Рэзюмэ: Практычнае параўнанне Stellite 6 і Stellite 21, якое тлумачыць, як утрыманне вугляроду і вальфрам у параўнанні з малібдэнам вызначаюць кампраміс цвёрдасці і трываласці.
Stellite 6 і Stellite 21 - два зносастойкія сплавы на аснове кобальту, якія часцей за ўсё параўноўваюць адзін з адным. Звычайна па змаўчанні ўказваецца Stellite 6 кожны раз, калі ёсць нявызначанасць. Гэтая звычка мае разумную аснову: Stellite 6 мае доўгую гісторыю прымянення, добра задакументаваныя паводзіны і спелы вопыт апрацоўкі. Але ў дзвюх сітуацыях дэфолт можа ўнесці непатрэбную рызыку: калі дэталь адчувае хуткія цеплавыя цыклы або цеплавы ўдар, і калі дэталь мае тонкія сценкі або рэзкія змены сячэння.
Stellite 21 існуе ў асноўным для ліквідацыі абмежавання трываласці Stellite 6 у такіх умовах. Разуменне кампрамісу паміж імі больш карысна, чым запамінанне таго, які з іх «лепшы».
Адрозненні ў кампазіцыі выклікаюць раскол у выкананні
Разрыў у прадукцыйнасці паміж гэтымі сплавамі зводзіцца да двух варыянтаў кампазіцыі.
Змест вугляроду. Stellite 6 мае значна большы ўзровень вугляроду. У адпаведнасці са стандартам SAE AMS 5387, адліўкі Stellite 6 маюць намінальны склад 60Co-29Cr-4,5W, з вугляродам, як правіла, у дыяпазоне 0,9–1,4% для літых вырабаў. Больш вугляроду азначае больш выпадзення цвёрдага карбіду, што непасрэдна павышае цвёрдасць і зносаўстойлівасць. Stellite 21 мае значна меншы ўзровень вугляроду з намінальным складам C ~0,25%, Cr 25–30%, Mo 4,5–6,5%, Ni 1,5–3,5%, баланс Co. Ніжэйшы ўзровень вугляроду азначае меншую аб’ёмную долю карбіду і мікраструктуру, у якой дамінуе матрыца цвёрдага раствора кобальту.
Вальфрам супраць малібдэна. Stellite 6 выкарыстоўвае вальфрам (W) у якасці асноўнага ўзмацняльніка цвёрдага раствора; Stellite 21 замяняе большую частку гэтага вальфраму малібдэнам (Mo). Малібдэн мае прыкладна палову атамнай масы вальфраму, таму пры аднолькавым масавым адсотку ён уносіць прыкладна ўдвая больш атамаў. Малібдэн таксама мае больш моцнае сродства да вугляроду і, як правіла, спрыяе адукацыі карбіду. У Stellite 21, аднак, нізкі ўзровень вугляроду абмяжоўвае гэты эфект, і канчатковым вынікам з'яўляецца істотна меншае агульнае ўтрыманне карбіду, чым у Stellite 6.
Разам гэтыя дзве адрозненні ствараюць два розныя профілі прадукцыйнасці.
Stellite 6: шчыльнасць карбіду ў абмен на зносаўстойлівасць
Мікраструктура Stellite 6 складаецца з матрыцы цвёрдага раствора на аснове кобальту з адносна шчыльным размеркаваннем часціц цвёрдага карбіду. Гэтая структура добра працуе пры абразіўным зносе.
Куды пасуе. Тыповымі прымяненнямі Stellite 6 з'яўляюцца ўшчыльняльныя паверхні клапанаў, гільзы помпы, кампаненты для апрацоўкі шлама і дэталі, якія звычайна зношваюцца пры ўмераных уздзеяннях. Яе цвёрдасць звычайна знаходзіцца ў дыяпазоне Rockwell C 37–45, у залежнасці ад стану адліўкі і наступнай тэрмічнай апрацоўкі, чаго дастаткова для большасці праблем з абразіўным зносам. У акісляльных асяроддзях з высокай тэмпературай Stellite 6 таксама ўтварае ахоўны аксідны пласт, заснаваны ў асноўным на Cr₂O₃ і CoCr₂O₄, з меншай хуткасцю акіслення, чым Stellite 21.
Там, дзе паказваюцца межы. Шчыльнасць карбіду мае пабочны эфект: пры хуткім цеплавым цыкле або лакалізаваным цеплавым удары розніца ў цеплавым пашырэнні паміж карбідамі і матрыцай можа стаць месцам узнікнення расколін. Для тонкіх дэталяў больш высокае ўтрыманне вугляроду і карбіду таксама можа павялічыць рызыку парэпання падчас ліцця і апрацоўкі. Гэта не азначае, што Stellite 6 нельга выкарыстоўваць у гэтых сітуацыях, але калі тэрмічная стомленасць з'яўляецца дамінуючым спосабам адмовы, варта сур'ёзна разгледзець альтэрнатыву.
Stellite 21: меншае ўтрыманне карбіду ў абмен на трываласць і ўстойлівасць да цеплавой стомленасці
Stellite 21 прытрымліваецца іншай логікі дызайну. Яго нізкае ўтрыманне вугляроду і даданне малібдэна рэзка зніжаюць аб'ёмную долю карбіду, пакідаючы матрыцу цвёрдага раствора кобальту ў якасці фазы, якая забяспечвае механічныя характарыстыкі.
Прамое наступства: цвёрдасць пры пакаёвай тэмпературы і ўстойлівасць да чыстага абразіўнага зносу ніжэй, чым у Stellite 6, але трываласць, устойлівасць да тэрмічнага ўдару і ўстойлівасць да цеплавой стомленасці лепш. Як правіла, цвёрдасць у адліваным стане складае ад нізкага да сярэдняга HRC 30, што ніжэй, чым у Stellite 6 (дакладныя значэнні залежаць ад формы прадукту і ўмоў выпрабаванняў - перш чым указваць, правярайце дадзеныя пастаўшчыка). Яго перавагай з'яўляецца не зношванне абразіўных матэрыялаў, а захаванне структурнай цэласнасці пры тэмпературным цыкле.
Куды пасуе. Stellite 21 выкарыстоўваецца ў лопасцях газавых турбін, клапанах для гарачай апрацоўкі, высокатэмпературных крапежных дэталях і зварных накладках, якія павінны буферызаваць неадпаведнасць цеплавога пашырэння. Там, дзе Stellite 6 служыць верхнім пластом і патрабуецца прамежкавы пласт, Stellite 21 гістарычна выкарыстоўваўся ў якасці буфера для змякчэння розніцы цеплавога пашырэння паміж сталёвай падкладкай і верхнім пластом Stellite 6. Даследаванне сталёвых падкладак F91 з буфернымі пластамі Stellite 21, вытрыманых пры тэмпературы 550–650 °C на працягу да 8760 гадзін, выявіла значную страту ўдарнай вязкасці на мяжы F91/S21, таму буферныя пласты на аснове нікеля ўсё часцей аддаюць перавагу ў гэтым канкрэтным прымяненні. Гэта добра ілюструе пазіцыю сплаву: яго каштоўнасць заключаецца ў трываласці ў пэўных умовах, а не ў паўсюднай замене Stellite 6.
Абмежаванне, якое лёгка прапусціць. Stellite 21 мае адносна абмежаваную ўстойлівасць да эрозіі цвёрдымі часціцамі. Паколькі шчыльнасць карбіду нізкая, матрыца забяспечвае меншую абарону, калі вострыя часціцы трапляюць на хуткасць. Ва ўмовах эрозіі пад малым вуглом і моцнага абразіўнага зносу Stellite 21 звычайна не з'яўляецца лепшым выбарам.
Практычны шлях адбору
Наступны шлях заснаваны на эксплуатацыйных характарыстыках двух сплаваў. Ён можа служыць у якасці першапачатковага кіраўніцтва па праверцы, але не павінен замяняць інжынерную ацэнку канкрэтнага прымянення.
Схіляйцеся да Stellite 6, калі:
- Дамінуючым спосабам адмовы з'яўляецца абразіўны або адгезіўны знос, а цеплавыя цыклы не з'яўляюцца сур'ёзнай нагрузкай.
- Дэталь мае тоўсты перасек, і адчувальнасць да расколін падчас ліцця і механічнай апрацоўкі можна кантраляваць.
- Тэмпература эксплуатацыі высокая ў акісляльнай атмасферы, і ахоўны пласт аксіду з'яўляецца часткай канструкцыі.
- Прыкладанне мае ўсталяваную гісторыю Stellite 6 з дадзенымі аб збоях, на якія можна спасылацца.
Схіляйцеся да Stellite 21, калі:
- Дэталь падвяргаецца шматразоваму хуткаму награванню і астуджэнню, і расколіны ад цеплавой стомленасці з'яўляюцца вядомай рызыкай.
- Дэталь мае тонкія сценкі або рэзкія змены сячэння, і трываласць мае большае значэнне, чым грубая цвёрдасць.
- Пераходны пласт неабходны паміж сталёвай падкладкай і цвёрдай абліцоўкай для буферызацыі неадпаведнасці цеплавога пашырэння (але неабходна ацаніць доўгатэрміновую стабільнасць пры высокіх тэмпературах).
- Механізм зносу - гэта ў асноўным слізгаценне метал-метал або кавітацыя, а не эрозія цвёрдых часціц.
Калі ні тое, ні другое не падыходзіць: Калі прымяненне патрабуе як высокай устойлівасці да абразіўнага зносу, так і выдатнай устойлівасці да тэрмічнай стомленасці, Stellite 12 (больш вугляроду, больш высокая зносаўстойлівасць) або сямейства Tribaloy інтэрметалідных умацаваных сплаваў, магчыма, варта разгледзець, або тэрмакіраванне дэталі, магчыма, спатрэбіцца вырашыць на ўзроўні праектавання. Гэтыя напрамкі выходзяць за рамкі гэтага параўнання, але належаць да агляду выбару матэрыялу на ранняй стадыі.
Што трэба ўключыць у заяўку на прапанову
Які б сплаў ні быў абраны, пастаўшчыку ліцця і механічнай апрацоўкі звычайна патрабуецца наступнае, перш чым ён зможа даць значную цытату:
- Чарцяжы дэталяў з ключавымі памерамі і патрабаваннямі допуску.
- Умовы абслугоўвання: дыяпазон тэмператур, асяроддзе і тып нагрузкі (знос, удар, цеплавы цыкл).
- Чаканы тэрмін службы або вядомы рэжым адмовы, з гістарычнай часткай пры наяўнасці.
- Стандарт матэрыялу, напрыклад, ці павінна быць выканана AMS 5387 або іншая адпаведная спецыфікацыя.
- Колькасць, паколькі асобныя часткі, невялікія партыі і аб'ёмы вытворчасці прыводзяць да розных выбараў працэсаў.
Для адлівак са сплаваў на аснове кобальту таксама варта пацвердзіць, ці ёсць у пастаўшчыка ўласныя магчымасці ад ліцця да фінішнай апрацоўкі, таму што гэтыя сплавы прыкметна ўмацоўваюцца, а перадача паміж працэсамі ўплывае як на кошт, так і на час выканання.
