Yhteenveto: Käytännöllinen vertailu Stellite 6:sta ja Stellite 21:stä, joka selittää, kuinka hiilipitoisuus ja volframi-molybdeeni vaikuttavat kovuuden ja sitkeyden kompromissiin.
Stellite 6 ja Stellite 21 ovat kaksi kobolttipohjaista kulutusseosta, joita verrataan useimmiten toisiinsa. Yleinen oletus on määrittää Stellite 6 aina, kun on epävarmuutta. Tälle tavalle on kohtuullinen perusta: Stellite 6:lla on pitkä sovellushistoria, hyvin dokumentoitu toiminta ja kypsä käsittelykokemus. Mutta kahdessa tilanteessa oletus voi aiheuttaa tarpeettoman riskin: kun osa näkee nopean lämpösyklin tai lämpöshokin, ja kun osassa on ohuet seinät tai äkillisiä leikkausmuutoksia.
Stellite 21 on olemassa suurelta osin Stellite 6:n sitkeysrajoituksen korjaamiseksi näissä olosuhteissa. Näiden kahden välisen kompromissin ymmärtäminen on hyödyllisempää kuin muistaa, kumpi on "parempi".
Koostumuserot vaikuttavat suorituskyvyn jakautumiseen
Näiden seosten välinen suorituskykyero johtuu kahdesta koostumuksen valinnasta.
Hiilipitoisuus. Stellite 6:ssa on huomattavasti korkeampi hiilipitoisuus. SAE AMS 5387:n mukaan Stellite 6 -valujen nimelliskoostumus on 60Co-29Cr-4,5W, ja hiilipitoisuus on tyypillisesti 0,9–1,4 % valutuotteissa. Enemmän hiiltä tarkoittaa enemmän kovametallisaostumista, mikä lisää suoraan kovuutta ja kulutuskestävyyttä. Stellite 21:ssä on paljon vähemmän hiiltä, ja sen nimellinen koostumus on noin C ~0,25%, Cr 25-30%, Mo 4,5-6,5%, Ni 1,5-3,5%, saldo Co. Alempi hiili tarkoittaa pienempää karbidin tilavuusosuutta ja mikrorakennetta, jota hallitsee kobolttikiintoaineliuosmatriisi.
Volframi vs. molybdeeni. Stellite 6 käyttää volframia (W) pääasiallisena kiinteän liuoksen vahvistajana; Stellite 21 korvaa suurimman osan volframista molybdeenillä (Mo). Molybdeenin atomipaino on noin puolet volframin atomipainosta, joten samalla painoprosentilla se muodostaa noin kaksi kertaa enemmän atomeja. Molybdeenillä on myös vahvempi affiniteetti hiileen ja sillä on taipumus edistää karbidin muodostumista. Stellite 21:ssä alhainen hiilitaso kuitenkin rajoittaa tätä vaikutusta, ja nettotulos on huomattavasti pienempi karbidin kokonaispitoisuus kuin Stellite 6:ssa.
Yhdessä nämä kaksi eroa tuottavat kaksi erillistä suorituskykyprofiilia.
Stellite 6: kovametallitiheys vastineeksi kulutuskestävyydestä
Stellite 6:n mikrorakenne koostuu kobolttipohjaisesta kiinteästä liuosmatriisista, jossa on suhteellisen tiheä kovakarbidihiukkasten jakautuma. Tämä rakenne toimii hyvin hankaavassa kulutuksessa.
Minne sopii. Venttiilien tiivistyspinnat, pumppuholkit, lietteenkäsittelykomponentit ja yleiset kuluvat osat kohtalaisessa törmäyksessä ovat tyypillisiä Stellite 6 -sovelluksia. Sen kovuus on yleensä välillä Rockwell C 37–45, riippuen valukunnosta ja sitä seuraavasta lämpökäsittelystä, mikä riittää useimpiin kulumisongelmiin. Hapettavissa korkean lämpötilan ympäristöissä Stellite 6 muodostaa myös suojaavan oksidikerroksen, joka perustuu pääasiassa Cr2O3- ja CoCr2O4-aineisiin ja jonka hapetusnopeus on pienempi kuin Stellite 21:llä.
Missä rajat näkyvät. Karbidin tiheydellä on sivuvaikutus: nopean lämpösyklin tai paikallisen lämpöshokin aikana karbidien ja matriisin välinen lämpölaajenemisero voi muodostua halkeaman alkamispaikaksi. Ohuiden osien osalta korkeampi hiili- ja kovametallipitoisuus voi myös lisätä halkeiluriskiä valun ja koneistuksen aikana. Tämä ei tarkoita, että Stellite 6:ta ei voida käyttää näissä tilanteissa, mutta kun lämpöväsymys on hallitseva vikatila, vaihtoehtoa tulisi harkita vakavasti.
Stellite 21: pienempi karbidipitoisuus vastineeksi sitkeydelle ja lämpöväsymiskestävyydelle
Stellite 21 noudattaa erilaista suunnittelulogiikkaa. Sen alhainen hiilipitoisuus ja molybdeenin lisäys vähentävät karbidin tilavuusosuutta jyrkästi jättäen kobolttikiintoaineliuosmatriisin faasiksi, joka kantaa mekaanista suorituskykyä.
Suora seuraus: huoneenlämpötilan kovuus ja puhtaan hankaavan kulumisenkestävyys ovat alhaisemmat kuin Stellite 6, mutta sitkeys, lämpöiskun kestävyys ja lämpöväsymiskestävyys ovat parempia. Valettu kovuus ilmoitetaan tyypillisesti matalasta keskitasolle HRC 30:ssä, alle Stellite 6:n (tarkat arvot riippuvat tuotteen muodosta ja testikunnosta – tarkista toimittajan tiedoista ennen määrittämistä). Sen etuna ei ole hioma-aineiden kuluminen, vaan rakenteellisen eheyden säilyttäminen lämpökierron aikana.
Minne sopii. Stellite 21:tä on käytetty kaasuturbiinien siivissä, kuumatyöventtiileissä, korkean lämpötilan kiinnikkeissä ja hitsauspinnoitteissa, joiden on puskuroitava lämpölaajenemisen epäsopivuus. Kun Stellite 6 toimii pintakerroksena ja välikerrosta tarvitaan, Stellite 21:tä on perinteisesti käytetty puskurina teräsalustan ja Stellite 6 -pintakerroksen välisen lämpölaajenemiseron pehmentämiseen. Tutkimus F91-terässubstraateilla, joissa oli Stellite 21 -puskurikerroksia, vanhentunut 550–650 °C:ssa jopa 8 760 tuntia, havaitsi merkittävää iskunkestävyyden heikkenemistä F91/S21-rajapinnassa, minkä vuoksi nikkelipohjaisia puskurikerroksia suositaan yhä enemmän kyseisessä sovelluksessa. Tämä kuvaa metalliseoksen asemaa hyvin: sen arvo on sitkeys tietyissä olosuhteissa, ei Stellite 6:n korvaaminen kaikkialla.
Helposti huomiotta jäävä rajoitus. Stellite 21:llä on suhteellisen rajallinen vastustuskyky kovien hiukkasten eroosiota vastaan. Koska karbidin tiheys on alhainen, matriisi tarjoaa vähemmän suojaa terävien hiukkasten iskeytyessä nopeudella. Alhaisen kulman eroosion ja kovan hankaavan kulumisen aikana Stellite 21 ei yleensä ole paras valinta.
Käytännöllinen valintapolku
Seuraava polku perustuu näiden kahden lejeeringin suorituskykyominaisuuksiin. Se voi toimia alustavana seulontaoppaana, mutta sen ei pitäisi korvata tietyn sovelluksen teknistä arviointia.
Nojaa kohti Stellite 6:ta, kun:
- Hallitseva vikatila on hankaava tai liimallinen kuluminen, eikä lämpökierto ole suuri kuormitus.
- Osassa on paksu poikkileikkaus, ja halkeiluherkkyys valun ja koneistuksen aikana on hallittavissa.
- Käyttölämpötila on korkea hapettavassa ympäristössä ja suojaava oksidikerros on osa suunnittelua.
- Sovelluksella on vakiintunut Stellite 6 -historia, johon voidaan viitata virhetiedoilla.
Nojaa kohti Stellite 21:tä, kun:
- Osaa kuumennetaan ja jäähdytetään toistuvasti nopeasti, ja lämpöväsymishalkeilu on tunnettu riski.
- Osassa on ohuet seinämät tai äkilliset poikkileikkauksen muutokset, ja sitkeys merkitsee enemmän kuin raakakovuus.
- Teräsalustan ja kovapintaisen pinnoitteen väliin tarvitaan siirtymäkerros lämpölaajenemishäiriön puskuroimiseksi (mutta pitkän aikavälin stabiilisuus korkeissa lämpötiloissa on arvioitava).
- Kulutusmekanismi on pääasiassa metallista metalliin liukuvaa kulumista tai kavitaatiota pikemminkin kuin kovien hiukkasten eroosiota.
Kun kumpikaan ei ole puhdas: Jos sovellus vaatii sekä korkeaa kulutuksenkestävyyttä että erinomaista lämpöväsymiskestävyyttä, Stellite 12 (hiilipitoisempi, korkeampi kulutuskestävyys) tai Tribaloy-perhemetallivahvisteiset metalliseokset saattavat olla harkitsemisen arvoisia, tai osan lämmönhallintaa voidaan joutua käsittelemään suunnittelutasolla. Nämä ohjeet menevät tätä vertailua pidemmälle, mutta kuuluvat varhaisen vaiheen materiaalivalintakatsaukseen.
Mitä tarjouspyyntöön tulee sisällyttää
Riippumatta siitä, mikä seos valitaan, valu- ja koneistustoimittaja tarvitsee yleensä seuraavan, ennen kuin se voi antaa merkityksellisen tarjouksen:
- Osapiirustukset tärkeimmät mitat ja toleranssivaatimukset.
- Palveluehdot: lämpötila-alue, keskiaine ja kuormitustyyppi (kuluminen, isku, lämpökierto).
- Odotettu käyttöikä tai tunnettu vikatila, jossa on historiallinen osa, jos saatavilla.
- Materiaalistandardi, esimerkiksi onko AMS 5387:n tai muun soveltuvan spesifikaation täytettävä.
- Määrä, koska yksittäiset kappaleet, pienet erät ja tuotantomäärät johtavat erilaisiin prosessivalintoihin.
Kobolttipohjaisten metalliseosvalujen osalta kannattaa myös varmistaa, onko toimittajalla omaa valmiutta valusta viimeistelykoneistukseen, koska nämä seokset kovettuvat tuntuvasti ja prosessien välinen kanavanvaihto vaikuttaa sekä kustannuksiin että läpimenoaikaan.
