Физические, механические и химические свойства кобальта
|
Свойство |
Значение |
|---|---|
|
Атомный номер |
27 |
|
Атомная масса, а.е.м |
58,93 |
|
Атомный диаметр, пм |
250 |
|
Плотность, г/см³ |
8,9 |
|
Удельная теплоемкость, Дж/(K·моль) |
0,456 |
|
Теплопроводность, Вт/(м·K) |
100 |
|
Температура плавления, °С |
1493 |
|
Температура кипения, °С |
2957 |
|
Теплота плавления, кДж/моль |
15,48 |
|
Теплота испарения, кДж/моль |
389,1 |
|
Молярный объем, см³/моль |
6,7 |
|
Группа металлов |
Тяжелый металл |
|
Ковалентный радиус: |
130 пм |
|
Радиус иона: |
(+6e) 62 (+4e) 70 пм |
|
Электроотрицательность (по Полингу): |
2,16 |
|
Электродный потенциал: |
0 |
|
Степени окисления: |
6, 5, 4, 3, 2 |
Влияние кобальта на свойства стали
Кобальт добавляют в разные типы сталей:
- твердые сплавы;
- быстрорежущую сталь;
- жаропрочные сплавы;
- инструментальные;
- нержавеющие;
- магнитные;
- термостойкие и т.д.
В качестве легирующего компонента металл добавляют при создании сверхтвердых сплавов, из которых производят наконечники сверл, резцов и фрез.
Кобальт также входит в состав особых сплавов, например, стеллита – из которого изготавливают металлорежущий инструмент и детали для станков. Стеллит относится к литым твердым сплавам, не содержит железа, зато содержит 40-50% кобальта, 13-35% хрома, 5-25% вольфрама и 1,5-3% углерода.
Если в сплав для легирования добавляют ванадий, вольфрам и хром, то кобальт почти полностью находится в твердом растворе, повышая прочность металла. Его присутствие повышает растворимость сложных высоколегированных карбидов, в результате:
- основа стали обогащается углеродом, ванадием, хромом и вольфрамом;
- возрастает эффект дисперсионного твердения;
- сталь способна сохранить твердость даже после отпуска (с температуры 560-580 градусов).
Также металл активно используют для создания кобальтовых покрытий металлорежущего инструмента. Наличие защитного покрытия повышает механические свойства и прочность резцов, сверл, ленточных полотен.
Что дает присутствие кобальта в стали
- Повышает твердость сплава.
- Увеличивает прочность стали.
- Повышает износостойкость сплава.
- Увеличивает жаропрочность стали, допускает закалку при более высоких температурах.
- Улучшает механические свойства.
- Повышает кислотоупорность.
- Возрастает стойкость к размагничиванию.
Виды кобальтовой стали
Выделяют быстрорежущую (HSS Co) и магнитную стали.
Кобальт входит состав твердых сплавов, которые применяют для создания быстрорежущего инструмента. Основной компонент твердого сплава (карбид титана или вольфрама) спекают с кобальтовым порошком.
Быстрорежущая сталь с добавлением кобальта закаливается при температуре, которая на 400-450 градусов превышает температуру критической точки Av. Повышенная температура требуется, что как можно более полно растворить избыточные карбиды и перевести как можно больше углерода, хрома, вольфрама и ванадия в твердый раствор. Закаливание повышает режущие свойства стали и устойчивость к механическим воздействиям.
Однако очень важно не допустить перегрева или охлаждения, которые приведут к снижению теплостойкости, ухудшению твердости и менее стабильной структуре стали.
Магнитная кобальтовая сталь применяется для производства постоянных магнитов. Среди хромистых, вольфрамовых и кобальтовых сталей именно вариант с кобальтом обладает лучшими магнитными свойствами.
Российские марки кобальтовой стали
- К0, К1А, К1Ау, К2. Различаются уровнем содержания Co: от 99,98% для К0 и до минимум 98,3 для К2. Сталь выпускают в виде полос, слитков, пластов и листов. При изготовлении используют рафинирование и электролиз.
- ПК-1у. Содержит минимум 99,35% кобальта, производится посредством электролиза в виде порошка.
Российские марки сталей с содержанием кобальта обычно имеют маркировку вида Р9К5. Расшифровка: Р – быстрорежущая сталь (от английского Rapid), цифра после Р отражает среднее содержание вольфрама в процентах от общей массы, К означает кобальт, а цифра после буквы К – процент содержания кобальта.
Иностранные марки быстрорежущих сталей маркируют HSS Co или HSSE.
