Kobaltlegierungen

Verschleißfeste Legierungen auf Kobaltbasis

Verschleißfeste Legierungen auf Kobaltbasis unterscheiden sich kaum von den früheren Legierungen von Elwood Haynes. Der wichtigste Unterschied liegt in der Kontrolle von Kohlenstoff und Silizium (die in früheren Legierungen Mängel aufwiesen). Tatsächlich liegt der Hauptunterschied zwischen den aktuellen Kobaltlegierungen im Kohlenstoff- und Wolframgehalt. Der Kohlenstoffgehalt beeinflusst Härte, Duktilität und Verschleißfestigkeit. Wolfram spielt bei diesen Eigenschaften ebenfalls eine wichtige Rolle.. 

Es gibt verschiedene Arten von Verschleiß, die im Allgemeinen in drei große Kategorien unterteilt werden:

• Abrasiver Verschleiß

• Gleitverschleiß

• CKorrosionsverschleiß
  

Die Art des Verschleißes, der bei einer bestimmten Anwendung auftritt, ist ein wichtiger Faktor bei der Auswahl verschleißfester Materialien.

• Abrasiver Verschleiß tritt auf, wenn harte Partikel oder harte Vorsprünge (auf der gegenüberliegenden Seite) gegen die Oberfläche gedrückt werden und sich relativ zu dieser bewegen. Hochspannungsverschleiß und Niedrigspannungsverschleiß hängen vom Zustand des Schleifmittels (ob harte Partikel oder Vorsprünge) nach der Interaktion mit der Oberfläche ab. Wird ein Schleifmittel zerkleinert, befindet es sich in einem Zustand hoher Spannung. Bleibt das Schleifmittel intakt, spricht man von Niedrigspannungsverschleiß. Hochspannungsverschleiß wird typischerweise durch harte Partikel verursacht, die zwischen Metalloberflächen eingeklemmt werden (Relativbewegung), während Niedrigspannungsverschleiß auftritt, wenn bewegliche Oberflächen mit gepackten Schleifmitteln wie Erde und Sand in Kontakt kommen.

• Bei Legierungen mit Hartphase, wie beispielsweise verschleißfesten Legierungen auf Kobaltbasis, steigt die Verschleißfestigkeit im Allgemeinen mit dem Volumenanteil der Hartphase. Die Verschleißfestigkeit wird jedoch stark von der Größe und Form der Hartphasenausscheidungen innerhalb der Mikrostruktur der Hartstruktur sowie von der Größe und Form der Korrosionsarten beeinflusst.

• Gleiten ist wahrscheinlich der komplexeste Prozess und stellt kein konzeptionelles Problem dar, sondern vielmehr die Reaktion verschiedener Materialien auf Gleitbedingungen. Gleitverschleiß kann auftreten, wenn zwei Oberflächen zusammengepresst und relativ zueinander bewegt werden. Wenn beide Oberflächen metallisch sind und wenig oder gar nicht geschmiert werden, erhöht sich das Schadensrisiko erheblich.

Hochtemperaturbeständige Legierungen auf Kobaltbasis

Der Hauptabnehmer von Superlegierungen ist seit vielen Jahren die Gasturbinenindustrie. Bei Flugzeuggasturbinen sind die wichtigsten Materialanforderungen Hochtemperaturfestigkeit, Wärmeermüdungsbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit. Schwefelbeständigkeit ist ein wichtiges Kriterium bei landgestützten Gasturbinen, die typischerweise minderwertige Brennstoffe verbrennen und bei niedrigeren Temperaturen betrieben werden.

Korrosionsbeständige Legierungen auf Kobaltbasis

Obwohl Kobaltlegierungen eine gewisse Beständigkeit gegen Wasserkorrosion aufweisen, sind sie durch die Karbidausscheidung an den Korngrenzen, das Fehlen wichtiger Legierungselemente in der Matrix (nach Karbid- oder Laves-Ausscheidung) und in den folgenden Situationen eingeschränkt: Guss- und Schweißoberflächenmaterial.

Aufgrund ihrer gleichmäßigen Mikrostruktur und ihres geringeren Kohlenstoffgehalts sind verformte Superlegierungen auf Kobaltbasis (die typischerweise Wolfram statt Molybdän enthalten) widerstandsfähiger gegen Wasserkorrosion, aber immer noch viel weniger korrosiv als Nickel-Chrom-Molybdän-Legierungen.

Um den Bedarf der Industrie an Legierungen mit hervorragender Beständigkeit gegen Wasserkorrosion zu decken und gleichzeitig die Eigenschaften von Kobalt als Basis der Legierung (Beständigkeit gegen verschiedene Formen von Verschleiß und hohe Festigkeit über einen weiten Temperaturbereich) zu besitzen, werden mehrere kohlenstoffarme Legierungen geschmiedet, um Kobalt-Nickel-Chrom-Molybdän-Legierungen herzustellen.