סיכום: השוואה מעשית של Stellite 6 ו- Stellite 21, מסבירה כיצד תכולת פחמן וטונגסטן מול מוליבדן מניעים את הפשרה בין הקשיות והקשיחות.
Stellite 6 ו- Stellite 21 הן שתי סגסוגות הבלאי המבוססות על קובלט, לרוב בהשוואה זו לזו. ברירת מחדל נפוצה היא לציין Stellite 6 בכל פעם שיש אי ודאות. להרגל הזה יש בסיס סביר: ל- Stellite 6 יש היסטוריית יישומים ארוכה, התנהגות מתועדת היטב וניסיון עיבוד בוגר. אבל בשני מצבים ברירת המחדל עלולה להכניס סיכון מיותר: כאשר החלק רואה רכיבה תרמית מהירה או הלם תרמי, וכאשר לחלק יש קירות דקים או שינויים פתאומיים בחתך.
Stellite 21 קיים במידה רבה כדי להתמודד עם מגבלת הקשיחות של Stellite 6 בתנאים אלה. הבנת הפשרה בין השניים מועילה יותר מאשר לשנן מי מהם "טוב יותר".
הבדלי הרכב מניעים את פיצול הביצועים
פער הביצועים בין סגסוגות אלו מסתכם בשתי אפשרויות הרכבה.
תכולת פחמן. Stellite 6 נושא רמת פחמן גבוהה משמעותית. לפי SAE AMS 5387, ליציקות Stellite 6 יש הרכב נומינלי של 60Co-29Cr-4.5W, עם פחמן בדרך כלל בטווח של 0.9-1.4% עבור מוצרי יצוק. יותר פחמן פירושו יותר משקעי קרביד קשיחים, מה שמעלה ישירות את הקשיות ועמידות הבלאי. ל- Stellite 21 יש פחמן נמוך בהרבה, עם הרכב נומינלי של בערך C ~0.25%, Cr 25-30%, Mo 4.5-6.5%, Ni 1.5-3.5%, איזון Co.
טונגסטן מול מוליבדן. Stellite 6 משתמש בטונגסטן (W) כמחזק הפתרון המוצק העיקרי שלו; Stellite 21 מחליף את רוב הטונגסטן הזה עם מוליבדן (Mo). למוליבדן יש בערך מחצית מהמשקל האטומי של טונגסטן, כך שבאותו אחוז משקל הוא תורם בערך פי שניים יותר אטומים. למוליבדן יש גם זיקה חזקה יותר לפחמן ונוטה לקדם היווצרות קרביד. עם זאת, ב-Stellite 21, רמת הפחמן הנמוכה מגבילה את ההשפעה הזו, והתוצאה נטו היא תכולת קרביד כוללת נמוכה משמעותית מזו של Stellite 6.
יחד, שני ההבדלים הללו מייצרים שני פרופילי ביצועים נפרדים.
Stellite 6: צפיפות קרביד בתמורה לעמידות בפני שחיקה
המיקרו-מבנה של Stellite 6 מורכב ממטריצת תמיסה מוצקה מבוססת קובלט עם חלוקה צפופה יחסית של חלקיקי קרביד קשיחים. מבנה זה מתפקד היטב תחת בלאי שוחק.
איפה זה מתאים. פנים איטום שסתומים, שרוולי משאבה, רכיבים לטיפול בדיסת וחלקי בלאי כלליים תחת השפעה מתונה הם יישומים טיפוסיים של Stellite 6. הקשיות שלו נופלת בדרך כלל בטווח Rockwell C 37-45, בהתאם למצב היציקה וטיפול החום שלאחר מכן, המספיק לרוב בעיות הבלאי השוחקים. בסביבות חמצון בטמפרטורה גבוהה, Stellite 6 יוצר גם שכבת תחמוצת הגנה המבוססת בעיקר על Cr₂O₃ ו-CoCr₂O4, עם קצב חמצון נמוך יותר מאשר Stellite 21.
איפה הגבולות מופיעים. לצפיפות הקרביד יש תופעת לוואי: תחת מחזוריות תרמית מהירה או הלם תרמי מקומי, הפרש ההתפשטות התרמית בין קרבידים למטריצה יכול להפוך לאתר התחלת סדק. עבור חלקים דקים, תכולת הפחמן והקרביד הגבוהה יותר יכולה גם להעלות את הסיכון להיסדק במהלך היציקה והעיבוד. זה לא אומר שלא ניתן להשתמש בסטלייט 6 במצבים אלה, אך כאשר עייפות תרמית היא מצב הכשל הדומיננטי, יש להעריך ברצינות חלופה.
Stellite 21: תכולת קרביד נמוכה יותר בתמורה לקשיחות ועמידות בפני עייפות תרמית
Stellite 21 עוקב אחר היגיון עיצובי אחר. תכולת הפחמן הנמוכה שלו ותוספת המוליבדן מפחיתה בחדות את חלקיק הנפח של הקרביד, ומשאירה את מטריצת התמיסה המוצקה של קובלט כשלב הנושא ביצועים מכניים.
התוצאה הישירה: קשיות בטמפרטורת החדר ועמידות בפני שחיקה טהורה נמוכים מ- Stellite 6, אך קשיחות, עמידות בפני זעזועים תרמיים ועמידות בפני עייפות תרמית טובים יותר. קשיות כפי-יציקה מדווחת בדרך כלל ב-HRC 30s הנמוך עד האמצעי, מתחת לזו של Stellite 6 (הערכים המדויקים תלויים בצורת המוצר ובמצב הבדיקה - אמת מול נתוני הספק לפני המפרט). היתרון שלו הוא לא שחיקת שוחקים מיותרת אלא שמירה על שלמות מבנית תחת רכיבה תרמית.
איפה זה מתאים. Stellite 21 שימש בלהבי טורבינת גז, שסתומים לעבודה חמה, מחברים בטמפרטורה גבוהה ושכבות ריתוך שצריכים לחצץ באי-התאמה של התפשטות תרמית. כאשר Stellite 6 משמש כשכבה עליונה ויש צורך בשכבת ביניים, Stellite 21 שימש היסטורית כחיץ כדי לרכך את הפרש ההתפשטות התרמית בין מצע הפלדה לשכבה העליונה של Stellite 6. מחקר על מצעי פלדה F91 עם שכבות חיץ Stellite 21, שהתיישנו ב-550-650 מעלות צלזיוס עד 8,760 שעות, מצא אובדן קשיחות השפעה משמעותית בממשק F91/S21, וזו הסיבה ששכבות חיץ מבוססות ניקל מועדפות יותר ויותר ביישום הספציפי הזה. זה ממחיש היטב את מיקומה של הסגסוגת: הערך שלה טמון בקשיחות בתנאים ספציפיים, לא בהחלפת Stellite 6 בכל מקום.
מגבלה שהתעלמה בקלות. לסטלייט 21 עמידות מוגבלת יחסית לשחיקת חלקיקים קשים. מכיוון שצפיפות הקרביד נמוכה, המטריצה מציעה פחות הגנה כאשר חלקיקים חדים פוגעים במהירות. תחת שחיקה בזווית נמוכה ובלאי שוחקים קשה, Stellite 21 היא בדרך כלל לא הבחירה הטובה ביותר.
מסלול בחירה מעשי
הנתיב הבא מבוסס על מאפייני הביצועים של שתי הסגסוגות. זה יכול לשמש כמדריך מיון ראשוני אך לא אמור להחליף הערכה הנדסית של היישום הספציפי.
הישען לכיוון Stellite 6 כאשר:
- מצב הכשל הדומיננטי הוא בלאי שוחק או דבק, ורכיבה תרמית אינה עומס גדול.
- לחלק יש חתך עבה, וניתן לנהל את הרגישות לפיצוח במהלך היציקה והעיבוד.
- טמפרטורת השירות גבוהה באווירה מחמצנת, ושכבת תחמוצת מגן היא חלק מהעיצוב.
- לאפליקציה יש היסטוריית Stellite 6 מבוססת עם נתוני כשל להתייחסות.
הישען לכיוון Stellite 21 כאשר:
- החלק עובר חימום וקירור מהירים חוזרים ונשנים, ופיצוח עייפות תרמית הוא סיכון ידוע.
- לחלק יש קירות דקים או שינויים פתאומיים בחתך, והקשיחות חשובה יותר מהקשיחות הגולמית.
- יש צורך בשכבת מעבר בין מצע פלדה למשטח קשיח כדי לחצץ אי התאמה של התפשטות תרמית (אך יש להעריך יציבות בטמפרטורה גבוהה לטווח ארוך).
- מנגנון הבלאי הוא בעיקר בלאי הזזה ממתכת למתכת או קוויטציה ולא שחיקה של חלקיקים קשים.
כאשר אף אחד מהם אינו מתאים נקי: אם היישום דורש גם עמידות בפני שחיקה גבוהה וגם עמידות בפני עייפות תרמית מצוינת, כדאי לשקול את Stellite 12 (פחמן גבוה יותר, עמידות בפני שחיקה גבוהה יותר) או משפחת Tribaloy של סגסוגות מחוזקות בין-מתכתיות, או שאולי צריך לטפל בניהול התרמי של החלק ברמת התכנון. כיוונים אלה חורגים מעבר להשוואה זו אך שייכים לסקירת בחירת חומר בשלב מוקדם.
מה לכלול בהצעת בקשה
לא משנה באיזו סגסוגת נבחרת, ספק יציקה ועיבוד שבבי זקוק בדרך כלל לפרטים הבאים לפני שהוא יכול לתת הצעת מחיר משמעותית:
- שרטוטי חלקים עם מידות מפתח ודרישות סובלנות.
- תנאי שירות: טווח טמפרטורה, בינוני וסוג עומס (בלאי, פגיעה, רכיבה תרמית).
- חיים צפויים או מצב כשל ידוע, עם חלק היסטורי אם זמין.
- תקן חומרי, למשל האם יש לעמוד ב-AMS 5387 או במפרט רלוונטי אחר.
- כמות, מכיוון שחלקים בודדים, קבוצות קטנות וכמויות ייצור מובילים לבחירות תהליכיות שונות.
עבור יציקות סגסוגת על בסיס קובלט, כדאי גם לאשר האם לספק יש יכולת פנימית מיציקה ועד לעיבוד גימור, מכיוון שהסגסוגות הללו מתקשות בצורה ניכרת וההעברה בין תהליכים משפיעה הן על העלות והן על זמן ההובלה.
