Összegzés: A Stellite 6 és a Stellite 21 gyakorlati összehasonlítása, amely elmagyarázza, hogy a széntartalom és a wolfram-molibdén hogyan befolyásolja a keménység és a szívósság kompromisszumát.
A Stellite 6 és a Stellite 21 a két kobalt alapú kopóötvözet, amelyet leggyakrabban hasonlítanak össze egymással. Gyakori alapértelmezés a Stellite 6 megadása, amikor bizonytalanság van. Ennek a szokásnak ésszerű alapja van: a Stellite 6 hosszú alkalmazástörténettel, jól dokumentált viselkedéssel és kiforrott feldolgozási tapasztalattal rendelkezik. Két esetben azonban az alapértelmezés szükségtelen kockázatot jelenthet: amikor az alkatrész gyors hőciklust vagy hősokkot tapasztal, és amikor az alkatrész vékony falú vagy hirtelen metszetváltozások vannak.
A Stellite 21 nagyrészt azért létezik, hogy kezelje a Stellite 6 szilárdsági korlátait ilyen körülmények között. A kettő közötti kompromisszum megértése hasznosabb, mint megjegyezni, hogy melyik a „jobb”.
Az összetételbeli különbségek befolyásolják a teljesítménymegosztást
Az ötvözetek közötti teljesítménybeli különbség két kompozíciós választáson múlik.
Széntartalom. A Stellite 6 lényegesen magasabb szén-dioxid-szintet hordoz. A SAE AMS 5387 szerint a Stellite 6 öntvények névleges összetétele 60Co-29Cr-4,5W, az öntvénytermékeknél jellemzően 0,9-1,4% széntartalommal. A több szén több kemény karbid csapadékot jelent, ami közvetlenül növeli a keménységet és a kopásállóságot. A 21-es sztellit széntartalma jóval alacsonyabb, névleges összetétele nagyjából C ~0,25%, Cr 25-30%, Mo 4,5-6,5%, Ni 1,5-3,5%, egyensúly Co. Az alacsonyabb széntartalom kisebb karbid térfogatfrakciót és a kobalt szilárd oldatos mátrix által dominált mikrostruktúrát jelent.
Volfrám versus molibdén. A Stellite 6 wolframot (W) használ fő szilárd oldat-erősítőként; A Stellite 21 a volfrám nagy részét molibdénnel (Mo) helyettesíti. A molibdén nagyjából fele akkora atomtömegű, mint a wolfram, így azonos tömegszázalék mellett körülbelül kétszer annyi atomot tartalmaz. A molibdénnek erősebb affinitása is van a szénhez, és hajlamos a karbidképződést elősegíteni. A Stellite 21-ben azonban az alacsony szén-dioxid-szint korlátozza ezt a hatást, és a nettó eredmény lényegesen alacsonyabb teljes karbidtartalom, mint a Stellite 6 esetében.
Ez a két különbség együttesen két különálló teljesítményprofilt eredményez.
Stellite 6: karbidsűrűség a kopásállóságért cserébe
A Stellite 6 mikroszerkezete egy kobalt alapú szilárd oldat mátrixból áll, amely kemény karbid részecskék viszonylag sűrű eloszlásával rendelkezik. Ez a szerkezet jól teljesít kopásos kopás esetén.
Ahova illik. A szeleptömítő felületek, a szivattyúhüvelyek, az iszapkezelő alkatrészek és a mérsékelt ütésnek kitett általános kopóalkatrészek tipikus Stellite 6 alkalmazások. Keménysége általában a Rockwell C 37–45 tartományba esik, az öntési állapottól és az azt követő hőkezeléstől függően, ami a legtöbb kopásos kopási probléma esetén elegendő. Oxidáló, magas hőmérsékletű környezetben a Stellite 6 védő oxidréteget is képez, amely főként Cr2O3 és CoCr2O4 alapú, és alacsonyabb oxidációs rátával, mint a Stellite 21.
Ahol megjelennek a határok. A karbidsűrűségnek van egy mellékhatása: gyors hőciklus vagy lokális hősokk hatására a karbidok és a mátrix közötti hőtágulási különbség repedés keletkezési helyévé válhat. Vékony keresztmetszetű alkatrészeknél a magasabb szén- és keményfémtartalom növelheti az öntés és megmunkálás közbeni repedések kockázatát is. Ez nem jelenti azt, hogy a Stellite 6 nem használható ilyen helyzetekben, de amikor a hőfáradás a domináns hibamód, akkor komolyan meg kell fontolni egy alternatívát.
Stellite 21: alacsonyabb keményfém tartalom cserébe a szívósságért és a hőfáradásállóságért
A Stellite 21 más tervezési logikát követ. Alacsony széntartalma és molibdén hozzáadása jelentősen csökkenti a karbid térfogathányadát, így a kobalt szilárd oldat mátrixa a mechanikai teljesítményt hordozó fázis.
Közvetlen következmény: a szobahőmérsékletű keménység és a tiszta kopásállóság alacsonyabb, mint a Stellite 6, de a szívósság, a hősokkállóság és a hőfáradásállóság jobb. Az öntvénykeménységet általában az alacsony-közepes HRC 30-ban jelentik, ami a Stellite 6 alatt van (a pontos értékek a termék formájától és a teszt állapotától függenek – a specifikáció előtt ellenőrizze a szállítói adatokkal). Előnye nem a csiszolóanyagok elkopása, hanem a szerkezeti integritás megőrzése hőciklus alatt.
Ahova illik. A Stellite 21-et gázturbinák lapátjaiban, melegen működő szelepekben, magas hőmérsékletű kötőelemekben és hegesztési fedőkben használták, amelyeknek pufferelni kell a hőtágulási eltérést. Ahol a Stellite 6 felső rétegként szolgál, és közbenső rétegre van szükség, a Stellite 21-et hagyományosan pufferként használták az acél hordozó és a Stellite 6 felső réteg közötti hőtágulási különbség enyhítésére. Egy Stellite 21 pufferrétegekkel ellátott F91 acélfelületeken végzett, 550–650 °C-on 8760 órán át öregített acéllemezeken végzett tanulmány jelentős ütésállósági veszteséget talált az F91/S21 interfészen, ezért a nikkel alapú pufferrétegeket egyre inkább előnyben részesítik az adott alkalmazásban. Ez jól szemlélteti az ötvözet helyzetét: értéke az adott körülmények között fennálló szívósságban rejlik, nem pedig abban, hogy mindenhol helyettesíti a Stellite 6-ot.
Könnyen figyelmen kívül hagyható korlát. A Stellite 21 viszonylag korlátozottan ellenáll a kemény részecskék eróziójának. Mivel a karbid sűrűsége alacsony, a mátrix kevésbé védelmet nyújt, amikor éles részecskék nagy sebességgel ütköznek. Alacsony szögű erózió és kemény kopás esetén a Stellite 21 általában nem a legjobb választás.
Praktikus kiválasztási út
A következő út a két ötvözet teljesítményjellemzőire épül. Kezdeti átvilágítási útmutatóként szolgálhat, de nem helyettesítheti az adott alkalmazás műszaki értékelését.
Hajoljon a Stellite 6 felé, ha:
- A domináns meghibásodási mód a kopás vagy a tapadó kopás, és a hőciklus nem jelent jelentős terhelést.
- Az alkatrész vastag keresztmetszetű, az öntés és megmunkálás során fellépő repedésérzékenység kezelhető.
- Az üzemi hőmérséklet magas oxidáló atmoszférában, és a védő oxidréteg része a tervezésnek.
- Az alkalmazásnak van Stellite 6 előzménye, amelyre hivatkozni lehet hibaadatokat.
Hajoljon a Stellite 21 felé, amikor:
- Az alkatrész ismétlődő gyors melegítésen és hűtésen esik át, és a termikus kifáradás miatti repedés ismert kockázata.
- Az alkatrész vékony falú vagy hirtelen metszeti változásokkal rendelkezik, és a szívósság többet számít, mint a nyers keménység.
- Átmeneti rétegre van szükség az acél szubsztrátum és a kemény burkolat között, hogy pufferezze a hőtágulási eltérést (de a hosszú távú magas hőmérsékleti stabilitást értékelni kell).
- A kopási mechanizmus főként fém-fém csúszó kopás vagy kavitáció, nem pedig kemény részecskék eróziója.
Ha egyik sem megfelelő: Ha az alkalmazás magas kopásállóságot és kiváló termikus kifáradásállóságot is megkövetel, akkor érdemes lehet a Stellite 12-t (nagyobb szén-dioxid, nagyobb kopásállóság) vagy a Tribaloy intermetallikusan megerősített ötvözetek családját megfontolni, vagy az alkatrész hőkezelésével már a tervezés szintjén kell foglalkozni. Ezek az irányok túlmutatnak ezen az összehasonlításon, de egy korai stádiumú anyagkiválasztási áttekintéshez tartoznak.
Mit kell szerepeltetni az ajánlatkérésben
Bármelyik ötvözetet is választja, az öntvény- és megmunkálási beszállítónak általában a következőkre van szüksége ahhoz, hogy értelmes árajánlatot tudjon adni:
- Alkatrész rajzok kulcsfontosságú méretekkel és tűréskövetelményekkel.
- Szolgáltatási feltételek: hőmérséklet-tartomány, közepes és terhelés típusa (kopás, ütés, hőciklus).
- Várható élettartam vagy ismert hibamód, történelmi résszel, ha van.
- Anyagszabvány, például, hogy meg kell-e felelni az AMS 5387 szabványnak vagy más vonatkozó specifikációnak.
- Mennyiség, mivel az egyedi darabok, a kis tételek és a gyártási mennyiségek eltérő folyamatválasztást eredményeznek.
A kobalt alapú ötvözetöntvényeknél azt is érdemes ellenőrizni, hogy a beszállító rendelkezik-e házon belüli képességgel az öntéstől a befejező megmunkálásig, mert ezek az ötvözetek érezhetően megkeményednek, és a folyamatok közötti átadás a költségeket és az átfutási időt is befolyásolja.
