Stellitlegierung ist ein allgemeiner Begriff für eine Reihe von Kobalt-Chrom-Legierungen, die gegen hohe Temperaturen, Verschleiß und Korrosion beständig sind. „Stellite“ war ursprünglich ein Patent der Deloro Group. Im Jahr 2012 wurde die Deloro Stellite Group von Kennametal übernommen und zu einer eingetragenen Marke von Kennametal, die sich auf bestimmte Legierungen auf Kobaltbasis bezieht.
Die chemische Zusammensetzung der Stellite-Legierung:
Die Stellitlegierung gehört zur Familie der kobaltbasierten Legierungen und enthält hauptsächlich die folgenden Kernelemente:
Kobalt (Co): Ein Matrixelement, das etwa 50–65 % des Gesamtgewichts ausmacht und eine hervorragende Hochtemperaturfestigkeit und thermische Ermüdungsbeständigkeit bietet.
Chrom (Cr): Sein Gehalt liegt typischerweise zwischen 25 % und 33 % und ist der Schlüssel zur Bildung einer dichten Schutzschicht aus Chromoxid (Cr₂O₃), die der Legierung eine hervorragende Beständigkeit gegen Oxidation und Korrosion bei hohen Temperaturen verleiht.
Wolfram (W) und Molybdän (Mo): Die wichtigsten festigenden Elemente in fester Lösung. Etwas Wolfram oder Molybdän verbinden sich mit Kohlenstoff zu harten Karbiden, wodurch die Rothärte und die Verschleißfestigkeit der Legierung deutlich erhöht werden.
Kohlenstoff (C): Der Gehalt schwankt zwischen 0,1 % und 3,0 %. Kohlenstoff ist das Kernelement bei der Bildung von Karbiden (wie MC, M₂₃C₆, M₇C₃), die wie Stahlstäbe in die Kobaltmatrix eingebettet sind und das „Skelett“ für die Verschleißfestigkeit der Legierung bilden.
Die Verfestigung der Stellit-Legierung erfolgt hauptsächlich durch die durch feste Lösung verstärkte Austenitmatrix und die in der Matrix verteilten Karbide. Dieser einzigartige Verstärkungsmechanismus ermöglicht es der Stellite-Legierung, bei steigender Temperatur einen sehr langsamen Festigkeitsverlust zu erfahren, was ihr eine extrem hohe thermische Stabilität verleiht.
Die wichtigsten Qualitäten und Eigenschaften der Stellite-Legierung:
Verschleißfeste Serie
Stellit 1: Eine Sorte mit hohem Kohlenstoff- und Wolframgehalt und einer Härte von bis zu HRC 48–55. Es verfügt über eine ausgezeichnete Anti-Abrieb-Verschleißleistung und eignet sich für Ventilsitze, Lager und verschleißfeste Auskleidungen usw.
Stellit 4: Hohe Festigkeit, hohe Härte. Es eignet sich für Kaltprägewerkzeuge, stark beanspruchte Verschleißteile usw.
Stellit 6: Der vielseitigste und klassischste Typ, der als „Alleskönner“ bekannt ist. Es verfügt über ein perfektes Gleichgewicht zwischen Härte (ca. HRC 40) und Zähigkeit und zeichnet sich außerdem durch eine hervorragende Schlagfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit aus. Es wird häufig in Ventildichtflächen, Motorventilen und verschiedenen Buchsen usw. verwendet.
Stellite 12: Seine Leistung liegt zwischen der von Stellite 1 und Stellite 6, mit einer Härte von etwa HRC 45. Es ist härter und verschleißfester als Stellite 6 und eignet sich für Hochtemperatur- und Hochdruckventile, Sägezähne, Schraubenstößelstangen und Steuerventile.
Stellite 20: Eine Sorte mit extrem hoher Härte (ca. HRC 60), die hauptsächlich für extreme abrasive Verschleißbedingungen entwickelt wurde und häufig in Lagerhülsen, verschleißfesten Platten und Rotationsdichtringen verwendet wird.
Stellite 100: Schlagfest und kavitationsbeständig, hauptsächlich für extreme abrasive Verschleißbedingungen konzipiert, wird es häufig in Pumpenlaufrädern, Turbinenschaufeln und chemischen Geräten verwendet.
Hochtemperatur-/korrosionsbeständige Serie
Stellite 21: Eine kohlenstoffarme, molybdänhaltige Sorte mit ausgezeichneter Zähigkeit und hervorragender Temperaturwechselbeständigkeit. Gasturbinenschaufeln, Hochtemperaturventile, Komponenten für die Nuklearindustrie.
Stellit 31 (X-40): Enthält Nickel, zeichnet sich durch hervorragende Hochtemperaturfestigkeit und thermische Ermüdungsbeständigkeit aus und wird seit langem als Material für Leitschaufeln in Flugtriebwerken und Komponenten von Gasturbinen verwendet.
Stellite 25: Niedriger Kohlenstoffgehalt, mit ausgezeichneter Beständigkeit gegen thermische Ermüdung, Oxidation und Sulfidierung, geeignet für Brennkammerkomponenten.
Sonderleistungsserie
Tribaloy T-400: Hoher Molybdängehalt, ausgezeichnete Selbstschmiereigenschaften bei hohen Temperaturen, Erzielung von Selbstschmierung bei hohen Temperaturen durch die Laves-Phase, besonders geeignet für Absperrschieber und ölfreie Schmierkomponenten in Hochtemperatur- und stark korrosiven Medien.
Tribaloy T-800: Hoher Molybdän- und Chromgehalt, mit besserer Verschleißfestigkeit als T-400, geeignet für anspruchsvollere, stark korrosive Umgebungen und hohe Temperaturen.
Vor- und Nachteile der Stellite-Legierung
Vorteile
Hervorragende Rothärte: Das hervorstechendste Merkmal der Stellite-Legierung ist, dass sie auch bei hohen Temperaturen von 650 bis 1000 °C eine hohe Härte und Festigkeit beibehalten kann. Seine Karbide lösen sich erst bei Temperaturen von 1100 °C wieder auf, was für viele Materialien auf Eisen- und Nickelbasis schwierig zu erreichen ist.
Umfassende Korrosionsbeständigkeit: Der hohe Chromgehalt ermöglicht die Bildung eines stabilen Passivierungsfilms in verschiedenen korrosiven Medien, einschließlich Meerwasser, Schwefelsäure, Salpetersäure und Hochtemperaturgas, und weist eine hervorragende Beständigkeit sowohl gegen gleichmäßige als auch lokale Korrosion auf. Insbesondere im Hinblick auf die Beständigkeit gegenüber thermischer Korrosion (z. B. Sulfidierung) sind Stellitlegierungen aufgrund des höheren Schmelzpunkts von Kobaltsulfiden häufig Nickelbasislegierungen überlegen.
Hervorragende Verschleißfestigkeit: Ob es sich um intermetallischen Reibungsverschleiß (Adhäsionsverschleiß) oder Erosionsverschleiß durch partikelhaltige Flüssigkeiten handelt, die Stellite-Legierung weist eine außergewöhnlich gute Leistung auf. Es hat einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine starke Kratzfestigkeit.
Hervorragende thermische Ermüdungsbeständigkeit: Es hält drastischen Temperaturschwankungen (Thermoschock) ohne Rissbildung stand und eignet sich daher hervorragend für häufige Start-Stopp-Bedingungen von Ventilen, Formen usw.
Nachteil
Unzureichende Festigkeit bei mittleren Temperaturen: Bei mittleren Temperaturen (z. B. 600–800 °C) beträgt die Festigkeit von Stellite-Legierungen aufgrund des Fehlens kohärenter Verstärkungsphasen typischerweise nur 50–75 % der Festigkeit von Nickelbasislegierungen.
Hohe Verarbeitungsschwierigkeiten: Aufgrund der hohen Härte und Zähigkeit ist die spanabhebende Bearbeitung der Stellite-Legierung äußerst schwierig. In der Regel können nur Schleif- oder Sonderbearbeitungsverfahren angewendet werden, was zu hohen Herstellungskosten für die Teile führt.
Ressourcenknappheit: Kobalt ist eine wichtige strategische Ressource. Seine weltweiten Reserven sind begrenzt und ungleichmäßig verteilt, was zu einem hohen Preis der Stellit-Legierung führt. Dies schränkt die großflächige Anwendung in gewissem Maße ein.
Begrenzte Oxidationsbeständigkeit: Trotz ihrer hervorragenden Beständigkeit gegen thermische Korrosion ist die Oxidationsbeständigkeit von Stellite-Legierungen in reinen Hochtemperatur-Oxidationsumgebungen normalerweise geringer als die von Legierungen auf Nickelbasis.
