Slitina stelitu je obecný termín pro řadu slitin kobaltu a chrómu, které jsou odolné vůči vysokým teplotám, opotřebení a korozi. „Stellite“ byl původně patentem společnosti Deloro Group. V roce 2012 byla skupina Deloro Stellite koupena společností Kennametal a stala se registrovanou ochrannou známkou Kennametal, která se používá k označení konkrétních slitin na bázi kobaltu.
Chemické složení slitiny stelit:
Slitina stelitu patří do rodiny slitin na bázi kobaltu a obsahuje hlavně následující základní prvky:
Kobalt (Co): Matricový prvek, který tvoří přibližně 50-65 % celkové hmotnosti, poskytuje vynikající pevnost při vysokých teplotách a odolnost proti tepelné únavě.
Chrom (Cr): Jeho obsah se obvykle pohybuje mezi 25 % a 33 % a je klíčem k vytvoření husté ochranné vrstvy oxidu chrómu (Cr₂O₃), který dodává slitině vynikající odolnost proti vysokoteplotní oxidaci a korozi.
Wolfram (W) a molybden (Mo): Hlavní prvky zpevňující tuhé roztoky. Část wolframu nebo molybdenu se spojí s uhlíkem za vzniku tvrdých karbidů, čímž se výrazně zvýší červená tvrdost a odolnost slitiny proti opotřebení.
Uhlík (C) : Obsah kolísá mezi 0,1 % a 3,0 %. Uhlík je základním prvkem při tvorbě karbidů (jako je MC, M23C₆, M7C3), které jsou uloženy v kobaltové matrici jako ocelové tyče a tvoří „kostru“ slitiny, aby odolávala opotřebení.
Zpevnění slitiny stelit pochází hlavně z austenitové matrice zpevněné pevným roztokem a karbidů distribuovaných v matrici. Tento jedinečný zpevňovací mechanismus umožňuje slitině Stellite zaznamenat velmi pomalý pokles pevnosti s rostoucí teplotou, což jí dodává extrémně vysokou tepelnou stabilitu.
Hlavní třídy a vlastnosti stelitové slitiny:
Série odolná proti opotřebení
Stellite 1: Vysoce uhlíková a vysoce wolframová třída s tvrdostí až HRC 48-55. Má vynikající odolnost proti abrazivnímu opotřebení a je vhodný pro ventilová sedla, ložiska a vložky odolné proti opotřebení atd.
Stelit 4: Vysoká pevnost, vysoká tvrdost. Je vhodný pro lisovací nástroje za studena, vysoce namáhané díly podléhající opotřebení atd.
Stellite 6: Nejuniverzálnější a nejklasičtější třída, je známá jako "Jack všeho druhu". Má dokonalou rovnováhu mezi tvrdostí (asi 40 HRC) a houževnatostí a také se vyznačuje vynikající odolností proti nárazu, odolností proti korozi a odolností proti vysokým teplotám. Je široce používán v těsnicích plochách ventilů, ventilech motoru a různých pouzdrech atd.
Stellite 12: Jeho výkon leží mezi Stellite 1 a Stellite 6, s tvrdostí přibližně 45 HRC. Je tvrdší a odolnější proti opotřebení než Stellite 6 a je vhodný pro vysokoteplotní a vysokotlaké ventily, pilové zuby, šroubové tlačné tyče a regulační ventily.
Stellite 20: Třída s extrémně vysokou tvrdostí (přibližně 60 HRC), určená především pro podmínky extrémního abrazivního opotřebení, a často se používá v ložiskových pouzdrech, otěruvzdorných deskách a rotačních těsnicích kroužcích.
Stellite 100: Odolný proti nárazu a kavitaci, navržený hlavně pro podmínky extrémního abrazivního opotřebení, často se používá v oběžných kolech čerpadel, lopatkách turbín a chemických zařízeních.
Řada odolná vůči vysokým teplotám/korozi
Stellite 21: Nízkouhlíková třída obsahující molybden s vynikající houževnatostí a vynikající odolností proti tepelným šokům. Lopatky plynových turbín, vysokoteplotní ventily, komponenty jaderného průmyslu.
Stellite 31 (X-40) : Obsahuje nikl, vyznačuje se vynikající pevností při vysokých teplotách a odolností proti tepelné únavě a již dlouho se používá jako materiál pro vodicí lopatky leteckých motorů a součástí plynových turbín.
Stellite 25: Nízký obsah uhlíku, s vynikající odolností proti tepelné únavě, oxidaci a sulfidaci, vhodný pro komponenty spalovací komory.
Speciální výkonnostní řada
Tribaloy T-400: Vysoký obsah molybdenu, vynikající vysokoteplotní samomazná vlastnost, dosažení vysokoteplotního samomazání prostřednictvím Lavesovy fáze, zvláště vhodné pro šoupátka a bezolejové mazací komponenty ve vysokoteplotních a vysoce korozivních médiích.
Tribaloy T-800: Vysoký obsah molybdenu a chromu, s lepší odolností proti opotřebení než T-400, vhodný pro náročnější, vysoce korozivní a vysokoteplotní prostředí.
Výhody a nevýhody slitiny stellitu
Výhody
Vynikající červená tvrdost: Nejvýraznějším rysem slitiny stellitu je to, že si dokáže udržet vysokou tvrdost a pevnost i při vysokých teplotách v rozmezí od 650 do 1000 ℃. Jeho karbidy se znovu nerozpustí až při teplotě 1100 °C, což je pro mnoho materiálů na bázi železa a niklu obtížné dosáhnout.
Komplexní odolnost proti korozi: Vysoký obsah chrómu umožňuje vytvářet stabilní pasivační film v různých korozivních médiích, včetně mořské vody, kyseliny sírové, kyseliny dusičné a vysokoteplotního plynu, což prokazuje vynikající odolnost vůči rovnoměrné i lokální korozi. Zejména z hlediska odolnosti vůči tepelné korozi (jako je sulfidace) jsou slitiny stelitu často lepší než slitiny na bázi niklu díky vyššímu bodu tání sulfidů kobaltu.
Vynikající odolnost proti opotřebení: Ať už se jedná o opotřebení intermetalickým třením (adhezivní opotřebení) nebo erozní opotřebení způsobené kapalinami obsahujícími částice, slitina Stellite si vede výjimečně dobře. Má nízký koeficient tření a silnou odolnost proti poškrábání.
Vynikající odolnost proti tepelné únavě: Dokáže odolat drastickým změnám teploty (tepelnému šoku) bez praskání, takže je velmi vhodný pro časté start-stop podmínky ventilů, forem atd.
Nevýhoda
Nedostatečná pevnost při střední teplotě: Při středních teplotách (např. 600-800 ℃) je pevnost slitin stelitu typicky pouze 50-75 % pevnosti slitin na bázi niklu kvůli nedostatku koherentních fází zpevňování.
Vysoká obtížnost zpracování: Díky vysoké tvrdosti a vysoké houževnatosti je obrábění slitiny Stellite extrémně obtížné. Obvykle lze použít pouze broušení nebo speciální způsoby zpracování, což má za následek vysoké výrobní náklady na díly.
Nedostatek zdrojů: Kobalt je důležitý strategický zdroj. Její globální zásoby jsou omezené a nerovnoměrně rozložené, což vede k vysoké ceně slitiny stellitu. To do jisté míry omezuje jeho široké použití.
Omezená odolnost proti oxidaci: Navzdory své vynikající odolnosti vůči tepelné korozi je oxidační odolnost slitin stellitu v čistém vysokoteplotním oxidačním prostředí obvykle nižší než u slitin na bázi niklu.
