코발트-크롬 합금은 일반 강철이 접착 마모, 부식, 고온 또는 이러한 메커니즘의 조합으로 인해 어려움을 겪는 곳에 사용됩니다. 일반적인 산업 응용 분야에는 밸브 볼 및 시트, 부싱, 열간 가공 부품, 압출 부품, 표면 경화 침전물 및 국부적인 마모 표면이 포함됩니다.
그러나 "코발트-크롬 합금"은 완전한 재료 사양이 아닙니다.
텅스텐, 몰리브덴, 탄소, 니켈, 규소 및 철을 첨가하면 합금의 미세 구조와 사용 특성이 크게 바뀔 수 있습니다. 제조 경로도 마찬가지로 중요합니다. 주조 Co-Cr-W 구성 요소, Co-Cr-Mo 분말 야금 부품 및 용접된 코발트 표면 경화 침전물은 화학적 분석이 유사해 보일지라도 동일하게 거동할 것으로 예상해서는 안 됩니다.
재료 선택에 있어서 가장 중요한 질문 중 하나는 텅스텐 또는 몰리브덴이 주요한 보충 강화 효과를 제공해야 하는지 여부입니다.
두 요소 모두 코발트가 풍부한 매트릭스를 강화하고 탄화물 형성에 참여할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 그 효과는 서로 바꿔 사용할 수 없습니다.
이 기사에서는 다음을 설명합니다.
산업용 내마모성 코발트 합금은 일반적으로 코발트가 풍부한 매트릭스와 분산된 단단한 상을 포함합니다.
코발트는 기본 매트릭스를 제공합니다. 크롬은 부식 및 산화 저항성을 지원하고 탄화물 형성에도 참여합니다. 탄소는 형성될 수 있는 탄화물의 양과 유형을 제어합니다. 텅스텐이나 몰리브덴은 매트릭스를 강화하고 탄화물 화학을 변화시키며 고온 거동에 영향을 줄 수 있습니다.
미세구조에는 다음이 포함될 수 있습니다.
ASM International은 코발트 합금 구조, 특성 및 마모 거동이 화학 성분과 제조 경로에 따라 달라진다는 점을 강조합니다. 코발트 합금은 분말 야금 공정을 통해 주조, 단조, 용접으로 표면 경화되거나 통합될 수 있습니다.
출처: ASM—코발트 기반 합금의 마찰 및 마모.
텅스텐은 녹는점이 높은 무거운 내화 원소입니다. 코발트-크롬 합금에서는 고용체 강화 및 경질 탄화물 또는 복잡한 상 형성에 참여함으로써 기여할 수 있습니다.
텅스텐 원자는 코발트 원자보다 훨씬 크고 무겁습니다. 텅스텐이 코발트가 풍부한 매트릭스에 용해되면 원자 크기의 차이로 인해 격자 변형이 발생하여 전위 이동이 더욱 어려워집니다.
이는 다음을 지원할 수 있습니다.
유용한 효과는 탄화물이나 분리된 영역에 집중되지 않고 용액에 남아 있는 텅스텐의 양에 따라 달라집니다.
충분한 탄소가 있으면 텅스텐이 탄화물 형성에 참여할 수 있습니다. 완전한 화학 및 응고 조건에 따라 합금에는 크롬이 풍부한 탄화물, 텅스텐이 풍부한 탄화물 또는 복잡한 혼합 금속 탄화물이 포함될 수 있습니다.
경질 탄화물은 다음에 저항하여 내마모성을 향상시킬 수 있습니다.
그러나 탄화물은 매트릭스에 의해 적절하게 지지되어야 합니다. 약하거나 고도로 편석된 매트릭스의 탄화물 비율이 높으면 균열 및 탄화물 풀아웃이 발생할 수 있습니다.
텅스텐은 확산성이 낮아 고온 강도와 구조적 안정성에 기여할 수 있습니다. 이로 인해 Co-Cr-W 합금은 열간 마모, 열간 절단 및 고온 밸브 또는 밀봉 응용 분야에 매력적입니다.
결과는 실제 온도에서 검증되어야 합니다. 산화, 열 순환, 크리프, 열팽창 및 접촉 응력은 실온 경도가 높은 경우에도 성능을 좌우할 수 있습니다.
텅스텐은 몰리브덴보다 밀도가 상당히 높습니다. 따라서 텅스텐을 많이 첨가하면 부품 또는 증착층 밀도가 증가할 수 있습니다.
텅스텐도 증가할 수 있습니다.
공칭 텅스텐 비율은 해당 원소가 대형 주물에 균일하게 분포되어 있다는 증거로 충분하지 않습니다.
몰리브덴은 또한 내화 합금 원소입니다. 이는 코발트 매트릭스를 강화하고 탄화물 형성에 참여하며 부식 거동에 영향을 미칠 수 있습니다.
코발트가 풍부한 매트릭스에 용해된 몰리브덴은 전위 이동을 방해하고 매트릭스 강도를 향상시킬 수 있습니다.
분말 야금 CoCrNi, CoCrW 및 CoCrMo 합금을 비교한 연구에서는 니켈, 텅스텐 및 몰리브덴이 서로 다른 상 균형, 경도 값 및 고온 마모 반응을 나타내는 것으로 나타났습니다. 또한 연구에서는 마찰계수가 마모율을 직접적으로 예측하지 못한다는 사실도 발견했습니다.
시편은 특정 조성 및 시험 조건에서 분말야금으로 생산되었기 때문에 순위를 모래주물이나 용접 용착물에 직접 전달해서는 안 됩니다.
출처: CoCr 매트릭스 합금에 대한 Ni, W 및 Mo의 영향.
몰리브덴은 복잡한 탄화물에 들어가 분포, 형태 및 안정성을 수정할 수 있습니다. 텅스텐과 마찬가지로 그 효과는 탄소와 크롬에 크게 좌우됩니다.
몰리브덴은 독립적으로 내마모성을 생성하지 않습니다. 그 이점은 열처리 또는 응고 경로가 다음을 생성하는지 여부에 따라 달라집니다.
크롬은 일반적으로 코발트-크롬 합금의 주요 부동태화 원소입니다. 몰리브덴은 부동태 피막의 거동을 수정할 수 있으며 일부 염화물 함유 또는 환원 환경에서 저항성을 향상시킬 수 있습니다.
염화물 및 중탄산염 함유 용액 내 Co-30Cr-6Mo에 대한 연구에서는 크롬과 몰리브덴이 코발트 용해를 억제하고 크롬과 유사한 수동적 행동을 생성한다는 사실이 밝혀졌습니다.
이 연구에서는 산업용 슬러리나 산 공정이 아닌 시뮬레이션된 생리학적 용액을 사용했습니다. 그 결과는 메커니즘을 입증하지만 광산, 화학 또는 유전 서비스에 대한 합금의 자격을 갖추지는 못했습니다. 실제 공정 유체 테스트가 여전히 필요할 수 있습니다.
출처: 코발트 및 Co-Cr-Mo 합금의 부동태화 및 부식 거동.
일부 Co-Cr-Mo 시스템은 매트릭스 강도, 연성 및 탄화물 지지력 간의 유리한 균형을 제공할 수 있습니다. 이렇게 하면 단단한 입자가 슬라이딩 접촉 시 분리되는 경향을 줄일 수 있습니다.
그러나 Co-Cr-Mo는 모든 Co-Cr-W 합금보다 자동으로 인성이 높아지는 것은 아닙니다. 탄소, 주조 결함, 열처리, 단면 두께 및 테스트 온도는 겉보기 순위를 뒤집을 수 있습니다.
| 선택 요소 | 공동 Cr-W 경향 | Co-Cr-Mo 경향 | 자격이 필요함 |
|---|---|---|---|
| 뜨거운 경도 | 종종 W를 사용하는 강력한 설계 이유 | 높은 온도에서도 수행 가능 | 실제 온도에서의 고온 경도 또는 마모 테스트 |
| 접착마모 및 골링 | 심각한 금속 간 접촉이 있는 경우 자주 고려됨 | 탄소 및 매트릭스에 따라 마모에 저항할 수도 있음 | 접점 쌍, 부하, 속도 및 윤활 |
| 연마 마모 | 단단한 W 함유 상이 기여할 수 있음 | Mo 함유 탄화물과 매트릭스 강도가 기여할 수 있습니다. | 연마재 유형, 크기, 하중 및 충격 |
| 부식 | 크롬은 주요 부동태화 요소로 남아 있습니다. | Mo는 일부 염화물 또는 환원 환경에 도움이 될 수 있습니다. | 공정 유체 부식 또는 마찰 부식 테스트 |
| 밀도 | W를 많이 첨가하면 더 높아진다. | 동등한 W 함량보다 낮은 첨가 밀도 | 부품 중량 및 회전 질량 검토 |
| 캐스팅 분리 | 무거운 W 추가에는 긴밀한 제어가 필요합니다. | Mo도 분리하지만 다르게 | 화학 매핑 및 대표 샘플링 |
| 가공성 | 단단한 단계로 인해 가공이 어려워질 수 있습니다. | 탄화물 비율에 따라 어려울 수도 있음 | 공구 및 가공 수당 |
| 용접 및 하드페이싱 | 구성은 희석과 균열을 설명해야 합니다. | 동일한 요구 사항; Mo는 용접 위험을 제거하지 않습니다. | 절차 적격성 평가 및 증착 금속 화학 |
| 비용 및 가용성 | 텅스텐은 원자재 노출을 더 높일 수 있습니다. | 몰리브덴 가격도 다양합니다. | 현재 견적 및 공급망 검토 |
이는 엔지니어링 경향이며 보장된 순위는 아닙니다.
2020년 연구에서는 분말로 생산된 CoCrW 및 CoCrMo 합금 사이에서 실온부터 1000°C까지 다양한 마찰 및 마모 거동이 발견되었습니다. 특정 Co-Cr-Mo 및 Co-Cr-W-Mo 치과용 합금에 대한 별도의 연구에서는 테스트된 Co-Cr-Mo 재료가 특정 조건에서 더 나은 내마모성을 갖는 것으로 나타났습니다.
반대로, 초합금 모재의 CoCrMo 및 CoCrW 용접 와이어 증착물에 대한 연구에서는 피로 및 고온 마모의 조건에 따른 차이가 보고되었습니다.
이러한 결과는 하나의 중심 원칙을 강화합니다. 성능 순위는 정확한 구성, 제조 경로, 미세 구조 및 테스트 방법에 따라 달라집니다.
출처: CoCr 매트릭스 합금 연구, Co-Cr-Mo 및 Co-Cr-W-Mo 석출 연구, CoCrMo 대 CoCrW 용접 용착물.
텅스텐과 몰리브덴은 탄소 없이는 평가할 수 없습니다.
탄소는 탄화물 형성의 잠재적인 양을 제어합니다. 저탄소 합금은 고용 강화 및 매트릭스 거동에 더 크게 의존할 수 있습니다. 고탄소 합금은 더 큰 탄화물 비율과 더 높은 경도를 포함할 수 있지만 연성은 감소합니다.
| 탄소 수준 경향 | 예상되는 미세구조 방향 | 잠재적 이점 | 잠재적 위험 |
|---|---|---|---|
| 저탄소 | 낮은 탄화물 분율; 더 연속적인 행렬 | 더 나은 연성 및 열충격 반응 | 심한 마모에 대한 저항 감소 |
| 중간탄소 | 균형 잡힌 매트릭스 및 카바이드 밀도 | 마모성과 내마모성의 결합 | 제어된 주조 및 열처리가 필요합니다. |
| 더 높은 탄소 | 더 큰 탄화물 형성 가능성 | 더 높은 경도와 내마모성 | 취성, 탄화물 네트워크 및 균열 |
| 분리로 인해 지역 탄소가 매우 높음 | 불균일한 탄화물이 풍부한 영역 | 신뢰할 수 있는 엔지니어링 이점 없음 | 국부적인 균열 경로와 일관되지 않은 가공 |
올바른 탄소 함량은 구성 요소 및 고장 메커니즘에 따라 다릅니다.
접착 마모, 부식 및 밀봉 접촉에 노출된 밸브 시트에는 광물 마모에 노출된 경화 표면층과 동일한 매트릭스-탄화물 균형이 필요하지 않습니다.
"텅스텐 코발트 합금"이라는 용어는 혼란을 야기할 수 있습니다.
주조 또는 증착된 Co-Cr-W 합금에는 크롬, 텅스텐, 탄소 및 기타 첨가물과 함께 코발트가 주요 매트릭스로 포함되어 있습니다.
WC-Co 초경합금은 다른 재료 시스템입니다. 이는 주로 소량의 코발트로 결합된 탄화텅스텐 입자로 구성됩니다. 일반적으로 분말 야금 및 소결 공정을 통해 생산됩니다.
| 재료 시스템 | 메인 하드 단계 | 주요 바인더 또는 매트릭스 | 일반적인 생산 경로 |
|---|---|---|---|
| Co-Cr-W 합금 | 크롬 및 텅스텐 함유 탄화물 | 코발트가 풍부한 금속 매트릭스 | 주조, 표면경화, 분말 고화 |
| Co-Cr-Mo 합금 | 크롬 및 몰리브덴 함유 탄화물 | 코발트가 풍부한 금속 매트릭스 | 주조, 가공, 분말 또는 증착 |
| WC-Co 초경합금 | 텅스텐 카바이드 | 코발트 바인더 | 분말 압축 및 액상 소결 |
| WC 입자가 첨가된 공동합금 | 텅스텐-카바이드 입자 도입 | 코발트 합금 매트릭스 | PTA, 레이저 클래딩, HVOF 또는 기타 증착 경로 |
재료는 구성, 상 분율, 가공, 인성, 수리 가능성 및 비용이 다릅니다. 둘 다 코발트와 텅스텐을 함유하고 있기 때문에 상호 교환 가능한 것으로 취급해서는 안됩니다.
주조는 수지상 응고 구조를 생성합니다. 텅스텐, 몰리브덴, 크롬 및 탄소는 수지상 결정 코어와 수지상 간 영역 사이에 분리될 수 있습니다.
중요한 캐스팅 제어에는 다음이 포함됩니다.
단면 변경이 크면 하나의 부품 내에서 냉각 속도와 탄화물 형태가 달라질 수 있습니다.
파우더 루트는 다음을 제공할 수 있습니다.
분말 야금 연구 샘플에서 얻은 결과는 기존 주조에 대해 가정되어서는 안 됩니다.
하드페이싱에는 추가 변수가 발생합니다.
AWS A5.21/A5.21M은 표면 처리용 노출 전극 및 막대의 분류를 다룹니다. 현재 2024년판에는 코발트 기반 분류가 포함되어 있습니다. 충전재 분류는 소모성 또는 희석되지 않은 증착 화학물질을 설명합니다. 그 자체로는 최종 희석 오버레이의 화학적 성질을 보장하지 않습니다.
출처: AWS A5.21/A5.21M:2024.
코발트 합금 분말은 다양한 증착 공정에 사용될 수 있지만 입자 크기, 형태 및 화학적 특성이 장비와 일치해야 합니다.
최종 코팅은 다음에 따라 달라집니다.
한 공정에 적합한 분말을 다른 공정에 자동으로 사용해서는 안 됩니다.
금속 간 슬라이딩의 경우 다음을 문의하십시오.
Co-Cr-W 합금은 고온 경도와 내마모성 측면에서 매력적일 수 있지만 최종 선택에는 표면 마감 및 상대면 호환성이 포함되어야 합니다.
광물 또는 입자 마모의 경우 다음을 기록하십시오.
고탄화물 코발트 합금은 마모에 저항할 수 있지만 탄화물 집단이 너무 거칠거나 제대로 지지되지 않으면 취약해질 수 있습니다.
부식 마모는 건조 경도 시험으로는 예측할 수 없습니다.
제공하다:
몰리브덴은 일부 부식성 환경에서 유용할 수 있지만 실험실 테스트에서는 고장 결과가 중요한 실제 유체를 재현해야 합니다.
핫 서비스의 경우 다음을 포함합니다.
텅스텐 함량이 높아도 산화, 열 피로 또는 크리프가 제거되지 않습니다.
| 점검 | 목적 | 중요한 제한 사항 |
|---|---|---|
| 광 방출 분광학 | 주요 합금 화학 및 다양한 미량 원소를 측정합니다. | 시료 준비 및 교정은 코발트 합금에 적합해야 합니다. |
| 연소 탄소 분석 | 신뢰할 수 있는 탄소 측정 제공 | XRF에서 탄소를 추론해서는 안 됩니다. |
| X선 형광 | Co, Cr, W 및 Mo 식별에 유용합니다. | 일반적으로 정확한 탄소 측정에는 부적합 |
| 경도 테스트 | 국부적인 기계적 반응을 확인합니다. | 탄화물 형태나 인성을 정의하지 않습니다. |
| 금속학 | 수상돌기, 탄화물, 다공성 및 상 분포를 평가합니다. | 샘플링 위치는 구성요소를 나타내야 합니다. |
| 액체침투검사 | 표면 파괴 불연속성 감지 | 내부 결함을 드러내지 않습니다. |
| 방사선 촬영 또는 적격 UT | 선택된 내부 불연속성을 평가합니다. | 기하학과 거친 구조는 감도에 영향을 미칠 수 있습니다. |
| 치수검사 | 적합성, 씰링 형상 및 가공 확인 | 야금을 검증하지 않음 |
| PMI | 합금 혼합 방지에 도움이 됩니다. | 방법은 W/Mo 차이를 식별해야 하며 전체 실험실 화학을 대체할 수는 없습니다. |
검사 계획은 생산 전에 테스트 위치와 승인 기준을 정의해야 합니다.
제공하다:
운영 데이터 없이 "가장 높은 텅스텐 합금" 또는 "최대 경도"를 요구하지 마십시오. 합금 함량이 높을수록 실제 고장을 해결하지 않고도 비용과 취성이 증가할 수 있습니다.
주조 코발트 합금 부품에 대해서는 다음을 참조하십시오.
퇴적된 마모 표면에 대해서는 다음을 참조하십시오.
추가 배경 정보를 보려면 다음을 읽어보세요.
이 페이지에서는 다양한 제품과 프로세스를 설명합니다. 합금 및 공정은 고객의 도면, 서비스 조건 및 승인 요구 사항을 통해 확인되어야 합니다.
이 문서에서는 일반적인 재료 선택 지침을 제공합니다. Co-Cr-W 또는 Co-Cr-Mo가 보편적으로 우수하다는 것을 입증하지는 않습니다.
최종 재료 선택은 합의된 사양에 따라 장비 소유자, 담당 엔지니어, 구매자 및 제조업체의 책임입니다.
주조, 연삭, 기계 가공, 열 분사 및 코발트 함유 재료 용접 시 코발트 함유 분진이나 연기가 발생할 수 있습니다. NIOSH는 흡입, 섭취, 피부 또는 눈 접촉을 코발트 금속 분진 및 흄의 노출 경로로 식별하고 호흡기계와 피부를 대상 기관으로 나열합니다.
문서화된 산업 위생 평가, 공정 인클로저 또는 국소 배기 환기, 적절한 관리 및 작업별 개인 보호 장비를 사용하십시오. 호흡보호구 선택은 측정된 노출과 적용 가능한 호흡 보호 프로그램을 기반으로 해야 합니다.
출처: NIOSH 포켓 가이드—코발트 금속 분진 및 흄 및 NIOSH 용접용 국소 배기 환기.
아니요. 텅스텐은 고온 경도와 매트릭스 강도를 지원할 수 있지만 산화, 탄화물 형태, 열 피로 및 제조 경로도 성능을 제어합니다.
아니요. 몰리브덴은 일부 환경에서 수동성에 도움이 될 수 있지만 크롬 함량, 유체 화학, 온도 및 기계적 필름 제거는 여전히 중요합니다. 부식 위험이 심각한 경우 실제 공정 매체를 테스트하십시오.
아니요. 원자 질량, 탄화물 거동, 분할 및 가공 효과가 다릅니다. 대체하려면 합금 재설계 및 인증이 필요합니다.
반드시 그런 것은 아닙니다. 마모는 또한 탄화물 지지력, 인성, 마찰 모드, 온도, 부식 및 반대면 재료에 따라 달라집니다.
XRF는 코발트, 크롬, 텅스텐 및 몰리브덴을 식별하는 데 도움이 될 수 있지만 일반적으로 탄화물 제어에 필요한 탄소 결과를 제공할 수는 없습니다. 적절한 탄소 분석 방법을 사용하십시오.
아니요. 주물은 완전한 구성요소로 응고됩니다. 경화 표면 증착물은 희석, 층 두께, 냉각 및 모재 금속의 영향을 받습니다.
가능하다면 인정된 일반 분류 또는 합의된 화학 및 승인 계획을 지정하십시오. 상품명은 다양한 형태나 역사적 변형을 포함할 수 있습니다.
도면은 형상을 정의하지만 서비스 데이터도 필요합니다. 마모 메커니즘, 온도, 매체, 부하, 반대면 및 현재 고장 정보를 제공합니다.
텅스텐과 몰리브덴은 모두 코발트-크롬 합금에 귀중한 첨가물이지만 서로 다른 야금학적 문제를 해결합니다.
텅스텐은 강력한 고용체 강화, 고온 경도 및 텅스텐 함유 경질상에 기여할 수 있습니다. 또한 밀도, 분리 민감도 및 가공 난이도가 높아질 수 있습니다.
몰리브덴은 코발트가 풍부한 매트릭스를 강화하고 탄화물 형성에 참여하며 특정 환경에서 부식 거동을 지원할 수 있습니다. 그 이점은 여전히 크롬, 탄소, 열처리 및 제조 경로에 따라 달라집니다.
올바른 엔지니어링 질문은 다음과 같습니다.
"텅스텐이 몰리브덴보다 낫나요?"
그것은:
"매트릭스 화학, 카바이드 구조 및 제조 공정의 어떤 조합이 문서화된 마모, 부식 및 온도 조건을 가장 잘 설명합니까?"
도면, 현재 화학, 고장난 부품 사진 및 운영 데이터를 통해 전송EB Castings 연락처 페이지또는 이메일캐스트@ebcastings.com.
모든 합금, 공정 및 검사 요구 사항은 견적 및 제조 전에 확인되어야 합니다.
이 재료 또는 고정 장치 논의와 관련된 도면 기반 구성 요소 문의를 탐색하십시오.
코발트-크롬 합금은 일반 강철이 접착 마모, 부식, 고온 또는 이러한 메커니즘의 조합으로 인해 어려움을 겪는 곳에 사용됩니다. 일반적인 산업 응용 분야에는 밸브 볼 및 시트, 부싱, 열간 가공 부품, 압출 부품, 표면 경화 침전물 및 국부적인 마모 표면이 포함됩니다.
그러나 "코발트-크롬 합금"은 완전한 재료 사양이 아닙니다.
텅스텐, 몰리브덴, 탄소, 니켈, 규소 및 철을 첨가하면 합금의 미세 구조와 사용 특성이 크게 바뀔 수 있습니다. 제조 경로도 마찬가지로 중요합니다. 주조 Co-Cr-W 구성 요소, Co-Cr-Mo 분말 야금 부품 및 용접된 코발트 표면 경화 침전물은 화학적 분석이 유사해 보일지라도 동일하게 거동할 것으로 예상해서는 안 됩니다.
재료 선택에 있어서 가장 중요한 질문 중 하나는 텅스텐 또는 몰리브덴이 주요한 보충 강화 효과를 제공해야 하는지 여부입니다.
두 요소 모두 코발트가 풍부한 매트릭스를 강화하고 탄화물 형성에 참여할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 그 효과는 서로 바꿔 사용할 수 없습니다.
이 기사에서는 다음을 설명합니다.
산업용 내마모성 코발트 합금은 일반적으로 코발트가 풍부한 매트릭스와 분산된 단단한 상을 포함합니다.
코발트는 기본 매트릭스를 제공합니다. 크롬은 부식 및 산화 저항성을 지원하고 탄화물 형성에도 참여합니다. 탄소는 형성될 수 있는 탄화물의 양과 유형을 제어합니다. 텅스텐이나 몰리브덴은 매트릭스를 강화하고 탄화물 화학을 변화시키며 고온 거동에 영향을 줄 수 있습니다.
미세구조에는 다음이 포함될 수 있습니다.
ASM International은 코발트 합금 구조, 특성 및 마모 거동이 화학 성분과 제조 경로에 따라 달라진다는 점을 강조합니다. 코발트 합금은 분말 야금 공정을 통해 주조, 단조, 용접으로 표면 경화되거나 통합될 수 있습니다.
출처: ASM—코발트 기반 합금의 마찰 및 마모.
텅스텐은 녹는점이 높은 무거운 내화 원소입니다. 코발트-크롬 합금에서는 고용체 강화 및 경질 탄화물 또는 복잡한 상 형성에 참여함으로써 기여할 수 있습니다.
텅스텐 원자는 코발트 원자보다 훨씬 크고 무겁습니다. 텅스텐이 코발트가 풍부한 매트릭스에 용해되면 원자 크기의 차이로 인해 격자 변형이 발생하여 전위 이동이 더욱 어려워집니다.
이는 다음을 지원할 수 있습니다.
유용한 효과는 탄화물이나 분리된 영역에 집중되지 않고 용액에 남아 있는 텅스텐의 양에 따라 달라집니다.
충분한 탄소가 있으면 텅스텐이 탄화물 형성에 참여할 수 있습니다. 완전한 화학 및 응고 조건에 따라 합금에는 크롬이 풍부한 탄화물, 텅스텐이 풍부한 탄화물 또는 복잡한 혼합 금속 탄화물이 포함될 수 있습니다.
경질 탄화물은 다음에 저항하여 내마모성을 향상시킬 수 있습니다.
그러나 탄화물은 매트릭스에 의해 적절하게 지지되어야 합니다. 약하거나 고도로 편석된 매트릭스의 탄화물 비율이 높으면 균열 및 탄화물 풀아웃이 발생할 수 있습니다.
텅스텐은 확산성이 낮아 고온 강도와 구조적 안정성에 기여할 수 있습니다. 이로 인해 Co-Cr-W 합금은 열간 마모, 열간 절단 및 고온 밸브 또는 밀봉 응용 분야에 매력적입니다.
결과는 실제 온도에서 검증되어야 합니다. 산화, 열 순환, 크리프, 열팽창 및 접촉 응력은 실온 경도가 높은 경우에도 성능을 좌우할 수 있습니다.
텅스텐은 몰리브덴보다 밀도가 상당히 높습니다. 따라서 텅스텐을 많이 첨가하면 부품 또는 증착층 밀도가 증가할 수 있습니다.
텅스텐도 증가할 수 있습니다.
공칭 텅스텐 비율은 해당 원소가 대형 주물에 균일하게 분포되어 있다는 증거로 충분하지 않습니다.
몰리브덴은 또한 내화 합금 원소입니다. 이는 코발트 매트릭스를 강화하고 탄화물 형성에 참여하며 부식 거동에 영향을 미칠 수 있습니다.
코발트가 풍부한 매트릭스에 용해된 몰리브덴은 전위 이동을 방해하고 매트릭스 강도를 향상시킬 수 있습니다.
분말 야금 CoCrNi, CoCrW 및 CoCrMo 합금을 비교한 연구에서는 니켈, 텅스텐 및 몰리브덴이 서로 다른 상 균형, 경도 값 및 고온 마모 반응을 나타내는 것으로 나타났습니다. 또한 연구에서는 마찰계수가 마모율을 직접적으로 예측하지 못한다는 사실도 발견했습니다.
시편은 특정 조성 및 시험 조건에서 분말야금으로 생산되었기 때문에 순위를 모래주물이나 용접 용착물에 직접 전달해서는 안 됩니다.
출처: CoCr 매트릭스 합금에 대한 Ni, W 및 Mo의 영향.
몰리브덴은 복잡한 탄화물에 들어가 분포, 형태 및 안정성을 수정할 수 있습니다. 텅스텐과 마찬가지로 그 효과는 탄소와 크롬에 크게 좌우됩니다.
몰리브덴은 독립적으로 내마모성을 생성하지 않습니다. 그 이점은 열처리 또는 응고 경로가 다음을 생성하는지 여부에 따라 달라집니다.
크롬은 일반적으로 코발트-크롬 합금의 주요 부동태화 원소입니다. 몰리브덴은 부동태 피막의 거동을 수정할 수 있으며 일부 염화물 함유 또는 환원 환경에서 저항성을 향상시킬 수 있습니다.
염화물 및 중탄산염 함유 용액 내 Co-30Cr-6Mo에 대한 연구에서는 크롬과 몰리브덴이 코발트 용해를 억제하고 크롬과 유사한 수동적 행동을 생성한다는 사실이 밝혀졌습니다.
이 연구에서는 산업용 슬러리나 산 공정이 아닌 시뮬레이션된 생리학적 용액을 사용했습니다. 그 결과는 메커니즘을 입증하지만 광산, 화학 또는 유전 서비스에 대한 합금의 자격을 갖추지는 못했습니다. 실제 공정 유체 테스트가 여전히 필요할 수 있습니다.
출처: 코발트 및 Co-Cr-Mo 합금의 부동태화 및 부식 거동.
일부 Co-Cr-Mo 시스템은 매트릭스 강도, 연성 및 탄화물 지지력 간의 유리한 균형을 제공할 수 있습니다. 이렇게 하면 단단한 입자가 슬라이딩 접촉 시 분리되는 경향을 줄일 수 있습니다.
그러나 Co-Cr-Mo는 모든 Co-Cr-W 합금보다 자동으로 인성이 높아지는 것은 아닙니다. 탄소, 주조 결함, 열처리, 단면 두께 및 테스트 온도는 겉보기 순위를 뒤집을 수 있습니다.
| 선택 요소 | 공동 Cr-W 경향 | Co-Cr-Mo 경향 | 자격이 필요함 |
|---|---|---|---|
| 뜨거운 경도 | 종종 W를 사용하는 강력한 설계 이유 | 높은 온도에서도 수행 가능 | 실제 온도에서의 고온 경도 또는 마모 테스트 |
| 접착마모 및 골링 | 심각한 금속 간 접촉이 있는 경우 자주 고려됨 | 탄소 및 매트릭스에 따라 마모에 저항할 수도 있음 | 접점 쌍, 부하, 속도 및 윤활 |
| 연마 마모 | 단단한 W 함유 상이 기여할 수 있음 | Mo 함유 탄화물과 매트릭스 강도가 기여할 수 있습니다. | 연마재 유형, 크기, 하중 및 충격 |
| 부식 | 크롬은 주요 부동태화 요소로 남아 있습니다. | Mo는 일부 염화물 또는 환원 환경에 도움이 될 수 있습니다. | 공정 유체 부식 또는 마찰 부식 테스트 |
| 밀도 | W를 많이 첨가하면 더 높아진다. | 동등한 W 함량보다 낮은 첨가 밀도 | 부품 중량 및 회전 질량 검토 |
| 캐스팅 분리 | 무거운 W 추가에는 긴밀한 제어가 필요합니다. | Mo도 분리하지만 다르게 | 화학 매핑 및 대표 샘플링 |
| 가공성 | 단단한 단계로 인해 가공이 어려워질 수 있습니다. | 탄화물 비율에 따라 어려울 수도 있음 | 공구 및 가공 수당 |
| 용접 및 하드페이싱 | 구성은 희석과 균열을 설명해야 합니다. | 동일한 요구 사항; Mo는 용접 위험을 제거하지 않습니다. | 절차 적격성 평가 및 증착 금속 화학 |
| 비용 및 가용성 | 텅스텐은 원자재 노출을 더 높일 수 있습니다. | 몰리브덴 가격도 다양합니다. | 현재 견적 및 공급망 검토 |
이는 엔지니어링 경향이며 보장된 순위는 아닙니다.
2020년 연구에서는 분말로 생산된 CoCrW 및 CoCrMo 합금 사이에서 실온부터 1000°C까지 다양한 마찰 및 마모 거동이 발견되었습니다. 특정 Co-Cr-Mo 및 Co-Cr-W-Mo 치과용 합금에 대한 별도의 연구에서는 테스트된 Co-Cr-Mo 재료가 특정 조건에서 더 나은 내마모성을 갖는 것으로 나타났습니다.
반대로, 초합금 모재의 CoCrMo 및 CoCrW 용접 와이어 증착물에 대한 연구에서는 피로 및 고온 마모의 조건에 따른 차이가 보고되었습니다.
이러한 결과는 하나의 중심 원칙을 강화합니다. 성능 순위는 정확한 구성, 제조 경로, 미세 구조 및 테스트 방법에 따라 달라집니다.
출처: CoCr 매트릭스 합금 연구, Co-Cr-Mo 및 Co-Cr-W-Mo 석출 연구, CoCrMo 대 CoCrW 용접 용착물.
텅스텐과 몰리브덴은 탄소 없이는 평가할 수 없습니다.
탄소는 탄화물 형성의 잠재적인 양을 제어합니다. 저탄소 합금은 고용 강화 및 매트릭스 거동에 더 크게 의존할 수 있습니다. 고탄소 합금은 더 큰 탄화물 비율과 더 높은 경도를 포함할 수 있지만 연성은 감소합니다.
| 탄소 수준 경향 | 예상되는 미세구조 방향 | 잠재적 이점 | 잠재적 위험 |
|---|---|---|---|
| 저탄소 | 낮은 탄화물 분율; 더 연속적인 행렬 | 더 나은 연성 및 열충격 반응 | 심한 마모에 대한 저항 감소 |
| 중간탄소 | 균형 잡힌 매트릭스 및 카바이드 밀도 | 마모성과 내마모성의 결합 | 제어된 주조 및 열처리가 필요합니다. |
| 더 높은 탄소 | 더 큰 탄화물 형성 가능성 | 더 높은 경도와 내마모성 | 취성, 탄화물 네트워크 및 균열 |
| 분리로 인해 지역 탄소가 매우 높음 | 불균일한 탄화물이 풍부한 영역 | 신뢰할 수 있는 엔지니어링 이점 없음 | 국부적인 균열 경로와 일관되지 않은 가공 |
올바른 탄소 함량은 구성 요소 및 고장 메커니즘에 따라 다릅니다.
접착 마모, 부식 및 밀봉 접촉에 노출된 밸브 시트에는 광물 마모에 노출된 경화 표면층과 동일한 매트릭스-탄화물 균형이 필요하지 않습니다.
"텅스텐 코발트 합금"이라는 용어는 혼란을 야기할 수 있습니다.
주조 또는 증착된 Co-Cr-W 합금에는 크롬, 텅스텐, 탄소 및 기타 첨가물과 함께 코발트가 주요 매트릭스로 포함되어 있습니다.
WC-Co 초경합금은 다른 재료 시스템입니다. 이는 주로 소량의 코발트로 결합된 탄화텅스텐 입자로 구성됩니다. 일반적으로 분말 야금 및 소결 공정을 통해 생산됩니다.
| 재료 시스템 | 메인 하드 단계 | 주요 바인더 또는 매트릭스 | 일반적인 생산 경로 |
|---|---|---|---|
| Co-Cr-W 합금 | 크롬 및 텅스텐 함유 탄화물 | 코발트가 풍부한 금속 매트릭스 | 주조, 표면경화, 분말 고화 |
| Co-Cr-Mo 합금 | 크롬 및 몰리브덴 함유 탄화물 | 코발트가 풍부한 금속 매트릭스 | 주조, 가공, 분말 또는 증착 |
| WC-Co 초경합금 | 텅스텐 카바이드 | 코발트 바인더 | 분말 압축 및 액상 소결 |
| WC 입자가 첨가된 공동합금 | 텅스텐-카바이드 입자 도입 | 코발트 합금 매트릭스 | PTA, 레이저 클래딩, HVOF 또는 기타 증착 경로 |
재료는 구성, 상 분율, 가공, 인성, 수리 가능성 및 비용이 다릅니다. 둘 다 코발트와 텅스텐을 함유하고 있기 때문에 상호 교환 가능한 것으로 취급해서는 안됩니다.
주조는 수지상 응고 구조를 생성합니다. 텅스텐, 몰리브덴, 크롬 및 탄소는 수지상 결정 코어와 수지상 간 영역 사이에 분리될 수 있습니다.
중요한 캐스팅 제어에는 다음이 포함됩니다.
단면 변경이 크면 하나의 부품 내에서 냉각 속도와 탄화물 형태가 달라질 수 있습니다.
파우더 루트는 다음을 제공할 수 있습니다.
분말 야금 연구 샘플에서 얻은 결과는 기존 주조에 대해 가정되어서는 안 됩니다.
하드페이싱에는 추가 변수가 발생합니다.
AWS A5.21/A5.21M은 표면 처리용 노출 전극 및 막대의 분류를 다룹니다. 현재 2024년판에는 코발트 기반 분류가 포함되어 있습니다. 충전재 분류는 소모성 또는 희석되지 않은 증착 화학물질을 설명합니다. 그 자체로는 최종 희석 오버레이의 화학적 성질을 보장하지 않습니다.
출처: AWS A5.21/A5.21M:2024.
코발트 합금 분말은 다양한 증착 공정에 사용될 수 있지만 입자 크기, 형태 및 화학적 특성이 장비와 일치해야 합니다.
최종 코팅은 다음에 따라 달라집니다.
한 공정에 적합한 분말을 다른 공정에 자동으로 사용해서는 안 됩니다.
금속 간 슬라이딩의 경우 다음을 문의하십시오.
Co-Cr-W 합금은 고온 경도와 내마모성 측면에서 매력적일 수 있지만 최종 선택에는 표면 마감 및 상대면 호환성이 포함되어야 합니다.
광물 또는 입자 마모의 경우 다음을 기록하십시오.
고탄화물 코발트 합금은 마모에 저항할 수 있지만 탄화물 집단이 너무 거칠거나 제대로 지지되지 않으면 취약해질 수 있습니다.
부식 마모는 건조 경도 시험으로는 예측할 수 없습니다.
제공하다:
몰리브덴은 일부 부식성 환경에서 유용할 수 있지만 실험실 테스트에서는 고장 결과가 중요한 실제 유체를 재현해야 합니다.
핫 서비스의 경우 다음을 포함합니다.
텅스텐 함량이 높아도 산화, 열 피로 또는 크리프가 제거되지 않습니다.
| 점검 | 목적 | 중요한 제한 사항 |
|---|---|---|
| 광 방출 분광학 | 주요 합금 화학 및 다양한 미량 원소를 측정합니다. | 시료 준비 및 교정은 코발트 합금에 적합해야 합니다. |
| 연소 탄소 분석 | 신뢰할 수 있는 탄소 측정 제공 | XRF에서 탄소를 추론해서는 안 됩니다. |
| X선 형광 | Co, Cr, W 및 Mo 식별에 유용합니다. | 일반적으로 정확한 탄소 측정에는 부적합 |
| 경도 테스트 | 국부적인 기계적 반응을 확인합니다. | 탄화물 형태나 인성을 정의하지 않습니다. |
| 금속학 | 수상돌기, 탄화물, 다공성 및 상 분포를 평가합니다. | 샘플링 위치는 구성요소를 나타내야 합니다. |
| 액체침투검사 | 표면 파괴 불연속성 감지 | 내부 결함을 드러내지 않습니다. |
| 방사선 촬영 또는 적격 UT | 선택된 내부 불연속성을 평가합니다. | 기하학과 거친 구조는 감도에 영향을 미칠 수 있습니다. |
| 치수검사 | 적합성, 씰링 형상 및 가공 확인 | 야금을 검증하지 않음 |
| PMI | 합금 혼합 방지에 도움이 됩니다. | 방법은 W/Mo 차이를 식별해야 하며 전체 실험실 화학을 대체할 수는 없습니다. |
검사 계획은 생산 전에 테스트 위치와 승인 기준을 정의해야 합니다.
제공하다:
운영 데이터 없이 "가장 높은 텅스텐 합금" 또는 "최대 경도"를 요구하지 마십시오. 합금 함량이 높을수록 실제 고장을 해결하지 않고도 비용과 취성이 증가할 수 있습니다.
주조 코발트 합금 부품에 대해서는 다음을 참조하십시오.
퇴적된 마모 표면에 대해서는 다음을 참조하십시오.
추가 배경 정보를 보려면 다음을 읽어보세요.
이 페이지에서는 다양한 제품과 프로세스를 설명합니다. 합금 및 공정은 고객의 도면, 서비스 조건 및 승인 요구 사항을 통해 확인되어야 합니다.
이 문서에서는 일반적인 재료 선택 지침을 제공합니다. Co-Cr-W 또는 Co-Cr-Mo가 보편적으로 우수하다는 것을 입증하지는 않습니다.
최종 재료 선택은 합의된 사양에 따라 장비 소유자, 담당 엔지니어, 구매자 및 제조업체의 책임입니다.
주조, 연삭, 기계 가공, 열 분사 및 코발트 함유 재료 용접 시 코발트 함유 분진이나 연기가 발생할 수 있습니다. NIOSH는 흡입, 섭취, 피부 또는 눈 접촉을 코발트 금속 분진 및 흄의 노출 경로로 식별하고 호흡기계와 피부를 대상 기관으로 나열합니다.
문서화된 산업 위생 평가, 공정 인클로저 또는 국소 배기 환기, 적절한 관리 및 작업별 개인 보호 장비를 사용하십시오. 호흡보호구 선택은 측정된 노출과 적용 가능한 호흡 보호 프로그램을 기반으로 해야 합니다.
출처: NIOSH 포켓 가이드—코발트 금속 분진 및 흄 및 NIOSH 용접용 국소 배기 환기.
아니요. 텅스텐은 고온 경도와 매트릭스 강도를 지원할 수 있지만 산화, 탄화물 형태, 열 피로 및 제조 경로도 성능을 제어합니다.
아니요. 몰리브덴은 일부 환경에서 수동성에 도움이 될 수 있지만 크롬 함량, 유체 화학, 온도 및 기계적 필름 제거는 여전히 중요합니다. 부식 위험이 심각한 경우 실제 공정 매체를 테스트하십시오.
아니요. 원자 질량, 탄화물 거동, 분할 및 가공 효과가 다릅니다. 대체하려면 합금 재설계 및 인증이 필요합니다.
반드시 그런 것은 아닙니다. 마모는 또한 탄화물 지지력, 인성, 마찰 모드, 온도, 부식 및 반대면 재료에 따라 달라집니다.
XRF는 코발트, 크롬, 텅스텐 및 몰리브덴을 식별하는 데 도움이 될 수 있지만 일반적으로 탄화물 제어에 필요한 탄소 결과를 제공할 수는 없습니다. 적절한 탄소 분석 방법을 사용하십시오.
아니요. 주물은 완전한 구성요소로 응고됩니다. 경화 표면 증착물은 희석, 층 두께, 냉각 및 모재 금속의 영향을 받습니다.
가능하다면 인정된 일반 분류 또는 합의된 화학 및 승인 계획을 지정하십시오. 상품명은 다양한 형태나 역사적 변형을 포함할 수 있습니다.
도면은 형상을 정의하지만 서비스 데이터도 필요합니다. 마모 메커니즘, 온도, 매체, 부하, 반대면 및 현재 고장 정보를 제공합니다.
텅스텐과 몰리브덴은 모두 코발트-크롬 합금에 귀중한 첨가물이지만 서로 다른 야금학적 문제를 해결합니다.
텅스텐은 강력한 고용체 강화, 고온 경도 및 텅스텐 함유 경질상에 기여할 수 있습니다. 또한 밀도, 분리 민감도 및 가공 난이도가 높아질 수 있습니다.
몰리브덴은 코발트가 풍부한 매트릭스를 강화하고 탄화물 형성에 참여하며 특정 환경에서 부식 거동을 지원할 수 있습니다. 그 이점은 여전히 크롬, 탄소, 열처리 및 제조 경로에 따라 달라집니다.
올바른 엔지니어링 질문은 다음과 같습니다.
"텅스텐이 몰리브덴보다 낫나요?"
그것은:
"매트릭스 화학, 카바이드 구조 및 제조 공정의 어떤 조합이 문서화된 마모, 부식 및 온도 조건을 가장 잘 설명합니까?"
도면, 현재 화학, 고장난 부품 사진 및 운영 데이터를 통해 전송EB Castings 연락처 페이지또는 이메일캐스트@ebcastings.com.
모든 합금, 공정 및 검사 요구 사항은 견적 및 제조 전에 확인되어야 합니다.
이 재료 또는 고정 장치 논의와 관련된 도면 기반 구성 요소 문의를 탐색하십시오.
