Elemento cobalto
Número atómico 27
Densidad , 20 ° C (68 ° F) 8.7 g / cm3
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Peso atómico 58.94
Punto de fusión 1492 ° C (2718 ° F)
Punto de ebullición 2900 ° C (5252 ° F)
GENERAL
El cobalto tiene pocos usos, pero altamente especializados, en aceros aleados. Su comportamiento es similar al del níquel, ya que forma una serie completa de soluciones sólidas con hierro a temperaturas elevadas y también es extremadamente soluble en ferrita. Es un potente fortalecedor de ferrita; Este sólido fortalecimiento de la solución persiste a temperaturas bastante altas y, por lo tanto, el cobalto se encuentra en varios grados de aceros para herramientas de alta velocidad, entre otros. Como el níquel, el cobalto es ferromagnético. Esto llevó a su uso en una serie de aceros magnéticos, así como en las aleaciones Alnico ampliamente utilizadas. El cobalto es un componente importante de los aceros de maraging de Ni al 18% y otros aceros de ultra alta resistencia y se agrega a un grado de acero inoxidable austenítico.
Alrededor de una cuarta parte del cobalto en los EE. UU. (Dependiendo de las condiciones del mercado) forma la base de una familia de superaleaciones y aleaciones resistentes a la corrosión y la abrasión. Hasta cierto punto, es intercambiable con níquel en este sentido. Debido a los altos estándares de limpieza impuestos a estas últimas aleaciones, muchas de ellas son producidas por fábricas de aleaciones especiales y acero inoxidable.
Aunque se sabe que existen grandes reservas en todo el mundo, el cobalto a menudo ha sido escaso, ocasionalmente hasta el punto de asignación. Los disturbios políticos en África y la interrupción laboral en la producción de níquel afiliada (ver Níquel) han sido los principales contribuyentes a la situación del suministro cíclico. Estados Unidos no es autosuficiente en cobalto.
FORMAS DISPONIBLES
El metal cobalto se suministra a los productores de aleaciones y acero en forma de briquetas, gránulos, cátodos electrolíticos rotos, rondelles, finos y polvos. La pureza generalmente depende de los medios de producción, pero los grados en el rango 98-99.9% de Co se venden más comúnmente. También está disponible un “óxido gris” de grado metalúrgico que analiza el 76% de Co.
Si bien no es estrictamente un agente de adición, la chatarra debe considerarse como una fuente cada vez más importante de cobalto. Desafortunadamente, la chatarra de superaleación a menudo contiene altas concentraciones de níquel y, por lo tanto, no es aceptable para la producción de acero para herramientas: sin embargo, los productores de acero de ultra alta resistencia y mareo pueden beneficiarse de esta fuente adicional, al igual que los proveedores de las superaleaciones.
PRÁCTICA DE ADICION
El comportamiento metalúrgico del cobalto es similar al de su elemento hermano, el níquel, y puede tratarse de manera muy similar en la producción de acero y aleaciones. El óxido de cobalto se reduce fácilmente en todos los baños de acero, excepto en los más oxidantes, y puede agregarse al horno eléctrico o al AOD (ver Níquel). Sin embargo, la práctica más común en la producción de acero para herramientas y aleaciones es fundir una carga de chatarra alta, ajustando los valores finales de cobalto con metal virgen.
Muchas aleaciones que contienen cobalto están sujetas a requisitos de calidad y limpieza extremadamente altos, y los procesos metalúrgicos apropiados se utilizan en consecuencia. La fusión por inducción de aleaciones magnéticas y algunas superaleaciones se practica comúnmente. La fusión al vacío no es necesaria para las aleaciones de cobalto (porque la afinidad del cobalto por el oxígeno es baja), pero puede ser necesaria en casos en los que también hay otros elementos o gases fácilmente oxidables. Además, los productos como las aleaciones de implantes quirúrgicos y ciertos materiales aeroespaciales requieren práctica de vacío por razones de calidad superficial o solidez interna.
RODAR / FORJAR
Las superaleaciones a base de cobalto y las aleaciones magnéticas que contienen cobalto, como la serie Alnico, son muy difíciles de trabajar en caliente y están sujetas a grietas a altas temperaturas. Como resultado, normalmente se lanzan a dimensiones casi terminadas. Los aceros para herramientas de alta velocidad que contienen cobalto se tratan de la misma manera que las aleaciones sin cobalto (ver Molibdeno). Mientras que la composición compleja de estos materiales altamente aleados los hace muy susceptibles a la segregación, normalmente requieren grandes cantidades de reducción en caliente para romper las estructuras de lingotes. Sin embargo, el desarrollo de procesos de polvo en combinación con técnicas de prensado isostático en caliente (proceso HIP) ha eludido muchos de estos problemas.
TRATAMIENTO DE CALOR
El cobalto es único entre los componentes de aleación en el acero, ya que es el único elemento que disminuye la templabilidad del acero al acelerar la descomposición de la austenita. Nunca se utiliza en los aceros tratables térmicamente AISI / SAE estándar. Sin embargo, el cobalto es un componente de los aceros de ultra alta resistencia 9Ni-4Co, pero aquí, su presencia es superada, desde el punto de vista de la templabilidad, por los componentes de aleación restantes (ver Níquel).
El cobalto eleva la temperatura A3 en los aceros para herramientas, lo que requiere temperaturas de austenización algo más altas. Esto es beneficioso porque obliga a un mayor grado de disolución de los carburos complejos que contienen estos materiales. El cobalto forma un carburo del tipo Fe3C, pero este compuesto no contribuye al endurecimiento secundario.
APLICACIONES
Para disminuir el uso de tonelaje, las aplicaciones principales del cobalto son aleaciones no ferrosas (súper), imanes, aceros para herramientas de alta velocidad, aceros de aleación de alta resistencia, carburos cementados resistentes a la abrasión para herramientas de corte y aceros inoxidables.
Entre las aleaciones de alta temperatura a base de cobalto, la más antigua y mejor conocida (HS-21) contiene 62% de Co, 3% de Ni, 27% de Cr (para resistencia a la oxidación) y 5% de Mo. Otras superaleaciones a base de cobalto típicamente contendrán 1 -20% Ni, 0-6% Mo, 0-4% Cb, 10-28% Cr, más concentraciones variables de tungsteno, titanio, aluminio, hierro, vanadio y boro.
Las superaleaciones a base de cobalto generalmente se moldean hasta una forma casi final por cera perdida u otros procesos de precisión. Se prefieren para paletas de estator y diafragmas en turbinas de gas debido a su excelente resistencia al choque térmico y a la corrosión.
Los aceros magnéticos que contienen de 9 a 40% de Co se han utilizado para agujas de brújula, motores de histéresis e instrumentos eléctricos.
La adición de 5 a 35% de Co a los materiales magnéticos de Al-Ni-Fe dio lugar a la conocida serie de aleaciones Alnico. El cobalto hace que estas aleaciones frágiles sean algo más fáciles de tratar y aumenta en gran medida su fuerza coercitiva. Cabe señalar que el cobalto tiene la temperatura de Curie más alta (cambio de comportamiento ferromagnético a paramagnético) de cualquiera de los elementos ferromagnéticos. Esta propiedad se transfiere a las aleaciones magnéticas con cobalto y permite su uso, en algunos casos, a temperaturas superiores a 540 C (1000 F). Otras aleaciones magnéticas que contienen cobalto incluyen las aleaciones Remalloys (17-20% Mo, 12% Co, bal. Fe), que son similares a los aceros de imán de cobalto mencionados anteriormente, Vicalloys (10-13% V, 35-38% Fe, 52% Co) para instrumentación, y muchas composiciones ferrosas y no ferrosas.
Se agrega cobalto a los aceros de alta velocidad para mejorar la dureza en caliente. Se encuentra tanto en los grados de molibdeno (M33) como de tungsteno (T15).
Los aceros de alta velocidad con cobalto tienen una tendencia algo mayor a la descarburación y son más sensibles a la comprobación y al agrietamiento cuando se exponen a cambios bruscos de temperatura. También son algo más frágiles que los grados sin cobalto. Sin embargo, su excelente “dureza roja” les está ganando una creciente popularidad.
La adición de cobalto a los aceros para moldes de trabajo en frío (como en D3, con 3% de Co) aumenta la dureza y promueve una mayor resistencia al desgaste que los grados tales como D2, donde no se usa.
Del mismo modo, los aceros para moldes de trabajo en caliente pueden contener aproximadamente 0,5% de Co para una mejor resistencia al desgaste y una mayor dureza en caliente. El cromo tipo H19 contiene hasta 4.25% de Co por este motivo.
Los aceros deslumbrantes (ver níquel) contienen aproximadamente 8% de Co, y el 9Ni-4Co califica aproximadamente la mitad de esa cantidad. Estos aceros de aleación de ultra alta resistencia son comúnmente tratados térmicamente para obtener resistencias cercanas a 2070 MPa (300 ksi) y también tienen una excelente tenacidad. Su aplicación principal es en aeronaves y componentes aeroespaciales.
El único uso de cobalto en acero inoxidable se produce en el Tipo 348, que contiene el 0,20% del elemento.
Otros usos del cobalto incluyen los materiales de corte de carburo cementado, donde el cobalto actúa como aglutinante. Es ideal para este uso porque (1) es líquido a una temperatura lo suficientemente baja como para penetrar todos los intersticios entre las partículas de carburo, (2) disuelve el carburo de tungsteno y (3) lo humedece, formando fuertes enlaces metalúrgicos en la pieza de trabajo terminada . El cobalto también se usa en aleaciones de revestimiento duro, donde es más efectivo por encima de 650 C (1200 F) para retener la dureza y resistencia al desgaste por las cuales se conocen estas aleaciones. Los usos menores de las aleaciones con cobalto incluyen sellos de metal a cerámica y metal a vidrio, resortes de reloj, puntas de pluma y aleaciones médicas y dentales.
Debido a la capacidad del cobalto para absorber neutrones, se imponen restricciones severas a su concentración en aceros destinados a aplicaciones de energía atómica. Los niveles de 0.01 y 0.005% Co máximo e inferior son comúnmente listados por el NRC
Fuente: Manual en línea de ferroaleaciones y aditivos de aleación
