Las aleaciones de cobalto y cromo se utilizan cuando los aceros comunes luchan contra el desgaste adhesivo, la corrosión, la temperatura elevada o una combinación de estos mecanismos.Las aplicaciones industriales típicas incluyen bolas y asientos de válvulas, bujes, componentes de trabajo en caliente, piezas de extrusión, depósitos de superficie dura y superficies de desgaste localizadas.
Sin embargo, "aleación de cobalto-cromo" no es una especificación completa del material.
La adición de tungsteno, molibdeno, carbono, níquel, silicio y hierro puede cambiar sustancialmente la microestructura y el comportamiento de servicio de la aleación.Un componente fundido Co-Cr-W, una pieza de metalurgia en polvo de Co-Cr-Mo y un depósito de cobaltado soldado no deben comportarse de manera idéntica, incluso cuando sus análisis químicos parecen similares.
Una de las cuestiones más importantes en la selección de materiales es si el tungsteno o el molibdeno deben proporcionar el principal efecto de refuerzo suplementario.
Ambos elementos pueden fortalecer una matriz rica en cobalto y participar en la formación de carburo.
Este artículo explica:
Las aleaciones de cobalto resistentes al desgaste industrial contienen comúnmente una matriz rica en cobalto y fases duras dispersas.
El cobalto proporciona la matriz base. El cromo es resistente a la corrosión y la oxidación y también participa en la formación de carburo. El carbono controla la cantidad y el tipo de carburo que se puede formar.El tungsteno o el molibdeno pueden reforzar la matriz, alterar la química del carburo e influir en el comportamiento a temperatura elevada.
La microestructura puede incluir:
ASM International hace hincapié en que la estructura, las propiedades y el comportamiento de desgaste de las aleaciones de cobalto dependen tanto de la composición química como de la vía de fabricación.Saldados como revestimiento o consolidados mediante procesos de metalurgia de polvo.
Fuente: ASM·Fricción y desgaste de las aleaciones a base de cobalto.
El tungsteno es un elemento refractario pesado con un alto punto de fusión.puede contribuir a través del fortalecimiento de la solución sólida y la participación en la formación de carburo duro o fase compleja.
Los átomos de tungsteno son mucho más grandes y pesados que los átomos de cobalto.La diferencia en el tamaño atómico crea una tensión de la red que dificulta el movimiento de dislocación.
Esto puede apoyar:
El efecto útil depende de la cantidad de tungsteno que permanece en la solución en lugar de concentrarse en carburos o regiones segregadas.
Cuando hay suficiente carbono disponible, el tungsteno puede participar en la formación de carburo.Carburos ricos en tungsteno o carburos complejos de metales mixtos.
Los carburos duros pueden mejorar la resistencia al desgaste al resistir:
Sin embargo, los carburos deben estar adecuadamente apoyados por la matriz. Una fracción alta de carburo en una matriz débil o altamente segregada puede conducir a la grieta y la extracción de carburo.
El tungsteno tiene una baja difusividad y puede contribuir a la resistencia a altas temperaturas y la estabilidad estructural.aplicaciones de corte en caliente y válvulas o selladores de alta temperatura.
El resultado aún debe ser validado a la temperatura real.La expansión térmica y el estrés de contacto pueden dominar el rendimiento incluso cuando la dureza a temperatura ambiente es alta.
El tungsteno es considerablemente más denso que el molibdeno. Por lo tanto, las adiciones altas de tungsteno pueden aumentar la densidad del componente o de la capa depositada.
El tungsteno también puede aumentar:
Un porcentaje nominal de tungsteno no es una prueba suficiente de que el elemento se distribuya uniformemente a través de una fundición grande.
El molibdeno es también un elemento de aleación refractario. Puede fortalecer la matriz de cobalto, participar en la formación de carburo e influir en el comportamiento de corrosión.
El molibdeno disuelto en la matriz rica en cobalto puede impedir el movimiento de dislocación y mejorar la resistencia de la matriz.
La investigación que compara las aleaciones CoCrNi, CoCrW y CoCrMo de la metalurgia en polvo encontró que el níquel, el tungsteno y el molibdeno producen diferentes equilibrios de fase, valores de dureza y respuestas de desgaste a altas temperaturas.El estudio también encontró que el coeficiente de fricción no predijo directamente la tasa de desgaste.
Debido a que las muestras se produjeron por metalurgia en polvo en composiciones y condiciones de ensayo específicas, la clasificación no debe transferirse directamente a las piezas fundidas en arena o depósitos soldados.
Fuente: Efecto del Ni, W y Mo en las aleaciones de matriz CoCr.
El molibdeno puede entrar en carburos complejos y modificar su distribución, morfología y estabilidad.
El molibdeno no crea resistencia al desgaste de forma independiente.
El cromo es normalmente el principal elemento pasivador en las aleaciones de cobalto y cromo.El molibdeno puede modificar el comportamiento de la película pasiva y puede mejorar la resistencia en algunos entornos que contienen cloruro o reducen.
Un estudio de Co-30Cr-6Mo en una solución que contiene cloruro y bicarbonato encontró que el cromo y el molibdeno suprimieron la disolución del cobalto y produjeron un comportamiento pasivo similar al cromo.
El estudio utilizó una solución fisiológica simulada, no un proceso industrial de estiércol o ácido.Es posible que aún sea necesario realizar ensayos reales de fluidos de proceso.
Fuente: Conducta de pasivación y corrosión del cobalto y de la aleación Co-Cr-Mo.
Algunos sistemas Co-Cr-Mo pueden proporcionar un equilibrio favorable entre la resistencia de la matriz, la ductilidad y el soporte de carburo.
Sin embargo, el Co-Cr-Mo no es automáticamente más resistente que todas las aleaciones Co-Cr-W. El carbono, los defectos de fundición, el tratamiento térmico, el grosor de la sección y la temperatura de prueba pueden revertir una clasificación aparente.
| Factor de selección | Tendencia de la co-Cr-W | Tendencia de la Co-Cr-Mo | Se necesitan calificaciones |
|---|---|---|---|
| Dureza en caliente | A menudo una buena razón de diseño para usar W | También puede funcionar a temperatura elevada | Pruebas de dureza en caliente o de desgaste a temperatura real |
| Desgaste y irritación de los adhesivos | Frecuentemente considerado para el contacto metálico-metálico grave | También puede resistir el acidez dependiendo del carbono y la matriz. | Par de contacto, carga, velocidad y lubricación |
| Desgaste abrasivo | Las fases duras con W pueden contribuir | Los carburos que contienen Mo y la resistencia de la matriz pueden contribuir | Tipo, tamaño, carga y impacto del abrasivo |
| Corrosión | El cromo sigue siendo el principal elemento pasivante | El Mo puede beneficiar a algunos ambientes de cloruro o reducción | Ensayos de corrosión o tribocorrosión en fluidos de proceso |
| Densidad | Más alto cuando se añade W sustancial | Densidad de adición inferior al contenido equivalente de W | Revisión del peso de los componentes y de la masa giratoria |
| Segregación del moldeado | Las adiciones pesadas de W requieren un control estricto | Mo también segrega pero de manera diferente | Cartografía química y muestreo representativo |
| Mecanizabilidad | Las fases duras pueden dificultar el mecanizado | También puede ser difícil dependiendo de la fracción de carburo | Subsidio para herramientas y mecanizado |
| Saldado y soldadura | La composición debe tener en cuenta la dilución y el craqueo. | El mismo requisito; Mo no elimina el riesgo de soldadura | Calificación del procedimiento y química de metales depositados |
| Costo y disponibilidad | El tungsteno puede generar una mayor exposición a la materia prima | El precio del molibdeno también varía | Revisión actual de las cotizaciones y de la cadena de suministro |
Estas son tendencias de ingeniería, no clasificaciones garantizadas.
Un estudio de 2020 encontró un comportamiento de fricción y desgaste diferente entre las aleaciones CoCrW y CoCrMo producidas en polvo a temperatura ambiente de 1000 °C.Un estudio separado de aleaciones dentales específicas de Co-Cr-Mo y Co-Cr-W-Mo encontró que el material Co-Cr-Mo probado tenía una mejor resistencia al desgaste en sus condiciones particulares.
Por el contrario, las investigaciones sobre depósitos de alambre de soldadura CoCrMo y CoCrW en un sustrato de superaleación informaron diferencias dependientes de la condición en la fatiga y el desgaste a altas temperaturas.
Estos resultados refuerzan un principio central: las clasificaciones de rendimiento dependen de la composición exacta, la vía de fabricación, la microestructura y el método de ensayo.
Las fuentes: Estudio de aleación de matriz CoCr, Estudio de precipitación Co-Cr-Mo y Co-Cr-W-Mo y Depósitos de soldadura CoCrMo vs. CoCrW.
El tungsteno y el molibdeno no pueden evaluarse sin carbono.
El carbono controla la cantidad potencial de formación de carburo. Una aleación baja en carbono puede depender más del fortalecimiento de la solución sólida y el comportamiento de la matriz.Una aleación con mayor contenido de carburo puede contener una mayor fracción de carburo y una mayor dureza, pero una ductilidad reducida.
| Tendencia del nivel de carbono | Dirección microstructural esperada | Ventajas potenciales | Riesgo potencial |
|---|---|---|---|
| Bajo contenido de carbono | Fracción de carburo más baja; matriz más continua | Mejora de la ductilidad y de la respuesta al choque térmico | Resistencia reducida a la abrasión severa |
| Carbono intermedio | Matriz equilibrada y población de carburo | Combinación de resistencia a la irritación y al desgaste | Requiere fundición controlada y tratamiento térmico |
| Carbono más alto | Mayor potencial de formación de carburo | Más dureza y resistencia al desgaste del abrasivo | Fragilidad, redes de carburo y agrietamiento |
| Carbono local muy alto debido a la segregación | Regiones no uniformes ricas en carburo | Ninguna ventaja de ingeniería fiable | Pistas de grietas locales y mecanizado inconsistente |
El contenido correcto de carbono depende del componente y del mecanismo de falla.
Un asiento de válvula expuesto al desgaste del adhesivo, la corrosión y el contacto de sellado no requiere el mismo equilibrio de matriz-carburo que una capa de superficie dura expuesta a la abrasión mineral.
El término "aleación de cobalto de tungsteno" puede crear confusión.
Una aleación Co-Cr-W fundida o depositada contiene cobalto como la matriz principal con cromo, tungsteno, carbono y otras adiciones.
El carburo cementado WC-Co es un sistema de material diferente, que consiste principalmente en partículas de carburo de tungsteno unidas por una menor cantidad de cobalto.Se produce generalmente por procesos de metalurgia en polvo y sinterización..
| Sistema de materiales | Fase dura principal | Enlace principal o matriz | Ruta de producción típica |
|---|---|---|---|
| Las demás aleaciones | Carburos que contienen cromo y tungsteno | Matriz metálica rica en cobalto | Fundición, endurecimiento, consolidación de polvo |
| Cloruro de potasio y sus derivados | Carburos que contienen cromo y molibdeno | Matriz metálica rica en cobalto | Fundición, transformación por forja, en polvo o en deposición |
| Carburo cementado de WC-Co | Carburo de tungsteno | Aglutinante de cobalto | Presión en polvo y sinterización en fase líquida |
| Coaleación con partículas de WC añadidas | Las partículas de carburo de tungsteno introducidas | Matriz de aleación de cobalto | PTA, revestimiento láser, HVOF u otra vía de deposición |
Los materiales difieren en composición, fracción de fase, procesamiento, dureza, reparabilidad y costo.
La fundición crea una estructura de solidificación dendrítica. El tungsteno, el molibdeno, el cromo y el carbono pueden separarse entre los núcleos de dendritas y las regiones interdendríticas.
Los controles de fundición importantes incluyen:
Los grandes cambios de sección pueden crear diferentes tasas de enfriamiento y morfologías de carburo dentro de un componente.
Las rutas de la pólvora pueden proporcionar:
No se debe asumir un resultado obtenido de una muestra de investigación de metalurgia en polvo para una fundición convencional.
La cara dura introduce variables adicionales:
AWS A5.21/A5.21M cubre la clasificación de electrodos y varillas desnudos para superficies.La clasificación de los metales de relleno describe la química depositada consumible o no diluida; no garantiza por sí sola la composición química de la capa diluida final.
Fuente: AWS A5.21/A5.21M:2024.
Se puede utilizar un polvo de aleación de cobalto para diferentes procesos de deposición, pero el tamaño de las partículas, la morfología y la química deben coincidir con el equipo.
El recubrimiento final depende de:
Un polvo adecuado para un proceso no debe utilizarse automáticamente en otro.
Para el deslizamiento de metal a metal, pregunte:
Una aleación Co-Cr-W puede ser atractiva por su dureza al calor y su resistencia a la irritación, pero la selección final debe incluir el acabado de la superficie y la compatibilidad de la contrafaz.
En el caso de la abrasión por minerales o partículas, registrar:
Una aleación de cobalto con alto contenido de carburo puede resistir la abrasión, pero puede volverse vulnerable si la población de carburo es demasiado gruesa o mal soportada.
El desgaste por corrosión no puede predecirse mediante una prueba de dureza en seco.
Proporcionar:
El molibdeno puede ser útil en algunos ambientes corrosivos, pero las pruebas de laboratorio deben reproducir el fluido real donde las consecuencias de la falla son significativas.
Para el servicio en caliente, incluye:
El alto contenido de tungsteno no elimina la oxidación, la fatiga térmica o el arrastramiento.
| Inspección | Objetivo | Una limitación importante |
|---|---|---|
| Espectroscopia de emisión óptica | Mide la química de las principales aleaciones y muchos oligoelementos | La preparación y calibración de las muestras deberán adaptarse a las aleaciones de cobalto. |
| Análisis del carbono de combustión | Proporciona una medición fiable del carbono | El carbono no debe deducirse de XRF |
| Fluorescencia de rayos X | Útil para la identificación de Co, Cr, W y Mo | Generalmente inadecuado para la medición precisa del carbono |
| Pruebas de dureza | Confirma la respuesta mecánica local | No define la morfología o dureza del carburo |
| Metallografía | Evalúa las dendritas, los carburos, la porosidad y la distribución de fases | La ubicación de muestreo debe representar el componente |
| Inspección del líquido penetrante | Detecta discontinuidades que rompen la superficie | No revela defectos internos |
| Radiografía o UT cualificada | Evalúa las discontinuidades internas seleccionadas | La geometría y la estructura gruesa pueden afectar la sensibilidad |
| Inspección dimensional | Confirma el ajuste, la geometría de sellado y el mecanizado | No verifica la metalurgia |
| PMI | Ayuda a prevenir la mezcla de aleaciones | El método debe identificar las diferencias W/Mo y no puede sustituir a la química de laboratorio completa. |
El plan de inspección debe definir los lugares de ensayo y los criterios de aceptación antes de la producción.
Proporcionar:
Evite solicitar "la aleación de tungsteno más alta" o "la dureza máxima" sin datos de funcionamiento.
Para los componentes de aleación de cobalto fundido, véase:
Para las superficies de desgaste depositadas, véase:
Para más información, lea:
En estas páginas se describen los diferentes productos y procesos. La aleación y el proceso deben confirmarse a partir del dibujo del cliente, el estado de servicio y los requisitos de aceptación.
Este artículo proporciona una guía general para la selección de materiales, pero no establece que el Co-Cr-W o el Co-Cr-Mo sea universalmente superior.
La selección final del material sigue siendo responsabilidad del propietario del equipo, el ingeniero responsable, el comprador y el fabricante según una especificación acordada.
La fundición, molienda, mecanizado, pulverización térmica y soldadura de materiales que contienen cobalto pueden generar polvo o humos que contienen cobalto.la ingestión y el contacto con la piel o los ojos como vías de exposición al polvo y los humos del metal cobalto y enumera el sistema respiratorio y la piel entre los órganos diana.
Utilice una evaluación documentada de la higiene industrial, un recinto de proceso o una ventilación local de gases de escape, un equipo de limpieza adecuado y un equipo de protección individual específico para la tarea.La selección del respirador debe basarse en la exposición medida y en un programa de protección respiratoria aplicable..
Fuentes: Guía de bolsillo de NIOSH Polvo y humos de metal de cobalto y ventilación local de escape para soldadura de NIOSH.
No. El tungsteno puede soportar dureza en caliente y resistencia a la matriz, pero la oxidación, la morfología del carburo, la fatiga térmica y la ruta de fabricación también controlan el rendimiento.
No. El molibdeno puede beneficiar la pasividad en algunos ambientes, pero el contenido de cromo, la química de los fluidos, la temperatura y la eliminación mecánica de películas siguen siendo importantes.Prueba del medio de proceso real cuando el riesgo de corrosión sea significativo.
No, tienen diferentes masas atómicas, comportamiento del carburo, efectos de partición y procesamiento.
El desgaste también depende del soporte del carburo, la dureza, el modo de fricción, la temperatura, la corrosión y el material de la contracarga.
La XRF puede ayudar a identificar el cobalto, el cromo, el tungsteno y el molibdeno, pero generalmente no puede proporcionar el resultado de carbono necesario para el control del carburo.
No. Las piezas fundidas se solidifican como componentes completos. Los depósitos de cara dura se ven afectados por la dilución, el grosor de la capa, el enfriamiento y el metal base.
Siempre que sea posible, especifique una clasificación genérica reconocida o un plan de química y aceptación acordado.
El dibujo define la geometría, pero también son necesarios los datos de servicio. Proporcione información sobre el mecanismo de desgaste, la temperatura, el medio, la carga, la contracarga y la falla actual.
Tanto el tungsteno como el molibdeno son valiosas adiciones a las aleaciones de cobalto y cromo, pero resuelven diferentes problemas metalúrgicos.
El tungsteno puede contribuir a un fuerte refuerzo de la solución sólida, dureza en caliente y fases duras que contienen tungsteno. También puede aumentar la densidad, la sensibilidad de segregación y la dificultad de mecanizado.
El molibdeno puede fortalecer la matriz rica en cobalto, participar en la formación de carburo y apoyar el comportamiento de corrosión en ciertos ambientes.tratamiento térmico y vía de fabricación.
La pregunta correcta no es:
¿Es el tungsteno mejor que el molibdeno?"
Es:
¿Qué combinación de química de la matriz, estructura del carburo y proceso de fabricación aborda mejor las condiciones de desgaste, corrosión y temperatura documentadas?"
Envíe dibujos, química actual, fotografías de piezas fallidas y datos de funcionamiento a través delPágina de contacto de EB Castingso por correo electrónicoCast@ebcastings.com.
Todos los requisitos de aleación, proceso e inspección deben confirmarse antes de la cotización y la fabricación.
Explore las consultas de componentes basadas en dibujos relacionadas con este material o discusión de accesorios.
Las aleaciones de cobalto y cromo se utilizan cuando los aceros comunes luchan contra el desgaste adhesivo, la corrosión, la temperatura elevada o una combinación de estos mecanismos.Las aplicaciones industriales típicas incluyen bolas y asientos de válvulas, bujes, componentes de trabajo en caliente, piezas de extrusión, depósitos de superficie dura y superficies de desgaste localizadas.
Sin embargo, "aleación de cobalto-cromo" no es una especificación completa del material.
La adición de tungsteno, molibdeno, carbono, níquel, silicio y hierro puede cambiar sustancialmente la microestructura y el comportamiento de servicio de la aleación.Un componente fundido Co-Cr-W, una pieza de metalurgia en polvo de Co-Cr-Mo y un depósito de cobaltado soldado no deben comportarse de manera idéntica, incluso cuando sus análisis químicos parecen similares.
Una de las cuestiones más importantes en la selección de materiales es si el tungsteno o el molibdeno deben proporcionar el principal efecto de refuerzo suplementario.
Ambos elementos pueden fortalecer una matriz rica en cobalto y participar en la formación de carburo.
Este artículo explica:
Las aleaciones de cobalto resistentes al desgaste industrial contienen comúnmente una matriz rica en cobalto y fases duras dispersas.
El cobalto proporciona la matriz base. El cromo es resistente a la corrosión y la oxidación y también participa en la formación de carburo. El carbono controla la cantidad y el tipo de carburo que se puede formar.El tungsteno o el molibdeno pueden reforzar la matriz, alterar la química del carburo e influir en el comportamiento a temperatura elevada.
La microestructura puede incluir:
ASM International hace hincapié en que la estructura, las propiedades y el comportamiento de desgaste de las aleaciones de cobalto dependen tanto de la composición química como de la vía de fabricación.Saldados como revestimiento o consolidados mediante procesos de metalurgia de polvo.
Fuente: ASM·Fricción y desgaste de las aleaciones a base de cobalto.
El tungsteno es un elemento refractario pesado con un alto punto de fusión.puede contribuir a través del fortalecimiento de la solución sólida y la participación en la formación de carburo duro o fase compleja.
Los átomos de tungsteno son mucho más grandes y pesados que los átomos de cobalto.La diferencia en el tamaño atómico crea una tensión de la red que dificulta el movimiento de dislocación.
Esto puede apoyar:
El efecto útil depende de la cantidad de tungsteno que permanece en la solución en lugar de concentrarse en carburos o regiones segregadas.
Cuando hay suficiente carbono disponible, el tungsteno puede participar en la formación de carburo.Carburos ricos en tungsteno o carburos complejos de metales mixtos.
Los carburos duros pueden mejorar la resistencia al desgaste al resistir:
Sin embargo, los carburos deben estar adecuadamente apoyados por la matriz. Una fracción alta de carburo en una matriz débil o altamente segregada puede conducir a la grieta y la extracción de carburo.
El tungsteno tiene una baja difusividad y puede contribuir a la resistencia a altas temperaturas y la estabilidad estructural.aplicaciones de corte en caliente y válvulas o selladores de alta temperatura.
El resultado aún debe ser validado a la temperatura real.La expansión térmica y el estrés de contacto pueden dominar el rendimiento incluso cuando la dureza a temperatura ambiente es alta.
El tungsteno es considerablemente más denso que el molibdeno. Por lo tanto, las adiciones altas de tungsteno pueden aumentar la densidad del componente o de la capa depositada.
El tungsteno también puede aumentar:
Un porcentaje nominal de tungsteno no es una prueba suficiente de que el elemento se distribuya uniformemente a través de una fundición grande.
El molibdeno es también un elemento de aleación refractario. Puede fortalecer la matriz de cobalto, participar en la formación de carburo e influir en el comportamiento de corrosión.
El molibdeno disuelto en la matriz rica en cobalto puede impedir el movimiento de dislocación y mejorar la resistencia de la matriz.
La investigación que compara las aleaciones CoCrNi, CoCrW y CoCrMo de la metalurgia en polvo encontró que el níquel, el tungsteno y el molibdeno producen diferentes equilibrios de fase, valores de dureza y respuestas de desgaste a altas temperaturas.El estudio también encontró que el coeficiente de fricción no predijo directamente la tasa de desgaste.
Debido a que las muestras se produjeron por metalurgia en polvo en composiciones y condiciones de ensayo específicas, la clasificación no debe transferirse directamente a las piezas fundidas en arena o depósitos soldados.
Fuente: Efecto del Ni, W y Mo en las aleaciones de matriz CoCr.
El molibdeno puede entrar en carburos complejos y modificar su distribución, morfología y estabilidad.
El molibdeno no crea resistencia al desgaste de forma independiente.
El cromo es normalmente el principal elemento pasivador en las aleaciones de cobalto y cromo.El molibdeno puede modificar el comportamiento de la película pasiva y puede mejorar la resistencia en algunos entornos que contienen cloruro o reducen.
Un estudio de Co-30Cr-6Mo en una solución que contiene cloruro y bicarbonato encontró que el cromo y el molibdeno suprimieron la disolución del cobalto y produjeron un comportamiento pasivo similar al cromo.
El estudio utilizó una solución fisiológica simulada, no un proceso industrial de estiércol o ácido.Es posible que aún sea necesario realizar ensayos reales de fluidos de proceso.
Fuente: Conducta de pasivación y corrosión del cobalto y de la aleación Co-Cr-Mo.
Algunos sistemas Co-Cr-Mo pueden proporcionar un equilibrio favorable entre la resistencia de la matriz, la ductilidad y el soporte de carburo.
Sin embargo, el Co-Cr-Mo no es automáticamente más resistente que todas las aleaciones Co-Cr-W. El carbono, los defectos de fundición, el tratamiento térmico, el grosor de la sección y la temperatura de prueba pueden revertir una clasificación aparente.
| Factor de selección | Tendencia de la co-Cr-W | Tendencia de la Co-Cr-Mo | Se necesitan calificaciones |
|---|---|---|---|
| Dureza en caliente | A menudo una buena razón de diseño para usar W | También puede funcionar a temperatura elevada | Pruebas de dureza en caliente o de desgaste a temperatura real |
| Desgaste y irritación de los adhesivos | Frecuentemente considerado para el contacto metálico-metálico grave | También puede resistir el acidez dependiendo del carbono y la matriz. | Par de contacto, carga, velocidad y lubricación |
| Desgaste abrasivo | Las fases duras con W pueden contribuir | Los carburos que contienen Mo y la resistencia de la matriz pueden contribuir | Tipo, tamaño, carga y impacto del abrasivo |
| Corrosión | El cromo sigue siendo el principal elemento pasivante | El Mo puede beneficiar a algunos ambientes de cloruro o reducción | Ensayos de corrosión o tribocorrosión en fluidos de proceso |
| Densidad | Más alto cuando se añade W sustancial | Densidad de adición inferior al contenido equivalente de W | Revisión del peso de los componentes y de la masa giratoria |
| Segregación del moldeado | Las adiciones pesadas de W requieren un control estricto | Mo también segrega pero de manera diferente | Cartografía química y muestreo representativo |
| Mecanizabilidad | Las fases duras pueden dificultar el mecanizado | También puede ser difícil dependiendo de la fracción de carburo | Subsidio para herramientas y mecanizado |
| Saldado y soldadura | La composición debe tener en cuenta la dilución y el craqueo. | El mismo requisito; Mo no elimina el riesgo de soldadura | Calificación del procedimiento y química de metales depositados |
| Costo y disponibilidad | El tungsteno puede generar una mayor exposición a la materia prima | El precio del molibdeno también varía | Revisión actual de las cotizaciones y de la cadena de suministro |
Estas son tendencias de ingeniería, no clasificaciones garantizadas.
Un estudio de 2020 encontró un comportamiento de fricción y desgaste diferente entre las aleaciones CoCrW y CoCrMo producidas en polvo a temperatura ambiente de 1000 °C.Un estudio separado de aleaciones dentales específicas de Co-Cr-Mo y Co-Cr-W-Mo encontró que el material Co-Cr-Mo probado tenía una mejor resistencia al desgaste en sus condiciones particulares.
Por el contrario, las investigaciones sobre depósitos de alambre de soldadura CoCrMo y CoCrW en un sustrato de superaleación informaron diferencias dependientes de la condición en la fatiga y el desgaste a altas temperaturas.
Estos resultados refuerzan un principio central: las clasificaciones de rendimiento dependen de la composición exacta, la vía de fabricación, la microestructura y el método de ensayo.
Las fuentes: Estudio de aleación de matriz CoCr, Estudio de precipitación Co-Cr-Mo y Co-Cr-W-Mo y Depósitos de soldadura CoCrMo vs. CoCrW.
El tungsteno y el molibdeno no pueden evaluarse sin carbono.
El carbono controla la cantidad potencial de formación de carburo. Una aleación baja en carbono puede depender más del fortalecimiento de la solución sólida y el comportamiento de la matriz.Una aleación con mayor contenido de carburo puede contener una mayor fracción de carburo y una mayor dureza, pero una ductilidad reducida.
| Tendencia del nivel de carbono | Dirección microstructural esperada | Ventajas potenciales | Riesgo potencial |
|---|---|---|---|
| Bajo contenido de carbono | Fracción de carburo más baja; matriz más continua | Mejora de la ductilidad y de la respuesta al choque térmico | Resistencia reducida a la abrasión severa |
| Carbono intermedio | Matriz equilibrada y población de carburo | Combinación de resistencia a la irritación y al desgaste | Requiere fundición controlada y tratamiento térmico |
| Carbono más alto | Mayor potencial de formación de carburo | Más dureza y resistencia al desgaste del abrasivo | Fragilidad, redes de carburo y agrietamiento |
| Carbono local muy alto debido a la segregación | Regiones no uniformes ricas en carburo | Ninguna ventaja de ingeniería fiable | Pistas de grietas locales y mecanizado inconsistente |
El contenido correcto de carbono depende del componente y del mecanismo de falla.
Un asiento de válvula expuesto al desgaste del adhesivo, la corrosión y el contacto de sellado no requiere el mismo equilibrio de matriz-carburo que una capa de superficie dura expuesta a la abrasión mineral.
El término "aleación de cobalto de tungsteno" puede crear confusión.
Una aleación Co-Cr-W fundida o depositada contiene cobalto como la matriz principal con cromo, tungsteno, carbono y otras adiciones.
El carburo cementado WC-Co es un sistema de material diferente, que consiste principalmente en partículas de carburo de tungsteno unidas por una menor cantidad de cobalto.Se produce generalmente por procesos de metalurgia en polvo y sinterización..
| Sistema de materiales | Fase dura principal | Enlace principal o matriz | Ruta de producción típica |
|---|---|---|---|
| Las demás aleaciones | Carburos que contienen cromo y tungsteno | Matriz metálica rica en cobalto | Fundición, endurecimiento, consolidación de polvo |
| Cloruro de potasio y sus derivados | Carburos que contienen cromo y molibdeno | Matriz metálica rica en cobalto | Fundición, transformación por forja, en polvo o en deposición |
| Carburo cementado de WC-Co | Carburo de tungsteno | Aglutinante de cobalto | Presión en polvo y sinterización en fase líquida |
| Coaleación con partículas de WC añadidas | Las partículas de carburo de tungsteno introducidas | Matriz de aleación de cobalto | PTA, revestimiento láser, HVOF u otra vía de deposición |
Los materiales difieren en composición, fracción de fase, procesamiento, dureza, reparabilidad y costo.
La fundición crea una estructura de solidificación dendrítica. El tungsteno, el molibdeno, el cromo y el carbono pueden separarse entre los núcleos de dendritas y las regiones interdendríticas.
Los controles de fundición importantes incluyen:
Los grandes cambios de sección pueden crear diferentes tasas de enfriamiento y morfologías de carburo dentro de un componente.
Las rutas de la pólvora pueden proporcionar:
No se debe asumir un resultado obtenido de una muestra de investigación de metalurgia en polvo para una fundición convencional.
La cara dura introduce variables adicionales:
AWS A5.21/A5.21M cubre la clasificación de electrodos y varillas desnudos para superficies.La clasificación de los metales de relleno describe la química depositada consumible o no diluida; no garantiza por sí sola la composición química de la capa diluida final.
Fuente: AWS A5.21/A5.21M:2024.
Se puede utilizar un polvo de aleación de cobalto para diferentes procesos de deposición, pero el tamaño de las partículas, la morfología y la química deben coincidir con el equipo.
El recubrimiento final depende de:
Un polvo adecuado para un proceso no debe utilizarse automáticamente en otro.
Para el deslizamiento de metal a metal, pregunte:
Una aleación Co-Cr-W puede ser atractiva por su dureza al calor y su resistencia a la irritación, pero la selección final debe incluir el acabado de la superficie y la compatibilidad de la contrafaz.
En el caso de la abrasión por minerales o partículas, registrar:
Una aleación de cobalto con alto contenido de carburo puede resistir la abrasión, pero puede volverse vulnerable si la población de carburo es demasiado gruesa o mal soportada.
El desgaste por corrosión no puede predecirse mediante una prueba de dureza en seco.
Proporcionar:
El molibdeno puede ser útil en algunos ambientes corrosivos, pero las pruebas de laboratorio deben reproducir el fluido real donde las consecuencias de la falla son significativas.
Para el servicio en caliente, incluye:
El alto contenido de tungsteno no elimina la oxidación, la fatiga térmica o el arrastramiento.
| Inspección | Objetivo | Una limitación importante |
|---|---|---|
| Espectroscopia de emisión óptica | Mide la química de las principales aleaciones y muchos oligoelementos | La preparación y calibración de las muestras deberán adaptarse a las aleaciones de cobalto. |
| Análisis del carbono de combustión | Proporciona una medición fiable del carbono | El carbono no debe deducirse de XRF |
| Fluorescencia de rayos X | Útil para la identificación de Co, Cr, W y Mo | Generalmente inadecuado para la medición precisa del carbono |
| Pruebas de dureza | Confirma la respuesta mecánica local | No define la morfología o dureza del carburo |
| Metallografía | Evalúa las dendritas, los carburos, la porosidad y la distribución de fases | La ubicación de muestreo debe representar el componente |
| Inspección del líquido penetrante | Detecta discontinuidades que rompen la superficie | No revela defectos internos |
| Radiografía o UT cualificada | Evalúa las discontinuidades internas seleccionadas | La geometría y la estructura gruesa pueden afectar la sensibilidad |
| Inspección dimensional | Confirma el ajuste, la geometría de sellado y el mecanizado | No verifica la metalurgia |
| PMI | Ayuda a prevenir la mezcla de aleaciones | El método debe identificar las diferencias W/Mo y no puede sustituir a la química de laboratorio completa. |
El plan de inspección debe definir los lugares de ensayo y los criterios de aceptación antes de la producción.
Proporcionar:
Evite solicitar "la aleación de tungsteno más alta" o "la dureza máxima" sin datos de funcionamiento.
Para los componentes de aleación de cobalto fundido, véase:
Para las superficies de desgaste depositadas, véase:
Para más información, lea:
En estas páginas se describen los diferentes productos y procesos. La aleación y el proceso deben confirmarse a partir del dibujo del cliente, el estado de servicio y los requisitos de aceptación.
Este artículo proporciona una guía general para la selección de materiales, pero no establece que el Co-Cr-W o el Co-Cr-Mo sea universalmente superior.
La selección final del material sigue siendo responsabilidad del propietario del equipo, el ingeniero responsable, el comprador y el fabricante según una especificación acordada.
La fundición, molienda, mecanizado, pulverización térmica y soldadura de materiales que contienen cobalto pueden generar polvo o humos que contienen cobalto.la ingestión y el contacto con la piel o los ojos como vías de exposición al polvo y los humos del metal cobalto y enumera el sistema respiratorio y la piel entre los órganos diana.
Utilice una evaluación documentada de la higiene industrial, un recinto de proceso o una ventilación local de gases de escape, un equipo de limpieza adecuado y un equipo de protección individual específico para la tarea.La selección del respirador debe basarse en la exposición medida y en un programa de protección respiratoria aplicable..
Fuentes: Guía de bolsillo de NIOSH Polvo y humos de metal de cobalto y ventilación local de escape para soldadura de NIOSH.
No. El tungsteno puede soportar dureza en caliente y resistencia a la matriz, pero la oxidación, la morfología del carburo, la fatiga térmica y la ruta de fabricación también controlan el rendimiento.
No. El molibdeno puede beneficiar la pasividad en algunos ambientes, pero el contenido de cromo, la química de los fluidos, la temperatura y la eliminación mecánica de películas siguen siendo importantes.Prueba del medio de proceso real cuando el riesgo de corrosión sea significativo.
No, tienen diferentes masas atómicas, comportamiento del carburo, efectos de partición y procesamiento.
El desgaste también depende del soporte del carburo, la dureza, el modo de fricción, la temperatura, la corrosión y el material de la contracarga.
La XRF puede ayudar a identificar el cobalto, el cromo, el tungsteno y el molibdeno, pero generalmente no puede proporcionar el resultado de carbono necesario para el control del carburo.
No. Las piezas fundidas se solidifican como componentes completos. Los depósitos de cara dura se ven afectados por la dilución, el grosor de la capa, el enfriamiento y el metal base.
Siempre que sea posible, especifique una clasificación genérica reconocida o un plan de química y aceptación acordado.
El dibujo define la geometría, pero también son necesarios los datos de servicio. Proporcione información sobre el mecanismo de desgaste, la temperatura, el medio, la carga, la contracarga y la falla actual.
Tanto el tungsteno como el molibdeno son valiosas adiciones a las aleaciones de cobalto y cromo, pero resuelven diferentes problemas metalúrgicos.
El tungsteno puede contribuir a un fuerte refuerzo de la solución sólida, dureza en caliente y fases duras que contienen tungsteno. También puede aumentar la densidad, la sensibilidad de segregación y la dificultad de mecanizado.
El molibdeno puede fortalecer la matriz rica en cobalto, participar en la formación de carburo y apoyar el comportamiento de corrosión en ciertos ambientes.tratamiento térmico y vía de fabricación.
La pregunta correcta no es:
¿Es el tungsteno mejor que el molibdeno?"
Es:
¿Qué combinación de química de la matriz, estructura del carburo y proceso de fabricación aborda mejor las condiciones de desgaste, corrosión y temperatura documentadas?"
Envíe dibujos, química actual, fotografías de piezas fallidas y datos de funcionamiento a través delPágina de contacto de EB Castingso por correo electrónicoCast@ebcastings.com.
Todos los requisitos de aleación, proceso e inspección deben confirmarse antes de la cotización y la fabricación.
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