Aplicação de liga de cobalto em ambiente de temperatura ultrabaixa

Na área de engenharia de temperaturas ultrabaixas, os materiais dos acessórios de equipamentos devem apresentar estabilidade mecânica, resistência à fragilização e resistência à corrosão em temperaturas extremas. As ligas à base de cobalto apresentam excelente desempenho abrangente em ambientes de temperaturas ultrabaixas devido à sua composição e microestrutura únicas. Elas se tornaram materiais essenciais para peças de reposição nos setores aeroespacial, de GNL, de tecnologia supercondutora e outros.

Ligas de cobalto

As ligas de cobalto são baseadas em cobalto, com adição principalmente de cromo, tungstênio, carbono e outros elementos. A estrutura cristalina hexagonal compacta do cobalto apresenta excelente tenacidade em baixas temperaturas, e o denso Cr₂O₃O filme de óxido pode resistir eficazmente à corrosão. O tungstênio melhora a resistência da matriz através do reforço da solução sólida, enquanto o carbono forma carbonetos de alta dureza com cromo e tungstênio, que são distribuídos uniformemente na solução sólida à base de cobalto para formar uma estrutura de esqueleto rígido, que proporciona resistência ao desgaste e tenacidade. Essa estrutura de fase complexa o torna menos propenso à fragilização em temperaturas ultrabaixas e possui excelente resistência ao impacto.

A principal vantagem das ligas de cobalto em ambientes de temperatura ultrabaixa

As ligas de cobalto ainda podem manter alta resistência e plasticidade a -196 °C, e a tenacidade a baixas temperaturas de sua solução sólida à base de cobalto inibe efetivamente a propagação de trincas. Em contraste, o aço inoxidável comum é propenso à fragilização devido à transformação martensítica em temperaturas ultrabaixas. Ao mesmo tempo, a liga de cobalto evita a mudança de fase da estrutura cristalina por meio da otimização da composição e garante a estabilidade organizacional.

Em meios de temperatura ultrabaixa, como o GNL, a camada de revestimento superficial de liga de cobalto pode resistir ao ambiente corrosivo contendo Cl⁻. Por exemplo, uma válvula borboleta específica para GNL utiliza um corpo de válvula com revestimento de liga de cobalto, combinado com um processo de tratamento criogênico, de modo que a estrutura flutuante bidirecional do anel de vedação pode alcançar uma vedação radial balanceada, reduzindo significativamente o desgaste e prolongando a vida útil.

O carboneto de alta dureza da liga de cobalto resiste eficazmente ao desgaste abrasivo e erosivo em temperaturas ultrabaixas. Por exemplo, em camisas de bombas de GNL e anéis de vedação, a resistência ao desgaste da liga de cobalto aumenta sua vida útil de 3 a 5 vezes em comparação com materiais comuns. Além disso, sua resistência à fadiga permite suportar ciclos frequentes de temperatura.

Aplicação de liga de cobalto em campo de temperatura ultrabaixa

Equipamentos para Gás Natural Liquefeito (GNL)

Devido à sua baixa temperatura e resistência ao desgaste, a liga de cobalto tornou-se um material ideal para superfícies de vedação de válvulas, impulsores de bombas e mancais em componentes-chave de tanques de armazenamento de GNL, navios de transporte e dutos de transmissão. Após o tratamento criogênico, os componentes de vedação preparados atendem aos rigorosos requisitos de condições de trabalho em baixas temperaturas, reduzem significativamente o torque de abertura e fechamento do equipamento e prolongam a vida útil, garantindo efetivamente a operação segura e estável da cadeia da indústria de GNL.

Sistema de Propulsão Criogênica Espacial

A liga de cobalto desempenha um papel fundamental nas bombas de turbina, válvulas e componentes de tubulações de motores de foguete de hidrogênio líquido/oxigênio líquido. Diante do ambiente de temperatura extremamente baixa de -253°C, sua excelente resistência à cavitação e ao choque térmico garante que componentes essenciais, como pás e vedações da turbina, mantenham um desempenho confiável sob cargas alternadas de alta e baixa temperatura. Este tipo de liga possui resistência a altas temperaturas e tenacidade a baixas temperaturas, adaptando-se às complexas condições termomecânicas do sistema de propulsão.

Tecnologia Supercondutora e Engenharia Criogênica

As ligas de cobalto tornaram-se o material preferido para estruturas de suporte e componentes de conexão devido ao seu baixo coeficiente de expansão térmica no projeto estrutural de ímãs supercondutores e equipamentos de refrigeração criogênica. Essa característica as torna uma boa combinação térmica com materiais supercondutores, reduzindo efetivamente o impacto do estresse térmico em ambientes de baixa temperatura. Mesmo em condições de temperatura extremamente baixas de -269°C, suas propriedades mecânicas estáveis ​​ainda podem garantir a confiabilidade e a integridade da estrutura do equipamento.

Análise Comparativa de Propriedades de Materiais

Em comparação de desempenho, as ligas de cobalto apresentam excelente desempenho em dureza, tenacidade a baixas temperaturas, resistência à corrosão e resistência ao desgaste. Sua dureza à temperatura ambiente pode atingir 40–60HRC, significativamente superior à das ligas de titânio e do aço inoxidável.

Em relação à tenacidade em baixas temperaturas, as ligas de cobalto não apresentam fenômeno de fragilização a -196°C, as ligas de titânio podem manter uma certa plasticidade a -253°C, e o aço inoxidável comum é propenso a fratura frágil a -196°C.

As ligas de cobalto têm excelente resistência à corrosão por Cl⁻, as ligas de titânio têm boa resistência a meios oxidantes e o aço inoxidável precisa ser passivado para melhorar a resistência à corrosão.

Em relação à resistência ao desgaste, as ligas de cobalto têm excelente desempenho devido ao reforço de carboneto, as ligas de titânio têm resistência moderada ao desgaste e dependem de tratamento de superfície, e o aço inoxidável tem baixa resistência ao desgaste e é propenso a problemas de desgaste durante o uso.