L'aliatge estel·lit és un terme general per a una sèrie d'aliatges de cobalt-crom que són resistents a altes temperatures, al desgast i a la corrosió. "Stellite" va ser originalment una patent del grup Deloro. El 2012, Kennametal va adquirir Deloro Stellite Group i es va convertir en una marca registrada de Kennametal, utilitzada per referir-se a aliatges específics a base de cobalt.
La composició química de l'aliatge Stellite:
L'aliatge d'estelits pertany a la família d'aliatges a base de cobalt i conté principalment els següents elements bàsics:
Cobalt (Co): un element de la matriu, que representa aproximadament el 50-65% del pes total, proporcionant una excel·lent resistència a alta temperatura i resistència a la fatiga tèrmica.
Crom (Cr): El seu contingut se situa habitualment entre el 25% i el 33%, i és la clau per formar una capa protectora densa d'òxid de crom (Cr₂O₃), dotant l'aliatge d'una resistència excepcional a l'oxidació i corrosió a alta temperatura.
Tungstè (W) i molibdè (Mo): els principals elements de reforç de la solució sòlida. Alguns tungstè o molibdè es combinaran amb el carboni per formar carburs durs, millorant significativament la duresa vermella i la resistència al desgast de l'aliatge.
Carboni (C): El contingut oscil·la entre el 0,1% i el 3,0%. El carboni és l'element central en la formació de carburs (com ara MC, M₂₃C₆, M₇C₃), que estan incrustats a la matriu de cobalt com barres d'acer, formant l'"esquelet" perquè l'aliatge resisteixi el desgast.
L'enfortiment de l'aliatge Stellite prové principalment de la matriu d'austenita reforçada per solució sòlida i dels carburs distribuïts a la matriu. Aquest mecanisme d'enfortiment únic permet que l'aliatge Stellite experimenti una disminució molt lenta de la força a mesura que augmenta la temperatura, dotant-lo d'una estabilitat tèrmica extremadament alta.
Els principals graus i característiques de l'aliatge Stellite:
Sèrie resistent al desgast
Stellite 1: un grau alt en carboni i tungstè amb una duresa de fins a HRC 48-55. Té un excel·lent rendiment anti-abrasiu i és adequat per a seients de vàlvules, coixinets i revestiments resistents al desgast, etc.
Stellite 4: alta resistència, alta duresa. És adequat per a matrius d'estampació en fred, peces de desgast d'alta tensió, etc.
Stellite 6: El grau més versàtil i clàssic, es coneix com el "Jack de tot tipus". Té un equilibri perfecte de duresa (aproximadament HRC 40) i tenacitat, i també presenta una excel·lent resistència a l'impacte, resistència a la corrosió i resistència a altes temperatures. S'utilitza àmpliament en superfícies de segellat de vàlvules, vàlvules de motor i diversos casquilles, etc.
Stellite 12: El seu rendiment es troba entre el de Stellite 1 i Stellite 6, amb una duresa d'aproximadament HRC 45. És més dur i més resistent al desgast que Stellite 6, i és adequat per a vàlvules d'alta temperatura i alta pressió, dents de serra, barres d'empenta de cargol i vàlvules de control.
Stellite 20: un grau amb una duresa extremadament alta (aproximadament HRC 60), dissenyat principalment per a condicions de desgast abrasiu extrem, i que s'utilitza sovint en mànigues de coixinets, plaques resistents al desgast i anells de segellat rotatius.
Stellite 100: resistent als impactes i a la cavitació, dissenyat principalment per a condicions de desgast abrasiu extrem, s'utilitza sovint en impulsors de bombes, pales de turbines i equips químics.
Sèrie resistent a altes temperatures/corrosió
Stellite 21: un grau baix en carboni i que conté molibdè amb una duresa excel·lent i una resistència al xoc tèrmica excepcional. Pales de turbines de gas, vàlvules d'alta temperatura, components de la indústria nuclear.
Stellite 31 (X-40): que conté níquel, presenta una excel·lent resistència a les altes temperatures i resistència a la fatiga tèrmica, i s'ha utilitzat durant molt de temps com a material per a paletes de guia en motors aerodinàmics i components de turbines de gas.
Stellite 25: Baix contingut en carboni, amb excel·lent resistència a la fatiga tèrmica, oxidació i sulfuració, apte per a components de la cambra de combustió.
Sèrie d'actuació especial
Tribaloy T-400: alt contingut en molibdè, excel·lent propietat d'autolubricació a alta temperatura, aconseguint una autolubricació a alta temperatura mitjançant la fase Laves, especialment indicada per a vàlvules de comporta i components de lubricació sense oli en medis d'alta temperatura i altament corrosius.
Tribaloy T-800: Alt molibdè i alt crom, amb millor resistència al desgast que el T-400, adequat per a ambients més exigents, altament corrosius i d'alta temperatura.
Avantatges i desavantatges de l'aliatge Stellite
Avantatges
Duresa vermella excepcional: la característica més destacada de l'aliatge Stellite és que pot mantenir una gran duresa i resistència fins i tot a altes temperatures que van des dels 650 fins als 1000 ℃. Els seus carburs no es tornen a dissoldre fins a 1100 ℃, cosa que és difícil d'aconseguir per a molts materials a base de ferro i níquel.
Resistència a la corrosió completa: l'alt contingut de crom li permet formar una pel·lícula de passivació estable en diversos medis corrosius, com ara aigua de mar, àcid sulfúric, àcid nítric i gas d'alta temperatura, demostrant una excel·lent resistència a la corrosió tant uniforme com local. Sobretot pel que fa a la resistència a la corrosió tèrmica (com ara la sulfuració), els aliatges estel·lits solen ser superiors als aliatges a base de níquel a causa del punt de fusió més elevat dels sulfurs de cobalt.
Resistència al desgast excepcional: ja sigui un desgast per fricció intermetàl·lica (desgast adhesiu) o un desgast per erosió causat per fluids que contenen partícules, l'aliatge Stellite funciona excepcionalment bé. Té un baix coeficient de fricció i una forta capacitat anti-rascada.
Excel·lent resistència a la fatiga tèrmica: pot suportar canvis de temperatura dràstics (xoc tèrmic) sense esquerdes, el que el fa molt adequat per a condicions freqüents d'arrencada i parada de vàlvules, motlles, etc.
Desavantatge
Resistència a temperatura mitjana insuficient: a temperatures mitjanes (com ara 600-800 ℃), la resistència dels aliatges Stellite sol ser només un 50-75% de la dels aliatges a base de níquel a causa de la manca de fases d'enfortiment coherents.
Alta dificultat de processament: a causa de la seva alta duresa i alta tenacitat, el processament de tall de l'aliatge Stellite és extremadament difícil. En general, només es poden adoptar mètodes de mòlta o de processament especial, la qual cosa comporta uns costos de fabricació elevats de les peces.
Escassesa de recursos: el cobalt és un recurs estratègic important. Les seves reserves globals són limitades i distribuïdes de manera desigual, la qual cosa comporta l'elevat preu de l'aliatge Stellite. Fins a cert punt, això restringeix la seva aplicació a gran escala.
Resistència limitada a l'oxidació: malgrat la seva excel·lent resistència a la corrosió tèrmica, la resistència a l'oxidació dels aliatges Stellite en entorns d'oxidació d'alta temperatura sol ser inferior a la dels aliatges a base de níquel.
