Kopsavilkums: Praktisks Stellite 6 un Stellite 21 salīdzinājums, izskaidrojot, kā oglekļa saturs un volframa un molibdēna attiecība veicina cietības un stingrības kompromisu.
Stellite 6 un Stellite 21 ir divi kobalta bāzes nodiluma sakausējumi, kas visbiežāk tiek salīdzināti viens ar otru. Izplatīts noklusējuma veids ir norādīt Stellite 6 ikreiz, kad rodas neskaidrības. Šim ieradumam ir saprātīgs pamats: Stellite 6 ir ilga lietojuma vēsture, labi dokumentēta darbība un nobriedusi apstrādes pieredze. Bet divās situācijās noklusējuma iestatījums var radīt nevajadzīgu risku: kad daļa redz strauju termisko ciklu vai termisko šoku, un ja daļai ir plānas sienas vai krasas sekciju izmaiņas.
Stellite 21 galvenokārt pastāv, lai novērstu Stellite 6 izturības ierobežojumus šādos apstākļos. Izpratne par kompromisu starp abiem ir noderīgāka nekā iegaumēšana, kurš no tiem ir “labāks”.
Kompozīcijas atšķirības veicina veiktspējas sadalījumu
Šo sakausējumu veiktspējas atšķirības ir saistītas ar divām kompozīcijas izvēlēm.
Oglekļa saturs. Stellite 6 satur ievērojami augstāku oglekļa līmeni. Saskaņā ar SAE AMS 5387 Stellite 6 lējumu nominālais sastāvs ir 60Co-29Cr-4,5 W, un ogleklis parasti ir 0,9–1,4% lietiem izstrādājumiem. Vairāk oglekļa nozīmē vairāk cietā karbīda nokrišņu, kas tieši palielina cietību un nodilumizturību. Stellite 21 satur daudz mazāku oglekļa saturu, tā nominālais sastāvs ir aptuveni C ~0,25%, Cr 25–30%, Mo 4,5–6,5%, Ni 1,5–3,5%, atlikums Co. Zemāks oglekļa daudzums nozīmē mazāku karbīda tilpuma daļu un mikrostruktūru, kurā dominē kobalta cietā šķīduma matrica.
Volframs pret molibdēnu. Stellite 6 izmanto volframu (W) kā galveno cieto šķīdumu stiprinātāju; Stellite 21 lielāko daļu volframa aizstāj ar molibdēnu (Mo). Molibdēnam ir aptuveni puse no volframa atomu svara, tāpēc tajā pašā svara procentos tas veido apmēram divreiz vairāk atomu. Molibdēnam ir arī spēcīgāka afinitāte pret oglekli, un tam ir tendence veicināt karbīda veidošanos. Tomēr Stellite 21 zemais oglekļa līmenis ierobežo šo efektu, un tīrais rezultāts ir ievērojami mazāks kopējais karbīda saturs nekā Stellite 6.
Šīs divas atšķirības kopā veido divus atšķirīgus veiktspējas profilus.
Stellite 6: karbīda blīvums apmaiņā pret nodilumizturību
Stellite 6 mikrostruktūra sastāv no cietā šķīduma matricas uz kobalta bāzes ar samērā blīvu cieto karbīda daļiņu sadalījumu. Šī struktūra labi darbojas zem abrazīva nodiluma.
Kur tas der. Vārstu blīvējuma virsmas, sūkņa uzmavas, vircas apstrādes komponenti un vispārēja nodiluma daļas zem mērena trieciena ir tipiski Stellite 6 lietojumi. Tās cietība parasti ir Rockwell C 37–45 diapazonā atkarībā no liešanas stāvokļa un turpmākās termiskās apstrādes, kas ir pietiekama lielākajai daļai abrazīvo nodiluma problēmu. Oksidējošās augstas temperatūras vidēs Stellite 6 veido arī aizsargājošu oksīda slāni, kura pamatā galvenokārt ir Cr₂O3 un CoCr₂O4, ar zemāku oksidācijas ātrumu nekā Stellite 21.
Kur parādās robežas. Karbīda blīvumam ir blakusparādība: ātras termiskās cikla vai lokāla termiskā trieciena gadījumā siltuma izplešanās atšķirība starp karbīdiem un matricu var kļūt par plaisas rašanās vietu. Plānas daļas daļām lielāks oglekļa un karbīda saturs var arī palielināt plaisāšanas risku liešanas un apstrādes laikā. Tas nenozīmē, ka Stellite 6 nevar izmantot šādās situācijās, taču, ja termiskais nogurums ir dominējošais atteices veids, nopietni jāizvērtē alternatīva.
Stellite 21: zemāks karbīda saturs apmaiņā pret stingrību un termisko noguruma izturību
Stellite 21 seko citai dizaina loģikai. Tā zemais oglekļa saturs un molibdēna pievienošana krasi samazina karbīda tilpuma daļu, atstājot kobalta cietā šķīduma matricu kā fāzi, kas nodrošina mehāniskās īpašības.
Tiešās sekas: Cietība istabas temperatūrā un tīra abrazīvā nodilumizturība ir zemāka nekā Stellite 6, bet stingrība, termiskā triecienizturība un termiskā noguruma izturība ir labāka. Lieto cietību parasti norāda HRC 30s no zemas līdz vidējai, kas ir zemāka par Stellite 6 (precīzās vērtības ir atkarīgas no izstrādājuma formas un testa stāvokļa — pirms precizēšanas pārbaudiet, pamatojoties uz piegādātāja datiem). Tās priekšrocība ir nevis abrazīvu nodilums, bet gan struktūras integritātes saglabāšana termiskās cikla laikā.
Kur tas der. Stellite 21 ir izmantots gāzes turbīnu lāpstiņām, karstās darba vārstiem, augstas temperatūras stiprinājumiem un metināšanas pārklājumiem, kuriem nepieciešams buferizēt termiskās izplešanās neatbilstību. Ja Stellite 6 kalpo kā augšējais slānis un ir nepieciešams starpslānis, Stellite 21 vēsturiski ir izmantots kā buferis, lai mīkstinātu siltuma izplešanās atšķirību starp tērauda pamatni un Stellite 6 augšējo slāni. Pētījumā par F91 tērauda substrātiem ar Stellite 21 bufera slāņiem, kas izturēti 550–650 °C temperatūrā līdz 8760 stundām, atklājās būtisks triecienizturības zudums F91/S21 saskarnē, tāpēc šajā konkrētajā lietojumā arvien vairāk tiek doti priekšroka uz niķeļa bāzes veidotiem bufera slāņiem. Tas labi ilustrē sakausējuma stāvokli: tā vērtība ir stingrība īpašos apstākļos, nevis Stellite 6 aizstāšana visur.
Viegli nepamanāms ierobežojums. Stellite 21 ir salīdzinoši ierobežota izturība pret cieto daļiņu eroziju. Tā kā karbīda blīvums ir zems, matrica nodrošina mazāku aizsardzību, kad asas daļiņas satriecas ātrumā. Zema leņķa erozijas un cieta abrazīvā nodiluma apstākļos Stellite 21 parasti nav labākā izvēle.
Praktisks atlases ceļš
Tālāk norādītais ceļš ir balstīts uz abu sakausējumu veiktspējas īpašībām. Tas var kalpot kā sākotnējās pārbaudes rokasgrāmata, taču tai nevajadzētu aizstāt konkrētā lietojuma inženiertehnisko novērtējumu.
Noliecieties uz Stellite 6, kad:
- Dominējošais atteices režīms ir abrazīvs vai adhezīvs nodilums, un termiskā cikliskums nav liela slodze.
- Detaļai ir bieza daļa, un plaisāšanas jutība liešanas un apstrādes laikā ir pārvaldāma.
- Ekspluatācijas temperatūra ir augsta oksidējošā atmosfērā, un aizsargājošs oksīda slānis ir daļa no konstrukcijas.
- Lietojumprogrammai ir izveidota Stellite 6 vēsture ar kļūmju datiem, uz kuriem var atsaukties.
Noliecieties uz Stellite 21, kad:
- Daļa tiek atkārtoti ātri uzsildīta un atdzesēta, un termiskā noguruma plaisāšana ir zināms risks.
- Daļai ir plānas sienas vai pēkšņas sekciju izmaiņas, un stingrība ir svarīgāka par neapstrādātu cietību.
- Ir nepieciešams pārejas slānis starp tērauda pamatni un cieto segumu, lai buferētu termiskās izplešanās neatbilstību (bet ir jānovērtē ilgtermiņa stabilitāte augstā temperatūrā).
- Nodiluma mehānisms galvenokārt ir metāla pret metālu slīdošs nodilums vai kavitācija, nevis cieto daļiņu erozija.
Ja neviens no tiem nav piemērots: Ja lietojumam ir nepieciešama gan augsta abrazīvā nodilumizturība, gan lieliska termiskā noguruma izturība, var būt vērts apsvērt Stellite 12 (augstāks oglekļa daudzums, lielāka nodilumizturība) vai ar starpmetālu stiprināto sakausējumu saimi Tribaloy, vai arī detaļas siltuma pārvaldība var būt jārisina dizaina līmenī. Šie norādījumi pārsniedz šo salīdzinājumu, bet ir iekļauti sākotnējā materiāla atlases pārskatā.
Ko iekļaut piedāvājumā
Neatkarīgi no tā, kurš sakausējums ir izvēlēts, liešanas un apstrādes piegādātājam parasti ir nepieciešams tālāk norādītais, lai tas varētu sniegt jēgpilnu cenu:
- Daļu rasējumi ar galvenajiem izmēriem un pielaides prasībām.
- Servisa nosacījumi: temperatūras diapazons, vidējais un slodzes veids (nolietojums, trieciens, termiskā cikliskums).
- Paredzamais kalpošanas laiks vai zināms atteices režīms, ar vēsturisku daļu, ja tāda ir pieejama.
- Materiāla standarts, piemēram, vai ir jāievēro AMS 5387 vai cita piemērojama specifikācija.
- Daudzums, jo atsevišķi gabali, mazas partijas un ražošanas apjomi rada dažādas procesa izvēles.
Uz kobalta bāzes izgatavotiem sakausējumu lējumiem ir arī vērts pārbaudīt, vai piegādātājam ir iekšējās iespējas, sākot no liešanas līdz apdares apstrādei, jo šie sakausējumi ievērojami sacietē un nodošana starp procesiem ietekmē gan izmaksas, gan izpildes laiku.
