Stellite 6 대 Stellite 21: 경도, 인성 및 귀하의 응용 분야에 적합한 코발트 합금

2026-10-22

요약: Stellite 6과 Stellite 21의 실제 비교로 탄소 함량과 텅스텐 대 몰리브덴이 어떻게 경도와 인성 균형을 이루는지 설명합니다.

Stellite 6과 Stellite 21은 서로 가장 자주 비교되는 두 가지 코발트 기반 마모 합금입니다. 일반적인 기본값은 불확실성이 있을 때마다 Stellite 6을 지정하는 것입니다. 이러한 습관에는 합리적인 근거가 있습니다. Stellite 6은 오랜 응용 프로그램 기록, 잘 문서화된 동작 및 성숙한 처리 경험을 가지고 있습니다. 그러나 두 가지 상황에서는 기본값으로 인해 불필요한 위험이 발생할 수 있습니다. 즉, 부품에 급격한 열 순환이나 열충격이 발생하는 경우와 부품의 벽이 얇거나 단면이 급격하게 변경되는 경우입니다.

Stellite 21은 주로 이러한 조건에서 Stellite 6의 인성 한계를 해결하기 위해 존재합니다. 어느 쪽이 더 나은지 기억하는 것보다 둘 사이의 장단점을 이해하는 것이 더 유용합니다.

구성 차이로 인해 성능 분할이 발생합니다.

이러한 합금 간의 성능 차이는 두 가지 구성 선택으로 귀결됩니다.

탄소 함량. Stellite 6은 탄소 수준이 상당히 높습니다. SAE AMS 5387에 따라 Stellite 6 주물은 60Co-29Cr-4.5W의 공칭 조성을 가지며, 탄소는 일반적으로 주조 제품의 경우 0.9~1.4% 범위에 있습니다. 탄소가 많을수록 단단한 탄화물 석출이 많아져 경도와 내마모성이 직접적으로 향상됩니다. Stellite 21은 탄소가 훨씬 낮으며 대략 C ~0.25%, Cr 25~30%, Mo 4.5~6.5%, Ni 1.5~3.5%, 나머지 Co의 공칭 조성을 갖습니다. 낮은 탄소는 낮은 탄화물 부피 분율과 코발트 고용체 매트릭스가 지배하는 미세 구조를 의미합니다.

텅스텐 대 몰리브덴. Stellite 6는 텅스텐(W)을 주요 고용 강화제로 사용합니다. Stellite 21은 텅스텐의 대부분을 몰리브덴(Mo)으로 대체합니다. 몰리브덴은 텅스텐의 원자량의 약 절반을 가지므로 동일한 중량 비율에서 약 두 배의 원자를 차지합니다. 몰리브덴은 또한 탄소에 대한 친화력이 더 강하고 탄화물 형성을 촉진하는 경향이 있습니다. 그러나 Stellite 21에서는 낮은 탄소 수준으로 인해 이러한 효과가 제한되며 최종 결과는 Stellite 6보다 총 탄화물 함량이 상당히 낮습니다.

이러한 두 가지 차이점이 합쳐져 두 가지 서로 다른 성능 프로필이 생성됩니다.

Stellite 6: 내마모성을 대신한 탄화물 밀도

Stellite 6의 미세 구조는 경질 탄화물 입자가 상대적으로 조밀하게 분포된 코발트 기반 고용체 매트릭스로 구성됩니다. 이 구조는 연마 마모에도 잘 작동합니다.

그것이 맞는 곳. 밸브 밀봉면, 펌프 슬리브, 슬러리 처리 구성 요소 및 적당한 충격을 받는 일반 마모 부품은 일반적인 Stellite 6 응용 분야입니다. 경도는 일반적으로 주조 조건 및 후속 열처리에 따라 Rockwell C 37-45 범위에 속하며 이는 대부분의 연마 마모 문제에 충분합니다. Stellite 6은 고온 산화 환경에서도 주로 Cr2O₃ 및 CoCr2O₄를 기반으로 보호 산화물 층을 형성하며 Stellite 21보다 산화 속도가 낮습니다.

한계가 나타나는 곳. 탄화물 밀도에는 부작용이 있습니다. 급속한 열 순환 또는 국부적인 열 충격 하에서 탄화물과 매트릭스 사이의 열팽창 차이가 균열 시작 지점이 될 수 있습니다. 얇은 단면 부품의 경우 탄소 및 탄화물 함량이 높을수록 주조 및 가공 중에 균열이 발생할 위험이 높아질 수도 있습니다. 이는 이러한 상황에서 Stellite 6을 사용할 수 없다는 의미는 아니지만 열 피로가 주요 고장 모드인 경우 대안을 심각하게 평가해야 합니다.

Stellite 21: 인성 및 열 피로 저항 대신 낮은 탄화물 함량

Stellite 21은 다른 설계 논리를 따릅니다. 낮은 탄소 함량과 몰리브덴 첨가는 탄화물 부피 분율을 급격히 감소시켜 코발트 고용체 매트릭스를 기계적 성능을 전달하는 상으로 남겨둡니다.

직접적인 결과: 상온 경도와 순수 연마 마모 저항은 Stellite 6보다 낮지만 인성, 열 충격 저항 및 열 피로 저항은 더 좋습니다. 주조 경도는 일반적으로 Stellite 6보다 낮은 중저 HRC 30으로 보고됩니다(정확한 값은 제품 형태 및 테스트 조건에 따라 다름 - 지정하기 전에 공급업체 데이터를 통해 확인하십시오). 그 장점은 마모되지 않는 연마재가 아니라 열 순환 하에서 구조적 무결성을 유지한다는 것입니다.

그것이 맞는 곳. Stellite 21은 열팽창 불일치를 완충해야 하는 가스 터빈 블레이드, 열간 작동 밸브, 고온 패스너 및 용접 오버레이에 사용되었습니다. Stellite 6이 최상층 역할을 하고 중간층이 필요한 경우, Stellite 21은 역사적으로 강철 기판과 Stellite 6 최상층 사이의 열팽창 차이를 완화하기 위한 완충제로 사용되었습니다. 550~650°C에서 최대 8,760시간 동안 노화된 Stellite 21 버퍼층이 있는 F91 강철 기판에 대한 연구에서는 F91/S21 인터페이스에서 상당한 충격 인성 손실이 발견되었으며, 이는 특정 응용 분야에서 니켈 기반 버퍼층이 점점 더 선호되는 이유입니다. 이는 합금의 위치를 잘 보여줍니다. 그 가치는 Stellite 6을 모든 곳에서 대체하는 것이 아니라 특정 조건에서의 인성에 있습니다.

Stellite 21 열 피로 응용 분야에 적합한 정밀 주조 밸브 본체

쉽게 간과되는 한계. Stellite 21은 경질 입자 침식에 대한 저항이 상대적으로 제한되어 있습니다. 탄화물 밀도가 낮기 때문에 날카로운 입자가 빠른 속도로 충돌할 때 매트릭스의 보호 기능이 떨어집니다. 낮은 각도의 침식과 단단한 연마 마모의 경우 Stellite 21은 일반적으로 최선의 선택이 아닙니다.

실용적인 선택 경로

다음 경로는 두 합금의 성능 특성을 기반으로 합니다. 이는 초기 선별 가이드 역할을 할 수 있지만 특정 응용 프로그램에 대한 엔지니어링 평가를 대체해서는 안 됩니다.

다음과 같은 경우 Stellite 6을 사용하세요.

주된 고장 모드는 마모 또는 접착 마모이며 열 순환은 주요 부하가 아닙니다.
부품의 단면이 두꺼워서 주조 및 가공 시 균열 민감도를 관리할 수 있습니다.
산화 분위기에서는 서비스 온도가 높으며 보호 산화물 층이 설계의 일부입니다.
애플리케이션에는 참조할 실패 데이터가 포함된 Stellite 6 기록이 확립되어 있습니다.

다음과 같은 경우 Stellite 21을 선택하세요.

부품은 반복적으로 급속 가열 및 냉각을 거치며 열 피로 균열은 알려진 위험입니다.
부품의 벽이 얇거나 단면이 급격하게 변하는 경우에는 원래의 경도보다 인성이 더 중요합니다.
열팽창 불일치를 완충하기 위해 강철 기판과 하드 페이싱 사이에 전이층이 필요합니다(그러나 장기적인 고온 안정성을 평가해야 합니다).
마모 메커니즘은 경질 입자 침식보다는 주로 금속 간 슬라이딩 마모 또는 캐비테이션입니다.

어느 쪽도 적합하지 않은 경우: 응용 분야에서 높은 내마모성과 뛰어난 열 피로 저항성이 모두 요구되는 경우 Stellite 12(더 높은 탄소, 더 높은 내마모성) 또는 금속간 강화 합금인 Tribaloy 제품군을 고려해 볼 가치가 있거나 부품의 열 관리를 설계 수준에서 해결해야 할 수 있습니다. 이러한 지침은 이러한 비교를 넘어서지만 초기 단계의 재료 선택 검토에 속합니다.