Stellite 6 در مقابل Stellite 21: سختی، چقرمگی و آلیاژ کبالت مناسب برای کاربرد شما 

خلاصه: مقایسه عملی Stellite 6 و Stellite 21، توضیح می دهد که چگونه محتوای کربن و تنگستن در مقابل مولیبدن باعث ایجاد مبادله سختی و چقرمگی می شود.

Stellite 6 و Stellite 21 دو آلیاژ سایش مبتنی بر کبالت هستند که اغلب با یکدیگر مقایسه می شوند. یک پیش فرض رایج این است که هر زمان که عدم اطمینان وجود دارد، Stellite 6 را مشخص کنید. این عادت مبنای معقولی دارد: Stellite 6 دارای سابقه طولانی برنامه، رفتار مستند و تجربه پردازش بالغ است. اما در دو موقعیت، پیش‌فرض می‌تواند خطر غیرضروری ایجاد کند: زمانی که قطعه شاهد چرخش حرارتی سریع یا شوک حرارتی است، و زمانی که قطعه دارای دیواره‌های نازک یا تغییرات ناگهانی بخش است.

Stellite 21 تا حد زیادی برای رفع محدودیت سختی Stellite 6 در آن شرایط وجود دارد. درک مبادله بین این دو مفیدتر از به خاطر سپردن این است که کدام یک "بهتر" است.

تفاوت های ترکیبی باعث تقسیم عملکرد می شود

شکاف عملکرد بین این آلیاژها به دو انتخاب ترکیبی بستگی دارد.

محتوای کربن Stellite 6 سطح کربن به طور قابل توجهی بالاتری دارد. تحت SAE AMS 5387، ریخته‌گری‌های Stellite 6 دارای ترکیب اسمی 60Co-29Cr-4.5W هستند، با کربن معمولاً در محدوده 0.9-1.4٪ برای محصولات ریخته‌گری. کربن بیشتر به معنای بارش کاربید سخت بیشتر است که مستقیماً سختی و مقاومت در برابر سایش را افزایش می دهد. Stellite 21 کربن بسیار کمتری دارد، با ترکیب اسمی تقریباً C ~ 0.25٪، کروم 25-30٪، Mo 4.5-6.5٪، Ni 1.5-3.5٪، شرکت متعادل. کربن پایین به معنای کسر حجمی کاربید کمتر و ریزساختار تحت سلطه ماتریس محلول جامد کبالت است.

تنگستن در مقابل مولیبدن Stellite 6 از تنگستن (W) به عنوان تقویت کننده اصلی محلول جامد خود استفاده می کند. Stellite 21 بیشتر آن تنگستن را با مولیبدن (Mo) جایگزین می کند. مولیبدن تقریباً نیمی از وزن اتمی تنگستن را دارد، بنابراین در همان درصد وزنی حدود دو برابر اتم های بیشتری دارد. مولیبدن همچنین تمایل بیشتری به کربن دارد و تمایل به تشکیل کاربید دارد. با این حال، در Stellite 21، سطح کربن پایین این اثر را محدود می‌کند و نتیجه خالص محتوای کل کاربید به طور قابل‌توجهی کمتر از Stellite 6 است.

این دو تفاوت با هم، دو نمایه عملکرد مجزا را ایجاد می کنند.

Stellite 6: چگالی کاربید در ازای مقاومت در برابر سایش

ریزساختار Stellite 6 از یک ماتریس محلول جامد مبتنی بر کبالت با توزیع نسبتاً متراکم ذرات کاربید سخت تشکیل شده است. این ساختار تحت سایش ساینده به خوبی عمل می کند.

جایی که مناسب است. سطوح آب بندی سوپاپ ها، آستین های پمپ، اجزای جابجایی دوغاب و قطعات سایش عمومی تحت ضربه متوسط از کاربردهای معمولی Stellite 6 هستند. سختی آن معمولاً بسته به شرایط ریخته‌گری و عملیات حرارتی بعدی در محدوده Rockwell C 37-45 قرار می‌گیرد که برای اکثر مشکلات سایش ساینده کافی است. در محیط‌های با دمای بالا اکسیدکننده، Stellite 6 همچنین یک لایه اکسید محافظ عمدتاً بر اساس Cr2O3 و CoCr2O4 تشکیل می‌دهد که نرخ اکسیداسیون کمتری نسبت به Stellite 21 دارد.

جایی که محدودیت ها نمایان می شود. چگالی کاربید یک عارضه جانبی دارد: تحت چرخه حرارتی سریع یا شوک حرارتی موضعی، اختلاف انبساط حرارتی بین کاربیدها و ماتریس می‌تواند به محل شروع ترک تبدیل شود. برای قطعات با مقطع نازک، محتوای کربن و کاربید بالاتر نیز می تواند خطر ترک خوردگی را در هنگام ریخته گری و ماشینکاری افزایش دهد. این بدان معنا نیست که از Stellite 6 نمی توان در این شرایط استفاده کرد، اما زمانی که خستگی حرارتی حالت شکست غالب است، جایگزین باید به طور جدی مورد ارزیابی قرار گیرد.

Stellite 21: محتوای کاربید کمتر در ازای چقرمگی و مقاومت در برابر خستگی حرارتی

Stellite 21 از منطق طراحی متفاوتی پیروی می کند. محتوای کربن کم و افزودن مولیبدن آن به شدت کسر حجمی کاربید را کاهش می دهد و ماتریس محلول جامد کبالت را به عنوان فازی که عملکرد مکانیکی را انجام می دهد باقی می گذارد.

پیامد مستقیم: سختی در دمای اتاق و مقاومت سایشی خالص کمتر از Stellite 6 است، اما چقرمگی، مقاومت در برابر شوک حرارتی و مقاومت در برابر خستگی حرارتی بهتر است. سختی طبق ریختگی معمولاً در HRC 30s کم تا متوسط، کمتر از Stellite 6 گزارش می‌شود (مقادیر دقیق به شکل محصول و شرایط آزمایش بستگی دارد - قبل از مشخص کردن، با داده‌های تأمین‌کننده تأیید کنید). مزیت آن فرسودگی مواد ساینده نیست، بلکه حفظ یکپارچگی ساختاری تحت چرخه حرارتی است.

جایی که مناسب است. Stellite 21 در پره های توربین گاز، دریچه های گرم کار، اتصال دهنده های با دمای بالا، و پوشش های جوشی که نیاز به بافر عدم تطابق انبساط حرارتی دارند، استفاده شده است. در جایی که Stellite 6 به عنوان لایه بالایی عمل می کند و به یک لایه میانی نیاز است، Stellite 21 در طول تاریخ به عنوان یک بافر برای نرم کردن اختلاف انبساط حرارتی بین بستر فولادی و لایه بالایی Stellite 6 استفاده می شده است. یک مطالعه بر روی بسترهای فولادی F91 با لایه‌های بافر Stellite 21، که در دمای 550 تا 650 درجه سانتی‌گراد تا 8760 ساعت سن دارند، کاهش چقرمگی ضربه‌ای قابل توجهی را در رابط F91/S21 نشان داد، به همین دلیل است که لایه‌های بافر مبتنی بر نیکل به طور فزاینده‌ای در آن کاربرد خاص ترجیح داده می‌شوند. این موقعیت آلیاژ را به خوبی نشان می دهد: ارزش آن در چقرمگی در شرایط خاص نهفته است، نه در جایگزینی Stellite 6 در همه جا.

محدودیتی که به راحتی نادیده گرفته می شود. Stellite 21 مقاومت نسبتاً محدودی در برابر فرسایش ذرات سخت دارد. از آنجایی که چگالی کاربید کم است، ماتریس حفاظت کمتری را در هنگام برخورد ذرات تیز با سرعت ارائه می دهد. تحت فرسایش با زاویه کم و سایش سخت ساینده، Stellite 21 معمولا بهترین انتخاب نیست.

یک مسیر انتخاب عملی

مسیر زیر بر اساس ویژگی های عملکردی دو آلیاژ است. می تواند به عنوان راهنمای غربالگری اولیه عمل کند، اما نباید جایگزین ارزیابی مهندسی برنامه خاص شود.

زمانی که:

• حالت شکست غالب، سایش ساینده یا چسب است و چرخه حرارتی بار اصلی نیست.
• این قطعه دارای بخش ضخیم است و حساسیت به ترک در هنگام ریخته‌گری و ماشین‌کاری قابل کنترل است.
• دمای سرویس در یک جو اکسید کننده بالا است و یک لایه اکسید محافظ بخشی از طراحی است.
• این برنامه دارای سابقه Stellite 6 با داده های خرابی برای مرجع است.

زمانی که:

• این قطعه به طور مکرر تحت گرمایش و خنک کردن سریع قرار می گیرد و ترک خوردگی ناشی از خستگی حرارتی یک خطر شناخته شده است.
• این قطعه دارای دیواره های نازک یا تغییرات ناگهانی بخش است و چقرمگی بیش از سختی خام اهمیت دارد.
• یک لایه انتقالی بین یک زیرلایه فولادی و یک لایه سخت برای بافر عدم تطابق انبساط حرارتی مورد نیاز است (اما پایداری طولانی مدت در دمای بالا باید ارزیابی شود).
• مکانیسم سایش عمدتاً سایش لغزشی فلز به فلز یا کاویتاسیون است تا فرسایش ذرات سخت.

وقتی هیچکدام مناسب نیستند: اگر کاربرد هم به مقاومت سایشی بالا و هم مقاومت در برابر خستگی حرارتی عالی نیاز دارد، Stellite 12 (کربن بیشتر، مقاومت در برابر سایش بیشتر) یا خانواده Tribaloy از آلیاژهای تقویت شده بین فلزی ممکن است ارزش توجه داشته باشد یا ممکن است نیاز به مدیریت حرارتی قطعه در سطح طراحی داشته باشد. این جهات فراتر از این مقایسه است، اما به بررسی انتخاب مواد در مراحل اولیه تعلق دارد.

چه چیزی در یک RFQ گنجانده شود

هر آلیاژی که انتخاب شود، یک تامین کننده ریخته گری و ماشینکاری معمولاً قبل از اینکه بتواند قیمت معنی داری ارائه دهد به موارد زیر نیاز دارد:

• نقشه های قسمت با ابعاد کلیدی و الزامات تحمل.
• شرایط خدمات: محدوده دما، متوسط و نوع بار (ساییدگی، ضربه، چرخه حرارتی).
• عمر مورد انتظار یا حالت شکست شناخته شده، با قسمت تاریخی در صورت موجود بودن.
• استاندارد موادبه عنوان مثال آیا AMS 5387 یا سایر مشخصات قابل اجرا باید رعایت شود.
• مقداراز آنجایی که تکه‌های تک، دسته‌های کوچک و حجم تولید منجر به انتخاب‌های مختلف فرآیند می‌شود.

برای ریخته‌گری‌های آلیاژی مبتنی بر کبالت، تأیید اینکه آیا تأمین‌کننده توانایی داخلی از ریخته‌گری تا ماشین‌کاری نهایی را دارد یا خیر، ارزش دارد، زیرا این آلیاژها به‌طور قابل‌توجهی سخت می‌شوند و انتقال بین فرآیندها بر هزینه و زمان انجام کار تأثیر می‌گذارد.