Περίληψη: Μια πρακτική σύγκριση του Stellite 6 και του Stellite 21, που εξηγεί πώς η περιεκτικότητα σε άνθρακα και το βολφράμιο-έναντι-μολυβδαίνιο συμβάλλουν στην αντιστάθμιση σκληρότητας και σκληρότητας.
Το Stellite 6 και το Stellite 21 είναι τα δύο κράματα φθοράς με βάση το κοβάλτιο που συγκρίνονται συχνότερα μεταξύ τους. Μια κοινή προεπιλογή είναι να προσδιορίζετε το Stellite 6 όποτε υπάρχει αβεβαιότητα. Αυτή η συνήθεια έχει μια λογική βάση: το Stellite 6 έχει μακρά ιστορία εφαρμογών, καλά τεκμηριωμένη συμπεριφορά και ώριμη εμπειρία επεξεργασίας. Αλλά σε δύο περιπτώσεις η προεπιλογή μπορεί να δημιουργήσει περιττό κίνδυνο: όταν το εξάρτημα παρουσιάζει γρήγορο θερμικό κύκλο ή θερμικό σοκ και όταν το εξάρτημα έχει λεπτά τοιχώματα ή απότομες αλλαγές διατομής.
Το Stellite 21 υπάρχει σε μεγάλο βαθμό για να αντιμετωπίσει τον περιορισμό σκληρότητας του Stellite 6 σε αυτές τις συνθήκες. Η κατανόηση της αντιστάθμισης μεταξύ των δύο είναι πιο χρήσιμη από το να απομνημονεύσετε ποιο είναι «καλύτερο».
Οι διαφορές στη σύνθεση οδηγούν τη διαίρεση της απόδοσης
Το χάσμα απόδοσης μεταξύ αυτών των κραμάτων οφείλεται σε δύο επιλογές σύνθεσης.
Περιεκτικότητα σε άνθρακα. Το Stellite 6 φέρει σημαντικά υψηλότερο επίπεδο άνθρακα. Σύμφωνα με το SAE AMS 5387, τα προϊόντα χύτευσης Stellite 6 έχουν ονομαστική σύνθεση 60Co-29Cr-4,5W, με άνθρακα συνήθως στο εύρος 0,9–1,4% για προϊόντα χυτού. Περισσότερος άνθρακας σημαίνει περισσότερη κατακρήμνιση σκληρού καρβιδίου, η οποία αυξάνει άμεσα τη σκληρότητα και την αντίσταση στη φθορά. Το Stellite 21 έχει πολύ χαμηλότερο άνθρακα, με ονομαστική σύνθεση περίπου C ~ 0,25%, Cr 25–30%, Mo 4,5–6,5%, Ni 1,5–3,5%, ισορροπία Co. Χαμηλότερος άνθρακας σημαίνει χαμηλότερο κλάσμα όγκου καρβιδίου και μικροδομή που κυριαρχείται από τη μήτρα στερεού διαλύματος κοβαλτίου.
Βολφράμιο έναντι μολυβδαινίου. Το Stellite 6 χρησιμοποιεί βολφράμιο (W) ως κύριο ενισχυτικό στερεού διαλύματος. Το Stellite 21 αντικαθιστά το μεγαλύτερο μέρος αυτού του βολφραμίου με μολυβδαίνιο (Mo). Το μολυβδαίνιο έχει περίπου το μισό ατομικό βάρος του βολφραμίου, επομένως στο ίδιο ποσοστό βάρους συνεισφέρει περίπου δύο φορές περισσότερα άτομα. Το μολυβδαίνιο έχει επίσης ισχυρότερη συγγένεια με τον άνθρακα και τείνει να προάγει το σχηματισμό καρβιδίου. Στο Stellite 21, ωστόσο, το χαμηλό επίπεδο άνθρακα περιορίζει αυτό το αποτέλεσμα και το καθαρό αποτέλεσμα είναι μια σημαντικά χαμηλότερη περιεκτικότητα σε ολικό καρβίδιο από το Stellite 6.
Μαζί, αυτές οι δύο διαφορές παράγουν δύο διαφορετικά προφίλ απόδοσης.
Stellite 6: πυκνότητα καρβιδίου σε αντάλλαγμα για αντοχή στη φθορά
Η μικροδομή του Stellite 6 αποτελείται από μια μήτρα στερεού διαλύματος με βάση το κοβάλτιο με μια σχετικά πυκνή κατανομή σωματιδίων σκληρού καρβιδίου. Αυτή η δομή αποδίδει καλά κάτω από λειαντική φθορά.
Εκεί που ταιριάζει. Οι επιφάνειες στεγανοποίησης βαλβίδων, τα χιτώνια αντλίας, τα εξαρτήματα χειρισμού του πολτού και τα εξαρτήματα γενικής φθοράς υπό μέτρια πρόσκρουση είναι τυπικές εφαρμογές του Stellite 6. Η σκληρότητά του συνήθως πέφτει στην περιοχή Rockwell C 37–45, ανάλογα με την κατάσταση χύτευσης και την επακόλουθη θερμική επεξεργασία, η οποία είναι επαρκής για τα περισσότερα προβλήματα φθοράς λειαντικών. Σε οξειδωτικά περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας, το Stellite 6 σχηματίζει επίσης ένα προστατευτικό στρώμα οξειδίου που βασίζεται κυρίως σε Cr2O3 και CoCr2O4, με χαμηλότερο ρυθμό οξείδωσης από το Stellite 21.
Εκεί που φαίνονται τα όρια. Η πυκνότητα του καρβιδίου έχει μια παρενέργεια: υπό ταχεία θερμική κυκλοποίηση ή τοπικό θερμικό σοκ, η διαφορά θερμικής διαστολής μεταξύ καρβιδίων και μήτρας μπορεί να γίνει θέση έναρξης ρωγμής. Για εξαρτήματα λεπτής διατομής, η υψηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα και καρβίδιο μπορεί επίσης να αυξήσει τον κίνδυνο ρωγμών κατά τη χύτευση και τη μηχανική κατεργασία. Αυτό δεν σημαίνει ότι το Stellite 6 δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε αυτές τις περιπτώσεις, αλλά όταν η θερμική κόπωση είναι ο κυρίαρχος τρόπος αστοχίας, μια εναλλακτική θα πρέπει να αξιολογηθεί σοβαρά.
Stellite 21: χαμηλότερη περιεκτικότητα σε καρβίδιο σε αντάλλαγμα για σκληρότητα και αντοχή στη θερμική κόπωση
Το Stellite 21 ακολουθεί μια διαφορετική σχεδιαστική λογική. Η χαμηλή περιεκτικότητά του σε άνθρακα και η προσθήκη μολυβδαινίου μειώνουν απότομα το κλάσμα όγκου καρβιδίου, αφήνοντας τη μήτρα στερεού διαλύματος κοβαλτίου ως τη φάση που φέρει μηχανική απόδοση.
Η άμεση συνέπεια: Η σκληρότητα σε θερμοκρασία δωματίου και η καθαρή αντίσταση στη φθορά στα λειαντικά είναι χαμηλότερα από το Stellite 6, αλλά η σκληρότητα, η αντοχή σε θερμικό σοκ και η αντίσταση στη θερμική κόπωση είναι καλύτερες. Η σκληρότητα ως χυτή αναφέρεται συνήθως στα χαμηλά έως μεσαία HRC 30s, κάτω από εκείνη του Stellite 6 (οι ακριβείς τιμές εξαρτώνται από τη μορφή του προϊόντος και την κατάσταση δοκιμής — επαληθεύστε με βάση τα δεδομένα προμηθευτή πριν καθορίσετε). Το πλεονέκτημά του δεν είναι η υπερβολική φθορά των λειαντικών, αλλά η διατήρηση της δομικής ακεραιότητας υπό θερμική ανακύκλωση.
Εκεί που ταιριάζει. Το Stellite 21 έχει χρησιμοποιηθεί σε πτερύγια αεριοστροβίλων, βαλβίδες θερμής εργασίας, συνδετήρες υψηλής θερμοκρασίας και επικαλύψεις συγκόλλησης που πρέπει να ρυθμίσουν την αναντιστοιχία θερμικής διαστολής. Όπου το Stellite 6 χρησιμεύει ως ανώτερο στρώμα και χρειάζεται ένα ενδιάμεσο στρώμα, το Stellite 21 έχει χρησιμοποιηθεί ιστορικά ως ρυθμιστικό διάλυμα για να αμβλύνει τη διαφορά θερμικής διαστολής μεταξύ του χαλύβδινου υποστρώματος και του ανώτερου στρώματος Stellite 6. Μια μελέτη σε χαλύβδινα υποστρώματα F91 με στρώματα απομόνωσης Stellite 21, παλαίωσης στους 550–650°C για έως και 8.760 ώρες, βρήκε σημαντική απώλεια σκληρότητας κρούσης στη διεπαφή F91/S21, γι' αυτό προτιμώνται όλο και περισσότερο τα ρυθμιστικά στρώματα με βάση το νικέλιο στη συγκεκριμένη εφαρμογή. Αυτό δείχνει καλά τη θέση του κράματος: η αξία του έγκειται στη σκληρότητα υπό συγκεκριμένες συνθήκες, όχι στην αντικατάσταση του Stellite 6 παντού.
Ένας περιορισμός που παραβλέπεται εύκολα. Το Stellite 21 έχει σχετικά περιορισμένη αντοχή στη διάβρωση σκληρών σωματιδίων. Επειδή η πυκνότητα καρβιδίου είναι χαμηλή, η μήτρα προσφέρει λιγότερη προστασία όταν αιχμηρά σωματίδια χτυπούν με ταχύτητα. Υπό χαμηλής γωνίας διάβρωση και σκληρή λειαντική φθορά, το Stellite 21 δεν είναι συνήθως η καλύτερη επιλογή.
Μια πρακτική διαδρομή επιλογής
Η ακόλουθη διαδρομή βασίζεται στα χαρακτηριστικά απόδοσης των δύο κραμάτων. Μπορεί να χρησιμεύσει ως οδηγός αρχικής διαλογής, αλλά δεν πρέπει να αντικαταστήσει μια μηχανική αξιολόγηση της συγκεκριμένης εφαρμογής.
Γείρε προς το Stellite 6 όταν:
- Ο κυρίαρχος τρόπος αστοχίας είναι η φθορά με λειαντικό ή κόλλα και η θερμική ανακύκλωση δεν είναι σημαντικό φορτίο.
- Το τμήμα έχει ένα παχύ τμήμα και η ευαισθησία σε ρωγμές κατά τη χύτευση και τη μηχανική κατεργασία είναι διαχειρίσιμη.
- Η θερμοκρασία λειτουργίας είναι υψηλή σε μια οξειδωτική ατμόσφαιρα και ένα προστατευτικό στρώμα οξειδίου αποτελεί μέρος του σχεδιασμού.
- Η εφαρμογή έχει ένα καθιερωμένο ιστορικό Stellite 6 με δεδομένα αποτυχίας για αναφορά.
Γείρε προς το Stellite 21 όταν:
- Το εξάρτημα υφίσταται επαναλαμβανόμενη ταχεία θέρμανση και ψύξη και το ράγισμα λόγω θερμικής κόπωσης είναι γνωστός κίνδυνος.
- Το εξάρτημα έχει λεπτά τοιχώματα ή απότομες αλλαγές τομής και η σκληρότητα έχει μεγαλύτερη σημασία από την ακατέργαστη σκληρότητα.
- Απαιτείται μια μεταβατική στρώση μεταξύ ενός χαλύβδινου υποστρώματος και μιας αναντιστοιχίας θερμικής διαστολής με σκληρή όψη για να απομονωθεί (αλλά πρέπει να αξιολογηθεί η μακροπρόθεσμη σταθερότητα σε υψηλή θερμοκρασία).
- Ο μηχανισμός φθοράς είναι κυρίως συρόμενη φθορά μετάλλου σε μέταλλο ή σπηλαίωση παρά διάβρωση σκληρών σωματιδίων.
Όταν κανένα από τα δύο δεν ταιριάζει: Εάν η εφαρμογή απαιτεί υψηλή αντοχή στη φθορά στη φθορά και εξαιρετική αντοχή στη θερμική κόπωση, το Stellite 12 (υψηλότερος άνθρακας, μεγαλύτερη αντοχή στη φθορά) ή η οικογένεια διαμεταλλικών ενισχυμένων κραμάτων Tribaloy μπορεί να αξίζει να εξεταστεί ή η θερμική διαχείριση του εξαρτήματος μπορεί να χρειαστεί να αντιμετωπιστεί σε επίπεδο σχεδιασμού. Αυτές οι οδηγίες υπερβαίνουν αυτή τη σύγκριση, αλλά ανήκουν σε μια ανασκόπηση επιλογής υλικού πρώιμου σταδίου.
Τι να συμπεριλάβετε σε ένα RFQ
Όποιο κράμα και αν επιλεγεί, ένας προμηθευτής χύτευσης και κατεργασίας χρειάζεται συνήθως τα ακόλουθα για να μπορέσει να δώσει μια ουσιαστική προσφορά:
- Σχέδια μερών με βασικές διαστάσεις και απαιτήσεις ανοχής.
- Συνθήκες εξυπηρέτησης: εύρος θερμοκρασίας, μεσαίος και τύπος φορτίου (φθορά, κρούση, θερμικός κύκλος).
- Αναμενόμενη διάρκεια ζωής ή γνωστή λειτουργία αστοχίας, με ιστορικό μέρος εάν υπάρχει.
- Πρότυπο υλικού, για παράδειγμα εάν πρέπει να πληρούται το AMS 5387 ή άλλη ισχύουσα προδιαγραφή.
- Ποσότητα, καθώς τα μεμονωμένα κομμάτια, οι μικρές παρτίδες και οι όγκοι παραγωγής οδηγούν σε διαφορετικές επιλογές διαδικασίας.
Για χύτευση κραμάτων με βάση το κοβάλτιο, αξίζει επίσης να επιβεβαιωθεί εάν ο προμηθευτής έχει εσωτερική ικανότητα από τη χύτευση έως την κατεργασία φινιρίσματος, επειδή αυτά τα κράματα σκληραίνουν αισθητά και η μεταβίβαση μεταξύ των διεργασιών επηρεάζει τόσο το κόστος όσο και τον χρόνο παράδοσης.
