Lega stellite è un termine generale per una serie di leghe di cobalto-cromo resistenti alle alte temperature, all'usura e alla corrosione. "Stellite" era originariamente un brevetto del Gruppo Deloro. Nel 2012, il Gruppo Deloro Stellite è stato acquisito da Kennametal ed è diventato un marchio registrato di Kennametal, utilizzato per riferirsi a specifiche leghe a base di cobalto.
La composizione chimica della lega di stellite:
La lega di stellite appartiene alla famiglia delle leghe a base di cobalto e contiene principalmente i seguenti elementi principali:
Cobalto (Co): un elemento della matrice, che rappresenta circa il 50-65% del peso totale, che fornisce un'eccellente resistenza alle alte temperature e alla fatica termica.
Cromo (Cr): il suo contenuto è tipicamente compreso tra il 25% e il 33% ed è la chiave per formare un denso strato protettivo di ossido di cromo (Cr₂O₃), conferendo alla lega un'eccezionale resistenza all'ossidazione e alla corrosione ad alta temperatura.
Tungsteno (W) e molibdeno (Mo): i principali elementi rinforzanti in soluzione solida. Parte del tungsteno o del molibdeno si combinano con il carbonio per formare carburi duri, migliorando significativamente la durezza rossa e la resistenza all'usura della lega.
Carbonio (C): Il contenuto oscilla tra lo 0,1% e il 3,0%. Il carbonio è l'elemento centrale nella formazione dei carburi (come MC, M₂₃C₆, M₇C₃), che sono incorporati nella matrice di cobalto come barre di acciaio, formando lo "scheletro" affinché la lega resista all'usura.
Il rafforzamento della lega di stellite deriva principalmente dalla matrice di austenite rinforzata dalla soluzione solida e dai carburi distribuiti nella matrice. Questo esclusivo meccanismo di rafforzamento consente alla lega di stellite di subire un lento declino della resistenza all'aumentare della temperatura, conferendole una stabilità termica estremamente elevata.
I principali gradi e caratteristiche della lega Stellite:
Serie resistente all'usura
Stellite 1: un grado ad alto contenuto di carbonio e tungsteno con una durezza fino a HRC 48-55. Ha eccellenti prestazioni antiusura antiabrasive ed è adatto per sedi di valvole, cuscinetti e rivestimenti resistenti all'usura, ecc.
Stellite 4: Elevata resistenza, elevata durezza. È adatto per stampi per stampaggio a freddo, parti soggette ad usura ad alta sollecitazione, ecc.
Stellite 6: Il grado più versatile e classico, è conosciuto come il "Jack di tutti i tipi". Ha un perfetto equilibrio tra durezza (circa HRC 40) e tenacità e presenta anche un'eccellente resistenza agli urti, resistenza alla corrosione e resistenza alle alte temperature. È ampiamente utilizzato nelle superfici di tenuta delle valvole, nelle valvole del motore e in varie boccole, ecc.
Stellite 12: le sue prestazioni sono tra quelle di Stellite 1 e Stellite 6, con una durezza di circa 45 HRC. È più dura e resistente all'usura di Stellite 6 ed è adatta per valvole ad alta temperatura e alta pressione, denti di sega, aste di spinta a vite e valvole di controllo.
Stellite 20: un grado con durezza estremamente elevata (circa HRC 60), progettato principalmente per condizioni di usura abrasiva estrema e viene spesso utilizzato in manicotti di cuscinetti, piastre resistenti all'usura e anelli di tenuta rotanti.
Stellite 100: resistente agli urti e alla cavitazione, progettato principalmente per condizioni di usura abrasiva estrema, viene spesso utilizzato nelle giranti delle pompe, nelle pale delle turbine e nelle apparecchiature chimiche.
Serie resistente alle alte temperature e alla corrosione
Stellite 21: qualità a basso contenuto di carbonio, contenente molibdeno, con eccellente tenacità ed eccezionale resistenza agli shock termici. Pale di turbine a gas, valvole ad alta temperatura, componenti dell'industria nucleare.
Stellite 31 (X-40): contenente nichel, presenta un'eccellente resistenza alle alte temperature e alla fatica termica ed è stato a lungo utilizzato come materiale per le palette guida nei motori aeronautici e nei componenti delle turbine a gas.
Stellite 25: Basso contenuto di carbonio, con eccellente resistenza alla fatica termica, all'ossidazione e alla solforazione, adatto per componenti di camere di combustione.
Serie di prestazioni speciali
Tribaloy T-400: alto contenuto di molibdeno, eccellenti proprietà autolubrificanti ad alta temperatura, che raggiungono l'autolubrificazione ad alta temperatura attraverso la fase Laves, particolarmente adatto per valvole a saracinesca e componenti di lubrificazione senza olio in mezzi ad alta temperatura e altamente corrosivi.
Tribaloy T-800: alto contenuto di molibdeno e alto cromo, con migliore resistenza all'usura rispetto al T-400, adatto per ambienti più esigenti, altamente corrosivi e ad alta temperatura.
Vantaggi e svantaggi della lega Stellite
Vantaggi
Eccezionale durezza rossa: la caratteristica più importante della lega di stellite è che può mantenere elevata durezza e resistenza anche a temperature elevate comprese tra 650 e 1000 ℃. I suoi carburi non si ridissolvono fino a 1100 ℃, cosa difficile da ottenere per molti materiali a base di ferro e nichel.
Resistenza completa alla corrosione: l'alto contenuto di cromo gli consente di formare un film di passivazione stabile in vari mezzi corrosivi, tra cui acqua di mare, acido solforico, acido nitrico e gas ad alta temperatura, dimostrando un'eccellente resistenza alla corrosione sia uniforme che locale. Soprattutto in termini di resistenza alla corrosione termica (come la solforazione), le leghe di stellite sono spesso superiori alle leghe a base di nichel a causa del punto di fusione più elevato dei solfuri di cobalto.
Eccezionale resistenza all'usura: che si tratti di usura per attrito intermetallico (usura adesiva) o di usura per erosione causata da fluidi contenenti particelle, la lega Stellite offre prestazioni eccezionalmente buone. Ha un basso coefficiente di attrito e una forte capacità antigraffio.
Eccellente resistenza alla fatica termica: può sopportare drastici sbalzi di temperatura (shock termico) senza rompersi, rendendolo particolarmente adatto per frequenti condizioni di avvio-arresto di valvole, stampi, ecc.
Svantaggio
Resistenza insufficiente a media temperatura: a temperature medie (come 600-800 ℃), la resistenza delle leghe di stellite è tipicamente solo il 50-75% di quella delle leghe a base di nichel a causa della mancanza di fasi di rinforzo coerenti.
Elevata difficoltà di lavorazione: a causa della sua elevata durezza e tenacità, la lavorazione di taglio della lega Stellite è estremamente difficile. Di solito si possono adottare solo metodi di rettifica o di lavorazione speciali, con conseguenti costi di produzione elevati per le parti.
Scarsità di risorse: il cobalto è un’importante risorsa strategica. Le sue riserve globali sono limitate e distribuite in modo non uniforme, il che porta al prezzo elevato della lega di stellite. In una certa misura, ciò ne limita l’applicazione su larga scala.
Resistenza all'ossidazione limitata: nonostante la sua eccellente resistenza alla corrosione termica, la resistenza all'ossidazione delle leghe di stellite in ambienti di ossidazione pura ad alta temperatura è solitamente inferiore a quella delle leghe a base di nichel.
