[其他]抗玻璃腐蚀的高强度钴基合金

说明书

本发明涉及改进的钴基合金，更具体地说，它涉及适合于制造玻璃纤维成形离心器的钴基合金。本发明还涉及铸造这些合金而形成的铸件。

简而言之，本发明考虑的几种合金都是钴基合金，它们不含铪，但含有加大量的铱、钽、硼和锆;这些合金含铬量高，含硅量低，还含有钨、镍和碳。还可能含有不可避免的某些杂质。

在某些工业应用中需要具有高的断裂强度、高抗腐蚀性能和高的抗氧化性能的合金。玻璃纤维或矿物纤维工业就是属于这类应用，它是通过将诸如玻璃之类的矿物熔料穿过可高速旋转的成形室的孔壁（成形室即所谓离心器）生产纤丝。由于旋转离心器的离心作用使纤丝穿过壁上的成纤孔喷射出去。这种离心器的操作温度一般约1121.1℃（2050°F）、转速为2050转/分。从生产成本观点来看，转速尽可能地提高对提高穿过成纤孔的纤丝喷射速度是有利的。然而，由于合金的强度和抗腐蚀性能不高，高心器的高速旋转会导致其寿命降低。

此外，成本的进一步节约还可以通过使用低成本批料配方来实现，例如使用粘度高于一般用于生产玻璃绝热纤维（玻璃棉）的高粘度玻璃，但是，先有技术中的合金却没有达到必要的性能匹配（特别是必要的机械强度）以便在使用这种高粘度玻璃时所要求的高温下实现纤维化过程。因而很明显，先有技术合金的应力断裂性能肯定需要改进。

该领域所做的最典型的尝试是比利时Brevet901647和日本公开专利公报№60-52545（申请号№58-161560）。这两件专利都公开了含铪的钴基合金，它还可任选地含有铱。同样，还可能和美国专利№4，618，474有关。日本公开专利公报№61-12842（申请号59-131621）公开了含铪和铱的钴基合金。美国专利№3，549，356公开了含钴和铱但不含锆的钴基合金。美国专利№4，353，742概括地公开了合金的一种基质;示出的典型成分是铁、钴、镍、铬、钨、硅、锆、硼和铱。美国专利№3，881，918公开了一种硅含量高的超级钴基合金，它不含钽和硼，但含铱。美国专利№3，980，473公开了一种不含硼但硅和锆含量颇高的钴基合金，该合金也含有铱。美国专利№3，984，240公开了一种含铱的钴基合金，它不含硼和锆但有含量颇高的硅。美国专利№3，933，484和№4，497，771公开了在玻璃制造业中适用的不含铱的钴基合金。美国专利№3，366，478公开了可含碳、铬、镍、钽、和锆的钴基合金，列出的可选用元素还包括例如钨、铁、铌、钛、铪、硅和稀土金属。

研究上面提到的参考文献就能很好地了解本发明，它具有独特的性能匹配，包括优良的抗玻璃腐蚀性能，好的高温抗氧化性能和突出的应力断裂寿命，这在上述专利公报或申请书中都不曾提出。

因此，按照本发明提供了一种改良的钴基合金，它具有优良的强度和良好的抗热玻璃腐蚀性能以及抗高温氧化性能。该合金具有低的蠕变速率并且易于机加工。这些合金可以方便地用真空感应熔炼方法制得并用真空熔模铸造法生产优质离心器。这些合金实质上不含铪，但含有锆、硼和钽，以及含量颇高的铬和少量的硅。此处考虑的所有合金中同样都含有铱以及钨、镍和碳。

因而，按照本发明的一个特征，它可提供一种实质上不含铪的钴基合金，按重量百分比它含有以下成份：铬约30%至约40%;镍约5%至约15%;钨约4%至7%;钽约2%至5%;锆约0.1%至约0.4%;硅0.01%;碳约0.5%至约1%;硼约0.005%至约0.04%;铱约0.5%至约1.5%;余量为钴。最理想的组成应是：Cr约35%至约36%，Ni约10.7%至约11.3%，W约5.5%至约6.1%;Ta约2.2%至约2.8，锆约0.17%至约0.23%，Si约0.01至约0.13%，C约0.70%至约0.78%，B约0.008%至约0.012%，Y约0.6%至约0.9%，余量为CO。显然，合金还可能含有某些杂质。如果含有以下杂质，其含量最好限定在规定的重量百分比之内，即最好将这些杂质限制在规定的最大值以下;铝在0.2%以内;钛在0.2%以内;锰在0.01%以内，铁在1.0%以内;磷在约0.005%以内;钼在约0.10%以内;硫约在0.005%以内。以下杂质的含量最好限制在规定的最大值以下：铋约在0.5ppm以内;铅约在5ppm以内;硒约在5ppm以内，银约在50ppm。氮（N₂）的含量一般应限在约150ppm之内，氧（O₂）的含量约限在50ppm之内。