钴基合金和镍基合金的对比分析

钴基合金和镍基合金的对比

一、热稳定性

钴基高温合金被选择为航空材料的重要原因之一是其具有优良的热稳定性。钴基高温合金与镍基高温合金相比，具有更好的热稳定性。下面为一组典型的钴基高温合金与镍基高温合金在热稳定性能上的对比数据：

由数据可见，钴基合金具有更高的熔点和热导率，加热后热膨胀量较小。在热稳定性上具有优势。

二、强度

在常温下，GH605（钴基合金）与GH4169（镍基合金）力学性能见下表：

由此可见，在常温下GH605强度略低，但延伸率较大。GH4169的高强度带来了巨大的脆性，在有冲击的位置需谨慎使用。

在高温下，两种材料强度如下：

从高温强度来看650℃时，GH4169强度较高，但脆性也大，在有冲击的场合下使用容易发生断裂。当温度上升到900℃（某些发动机的工作温度）时，镍基高温合金已无法使用，而钴基高温合金仍然具有一定的强度。

三、刚度

所谓刚度即为材料抵抗变形的能力。通过一组数据来反映钴基高温合金与镍基高温合金的刚度上的差异。

从表格数据可看，镍基合金在各个温度区间刚度都低于钴基合金，且温度高于700℃，镍基合金已无法使用。

四、钴基高温合金具有良好的抗氧化性

钴基高温合金拥有非常好的抗高温氧化能力，下表为GH605棒料（棒料直径为6.35~12.7mm）在高温下的抗氧化性能指标。

可见钴基高温合金抵抗高温氧化的能力卓越，可以在1000℃左右的环境中连续使用。

五、钴基高温合金具有优良的耐腐蚀能力

GH605合金与GH3536等几种合金板材，在燃气速度为4m/s，燃烧空气中含5-6或5-5海盐、NO.2号燃油（含0.3%~0.45%硫），空气-油比例为30:1，试验中试样旋转，每隔1h试样从900℃用冷空气吹冷至260℃以下，如此在燃烧装置

中循环试验200h后的动态热腐蚀试验结果见下图：

单面金属损失成受损伤的金属/mm

其中，金属损失=受损伤的金属+最大氧化深度。图中GH3536、GH3625均为镍基合金，而GH605为钴基合金，由图可以看出，GH605的金属损失部分明显小于其他两种镍基合金。

六、工艺性对比

1、热处理

两种高温合金均需要进行热处理，均采用固溶处理+时效处理的热处理制度，热处理工艺复杂程度相同。

2、焊接性

两种高温合金都具有良好的焊接性，在刷封焊接时，热量容易积累导致变形，建议采用钴基材料，热导率高，热传导能力强，膨胀系数小，变形量小，焊接融合力度更好。

3、车削加工

都可以进行满意的车削加工。

两种高温合金都具备良好的工艺性。

综上所述，我司选用性能更加卓越的钴基高温合金作为材料，保证产品的使用效果和寿命。

钴基合金和镍基合金性能的对比

高温氧化

800℃，500h 氧化深度0.005mm

-

GH605在高温

下有良好的抗

氧化能力950℃，500h 氧化深度0.010mm

1000℃，500h 氧化深度0.025mm

1000℃，

10000h

氧化深度0.051mm

耐蚀性

GH3536，

GH3625，GH605

在含硫燃油燃

气中900℃腐

蚀200h试验

数据

钴基合金耐蚀

性优于镍基合

金

结论钴基合金使用存在以下优势：1、钴基材料硬度远低于汽轮机转子硬度，

产生接触时不会对转子造成损伤，安全性能高。2、钴基合金具有更高的熔点和热导率，加热后热膨胀量较小。在热稳定性上具有优势。3、在常温下钴基合金强度略低，但延伸率较大。镍基合金的高强度带来了巨大的脆性，在有冲击的位置需谨慎使用。4、钴基高温合金抵抗高温氧化的能力卓越，可以再1000℃左右的环境中连续使用，且钴基的耐腐蚀性要远优于镍基合金。

综上所述，结合国内汽轮机的实际运行条件，从安全行、材料性能等方面综合考虑汽轮机刷式密封改造时刷丝材料优选钴基合金。