二相如碳化物的含量、形態(tài)和分布對(duì)耐磨性也有影響。由于鉻、鎢和鉬的合金碳化物分布于富鈷的基體中以及部分鉻、鎢和鉬原子固溶于基體，使合金得到強(qiáng)化，從而改善耐磨性。在鑄造鈷鉻鎢合金中，碳化物顆粒尺寸與冷卻速度有關(guān)，冷卻快則碳化物顆粒比較細(xì)。砂型鑄造時(shí)合金的硬度較低，碳化物顆粒也較粗大，這種狀態(tài)下，合金的磨料磨損耐磨性明顯優(yōu)于石墨型鑄造（碳化物顆粒較細(xì)），而粘著磨損耐磨性?xún)烧邲](méi)有明顯差異，說(shuō)明粗大的碳化物有利于改善抗磨料磨損能力。

鎢鈷合金概述

字母“YG”表示“WC-Co”，“G”后面的數(shù)字表示Co的含量，“X”表示細(xì)晶粒，“C”表示粗晶粒。這類(lèi)金屬陶瓷通常抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性隨鈷含量的增加而提高，而硬度下降。鎢鈷合金具有較高的、彈性模量和較小的熱膨脹系數(shù)，是硬質(zhì)合金中使用最廣泛的一類(lèi)。

鎢鈷合金硬度檢測(cè)方法

鎢鈷合金硬度檢測(cè)主要采用洛氏硬度計(jì)，測(cè)試HRA硬度值。PHR系列便攜式洛氏硬度計(jì)十分適于測(cè)試鎢鈷合金的硬度。儀器重量精度與臺(tái)式洛氏硬度計(jì)相同，使用和攜帶都十分方便。

鎢鈷合金是一種金屬，通過(guò)硬度試驗(yàn)可以反映鎢鈷合金材料在不同的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)及熱處理工藝條件下機(jī)械性能的差異，因此硬度試驗(yàn)廣泛應(yīng)用于鎢鈷合金性能的檢驗(yàn)、監(jiān)督熱處理工藝的正確性及新材料的研究。

鎢鈷合金用途

鎢鈷合金用作刀具可加工鑄鐵、有色金屬、非金屬、耐熱合金、鈦合金和不銹鋼等，還可作引伸模具、耐磨零件、沖壓模具和鉆頭等。

鎢和鈷為主要成份的一種合金，多用于礦山開(kāi)采的釬頭制作。

鎢鈷合金作為常用牌號(hào)的硬質(zhì)合金之一，其物理性質(zhì)主要有：

鎢鈷合金矯頑磁力

鎢鈷合金的矯頑磁力由于硬質(zhì)合金中的粘結(jié)相是鐵磁性物質(zhì)，因而使合金具有一定的磁性，矯頑磁力可用來(lái)控制合金的組織，是鎢鋼生產(chǎn)廠家的一項(xiàng)內(nèi)控指際。WC-Co合金的矯頑力主要與鉆含量及其分散度有關(guān)，隨鈷含量的降低而提高。當(dāng)鈷量一定時(shí)，由于鈷相的分散程度隨碳化鎢晶粒變細(xì)而提高，使矯頑力也隨之增大。反之，則矯頑力降低。因此，在其他條件相同的情況下，矯頑力可作為間接衡量合金中碳化鎢晶粒大小的參數(shù)：在正常組織的合金中，隨著含碳量的降低，鉆相中鎢含量增大，使鈷相受到較大的強(qiáng)化，矯頑力會(huì)因此而增大。因此，燒結(jié)時(shí)的冷卻速度越大，矯頑力也愈大。

鎢鈷合金磁飽和

合金試樣在碰場(chǎng)中，隨著外加磁場(chǎng)的增加，合金的磁感應(yīng)強(qiáng)度也增加，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度不再增加，即合金已經(jīng)達(dá)到磁飽和了。合金磁飽和值只與合金含鈷量有關(guān)，而與合金中碳化鎢相的晶粒度無(wú)關(guān)。因此，磁飽可用于對(duì)合金進(jìn)行非破壞性的成分檢查，或鑒定已知成分的合金是否存在非磁性的ηl相。

鎢鈷合金彈性模量

由于碳化鎢具有較高的彈性模量值，因此，WC-Co合金也具有高的彈性磨量。隨著合金中鈷含量的增加，彈性模量降低；合金中碳化鎢晶粒度對(duì)彈性模量無(wú)明顯影響。隨著使用溫度的升高，合金彈性模量會(huì)降低。

鎢鈷合金導(dǎo)熱率

為了避免工具在使用過(guò)程因過(guò)熱而損壞，通常希望合金有較高的導(dǎo)熱率。WC-Co合金有較高的導(dǎo)熱率，約為0.14-0.21卡/厘米·度·秒， 導(dǎo)熱率一般只與合金鈷含量有關(guān)，隨鈷含量的降低而提高。

鎢鈷合金熱膨脹系數(shù)

WC-Co合金的線膨脹系數(shù)隨含鈷量的增加而增大。但合金的膨脹系數(shù)值比鋼材的線膨張系數(shù)低得多，這使合金工具鑲焊時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的焊接壓力，如果不采取緩冷措施，往往會(huì)造成合金裂紋。對(duì)于強(qiáng)度低的合金，則更為突出。

鎢鈷合金硬度

硬度是硬質(zhì)合金的一項(xiàng)主要的機(jī)械性能指標(biāo)。隨著合金中鈷含量的增加或碳化物晶粒度的增大，合金的硬度下降。如當(dāng)工業(yè)WC—Co合主的鈷含量從2%增加到25%時(shí)，合金的硬度HRA從93降低到86左右，大約每增加3%的鈷，合金硬度下降1度，細(xì)化碳化鎢晶粒度能有效地提高合金的硬度。

鎢鈷合金抗彎強(qiáng)度

同硬度一樣，抗彎強(qiáng)度是硬質(zhì)合金的一項(xiàng)主要性質(zhì)。影響合金抗彎強(qiáng)度的因素多而復(fù)雜，凡影響合金成分，組織及試樣狀態(tài)的各種因素，均可導(dǎo)致抗彎強(qiáng)度值的改變。一般來(lái)說(shuō)，合金抗彎強(qiáng)度隨鈷量的增多而提高。但鈷量超過(guò)25%以后，抗彎強(qiáng)度反而隨鈷量的增多而下降。就工業(yè)生產(chǎn)的WC-Co合金而言，在0～25%鈷含量范圍內(nèi)，合金抗彎強(qiáng)度總是隨鉆含量的增加而升高。

鎢鈷合金抗壓強(qiáng)度

硬質(zhì)合金的抗壓強(qiáng)度是表示抵抗壓縮負(fù)荷的能力。WC-Co合金抗壓強(qiáng)度隨合金含鈷量的增加而下降，隨合金中碳化鎢相晶粒變細(xì)而提高。因此，鈷含量較低的細(xì)晶粒合金有較高的抗壓強(qiáng)度。

鎢鈷合金沖擊韌性

沖擊韌性是礦用合金的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，對(duì)于苛刻條件下的斷續(xù)切削刃具也具有實(shí)際意義。WC-Co合金沖擊韌性隨鈷含量的增加而增大，隨碳化鎢晶粒度的提高而增大。因此，礦用合金大多是較高鈷合量的粗晶粒合金，如YGllC，YG8C等。

當(dāng)然，硬質(zhì)合金的相關(guān)物理性質(zhì)也不局限于分析研究這些，針對(duì)特定用途而選擇配方不同的材料所表現(xiàn)出來(lái)的特性也會(huì)有所不同。

碳化鎢基硬質(zhì)合金是以以碳化鎢 (WC)為主要成分的硬質(zhì)合金。在硬質(zhì)合金中產(chǎn)量最大，用途最廣。分為以下幾類(lèi)：(1)WC-Co系合金，簡(jiǎn)稱(chēng)“鎢鈷合金”，含有3～25%鈷作為粘結(jié)劑，代號(hào)YG。 可用作刀具、模具、鈷頭、噴嘴、穿孔工具等。 (2 )WC-TiC-Co系合金，簡(jiǎn)稱(chēng)“鎢鈷鈦合金”， 含有4～10%鈷作為粘結(jié)劑，含有5～30%TiC， 余為WC。代號(hào)YT。主要用作切削鋼材的刀具。 (3)WC-TiC-TaC(NbC)-Co系合金，簡(jiǎn)稱(chēng)“通用合金”，代號(hào)YW，主要用作切削刀具。(4)碳化鎢 基耐蝕合金，包括WC-Ni、WC-Ni-Cr和WC-CoCr三種類(lèi)型，主要用作耐蝕耐磨零件，如密封環(huán)、 汽缸襯里、圓珠筆尖等。 2100433B