L'alliage stellite est un terme général désignant une série d'alliages cobalt-chrome résistants aux températures élevées, à l'usure et à la corrosion. "Stellite" était à l'origine un brevet du groupe Deloro. En 2012, le groupe Deloro Stellite a été acquis par Kennametal et est devenu une marque déposée de Kennametal, utilisée pour désigner des alliages spécifiques à base de cobalt.
La composition chimique de l’alliage Stellite :
L'alliage Stellite appartient à la famille des alliages à base de cobalt et contient principalement les éléments de base suivants :
Cobalt (Co) : élément de matrice, représentant environ 50 à 65 % du poids total, offrant une excellente résistance à haute température et à la fatigue thermique.
Chrome (Cr) : Sa teneur est généralement comprise entre 25 % et 33 %, et c'est la clé pour former une couche protectrice dense d'oxyde de chrome (Cr₂O₃), conférant à l'alliage une résistance exceptionnelle à l'oxydation et à la corrosion à haute température.
Tungstène (W) et molybdène (Mo) : Les principaux éléments de renforcement des solutions solides. Une partie du tungstène ou du molybdène se combinera avec le carbone pour former des carbures durs, améliorant considérablement la dureté rouge et la résistance à l'usure de l'alliage.
Carbone (C) : La teneur oscille entre 0,1% et 3,0%. Le carbone est l'élément central dans la formation des carbures (tels que MC, M₂₃C₆, M₇C₃), qui sont noyés dans la matrice de cobalt comme des barres d'acier, formant le « squelette » permettant à l'alliage de résister à l'usure.
Le renforcement de l'alliage Stellite provient principalement de la matrice austénitique renforcée par une solution solide et des carbures répartis dans la matrice. Ce mécanisme de renforcement unique permet à l'alliage Stellite de connaître une très lente diminution de sa résistance à mesure que la température augmente, lui conférant ainsi une stabilité thermique extrêmement élevée.
Les principales nuances et caractéristiques de l’alliage Stellite :
Série résistante à l'usure
Stellite 1 : une nuance à haute teneur en carbone et en tungstène avec une dureté allant jusqu'à HRC 48-55. Il présente d'excellentes performances anti-abrasives et convient aux sièges de soupapes, aux roulements et aux revêtements résistants à l'usure, etc.
Stellite 4 : Haute résistance, haute dureté. Il convient aux matrices d'estampage à froid, aux pièces d'usure à haute contrainte, etc.
Stellite 6 : Le grade le plus polyvalent et le plus classique, il est connu sous le nom de « Jack de toutes sortes ». Il présente un équilibre parfait entre dureté (environ HRC 40) et ténacité, et présente également une excellente résistance aux chocs, à la corrosion et aux températures élevées. Il est largement utilisé dans les surfaces d'étanchéité des soupapes, les soupapes de moteur et diverses bagues, etc.
Stellite 12 : Ses performances se situent entre celles du Stellite 1 et du Stellite 6, avec une dureté d'environ HRC 45. Il est plus dur et plus résistant à l'usure que le Stellite 6 et convient aux vannes haute température et haute pression, dents de scie, tiges de poussée à vis et vannes de régulation.
Stellite 20 : une nuance d'une dureté extrêmement élevée (environ HRC 60), principalement conçue pour des conditions d'usure extrêmement abrasives, et est souvent utilisée dans les manchons de roulement, les plaques résistantes à l'usure et les bagues d'étanchéité rotatives.
Stellite 100 : Résistant aux chocs et à la cavitation, principalement conçu pour des conditions d'usure abrasives extrêmes, il est souvent utilisé dans les roues de pompes, les aubes de turbine et les équipements chimiques.
Série haute température/résistante à la corrosion
Stellite 21 : Une nuance à faible teneur en carbone contenant du molybdène avec une excellente ténacité et une résistance exceptionnelle aux chocs thermiques. Aubes de turbines à gaz, vannes haute température, composants de l'industrie nucléaire.
Stellite 31 (X-40) : Contenant du nickel, il présente une excellente résistance aux hautes températures et à la fatigue thermique, et est utilisé depuis longtemps comme matériau pour les aubes directrices des moteurs d'avion et les composants des turbines à gaz.
Stellite 25 : Faible teneur en carbone, avec une excellente résistance à la fatigue thermique, à l'oxydation et à la sulfuration, adapté aux composants de chambre de combustion.
Série de performances spéciales
Tribaloy T-400 : teneur élevée en molybdène, excellente propriété autolubrifiante à haute température, permettant une autolubrification à haute température grâce à la phase de Laves, particulièrement adaptée aux vannes à vanne et aux composants de lubrification sans huile dans des milieux à haute température et hautement corrosifs.
Tribaloy T-800 : haute teneur en molybdène et haute teneur en chrome, avec une meilleure résistance à l'usure que le T-400, adapté aux environnements plus exigeants, hautement corrosifs et à haute température.
Avantages et inconvénients de l'alliage Stellite
Avantages
Dureté rouge exceptionnelle : la caractéristique la plus importante de l'alliage Stellite est qu'il peut maintenir une dureté et une résistance élevées même à des températures élevées allant de 650 à 1 000 ℃. Ses carbures ne se dissolvent pas jusqu'à 1 100 ℃, ce qui est difficile à atteindre pour de nombreux matériaux à base de fer et de nickel.
Résistance complète à la corrosion : la teneur élevée en chrome lui permet de former un film de passivation stable dans divers milieux corrosifs, notamment l'eau de mer, l'acide sulfurique, l'acide nitrique et les gaz à haute température, démontrant une excellente résistance à la corrosion uniforme et locale. Surtout en termes de résistance à la corrosion thermique (telle que la sulfuration), les alliages Stellite sont souvent supérieurs aux alliages à base de nickel en raison du point de fusion plus élevé des sulfures de cobalt.
Résistance à l'usure exceptionnelle : qu'il s'agisse d'usure par friction intermétallique (usure adhésive) ou d'usure par érosion causée par des fluides contenant des particules, l'alliage Stellite se comporte exceptionnellement bien. Il possède un faible coefficient de friction et une forte capacité anti-rayures.
Excellente résistance à la fatigue thermique : il peut résister à des changements de température drastiques (chocs thermiques) sans se fissurer, ce qui le rend parfaitement adapté aux conditions de démarrage et d'arrêt fréquentes des vannes, des moules, etc.
Inconvénient
Résistance insuffisante à température moyenne : à des températures moyennes (telles que 600-800℃), la résistance des alliages Stellite n'est généralement que de 50 à 75 % de celle des alliages à base de nickel en raison du manque de phases de renforcement cohérentes.
Difficulté de traitement élevée : en raison de sa dureté élevée et de sa ténacité élevée, le traitement de coupe de l'alliage Stellite est extrêmement difficile. Habituellement, seules des méthodes de meulage ou de traitement spéciales peuvent être adoptées, ce qui entraîne des coûts de fabrication élevés pour les pièces.
Rareté des ressources : le cobalt est une ressource stratégique importante. Ses réserves mondiales sont limitées et inégalement réparties, ce qui entraîne le prix élevé de l'alliage Stellite. Dans une certaine mesure, cela limite son application à grande échelle.
Résistance à l'oxydation limitée : Malgré son excellente résistance à la corrosion thermique, la résistance à l'oxydation des alliages Stellite dans des environnements d'oxydation pure à haute température est généralement inférieure à celle des alliages à base de nickel.
