Ringkasan: Perbandingan praktikal Stellite 6 dan Stellite 21, menerangkan cara kandungan karbon dan tungsten-berbanding-molibdenum memacu pertukaran kekerasan dan keliatan.
Stellite 6 dan Stellite 21 ialah dua aloi haus berasaskan kobalt yang paling kerap dibandingkan antara satu sama lain. Lalai biasa adalah untuk menentukan Stellite 6 apabila terdapat ketidakpastian. Tabiat itu mempunyai asas yang munasabah: Stellite 6 mempunyai sejarah aplikasi yang panjang, tingkah laku yang didokumentasikan dengan baik dan pengalaman pemprosesan yang matang. Tetapi dalam dua keadaan lalai boleh menyebabkan risiko yang tidak perlu: apabila bahagian itu melihat kitaran haba yang cepat atau kejutan haba, dan apabila bahagian itu mempunyai dinding nipis atau bahagian yang berubah secara mendadak.
Stellite 21 wujud sebahagian besarnya untuk menangani had keliatan Stellite 6 dalam keadaan tersebut. Memahami pertukaran antara kedua-duanya adalah lebih berguna daripada menghafal yang mana satu "lebih baik."
Perbezaan komposisi mendorong perpecahan prestasi
Jurang prestasi antara aloi ini datang kepada dua pilihan komposisi.
Kandungan karbon. Stellite 6 membawa paras karbon yang jauh lebih tinggi. Di bawah SAE AMS 5387, tuangan Stellite 6 mempunyai komposisi nominal 60Co-29Cr-4.5W, dengan karbon biasanya dalam julat 0.9–1.4% untuk produk tuang. Lebih banyak karbon bermakna lebih banyak pemendakan karbida keras, yang secara langsung meningkatkan kekerasan dan rintangan haus. Stellite 21 mempunyai karbon yang jauh lebih rendah, dengan komposisi nominal kira-kira C ~0.25%, Cr 25–30%, Mo 4.5–6.5%, Ni 1.5–3.5%, keseimbangan Co. Karbon rendah bermaksud pecahan isipadu karbida yang lebih rendah dan struktur mikro yang dikuasai oleh matriks larutan pepejal kobalt.
Tungsten berbanding molibdenum. Stellite 6 menggunakan tungsten (W) sebagai pengukuh larutan pepejal utamanya; Stellite 21 menggantikan kebanyakan tungsten itu dengan molibdenum (Mo). Molibdenum mempunyai kira-kira separuh berat atom tungsten, jadi pada peratusan berat yang sama ia menyumbang kira-kira dua kali lebih banyak atom. Molibdenum juga mempunyai pertalian yang lebih kuat untuk karbon dan cenderung untuk menggalakkan pembentukan karbida. Walau bagaimanapun, dalam Stellite 21, paras karbon rendah mengehadkan kesan itu, dan hasil bersihnya ialah jumlah kandungan karbida yang jauh lebih rendah daripada Stellite 6.
Bersama-sama, kedua-dua perbezaan ini menghasilkan dua profil prestasi yang berbeza.
Stellite 6: ketumpatan karbida sebagai pertukaran untuk rintangan haus
Struktur mikro Stellite 6 terdiri daripada matriks larutan pepejal berasaskan kobalt dengan taburan zarah karbida keras yang agak padat. Struktur ini berfungsi dengan baik di bawah haus yang melelas.
Di mana ia sesuai. Muka pengedap injap, lengan pam, komponen pengendalian buburan dan bahagian haus am di bawah kesan sederhana adalah aplikasi Stellite 6 biasa. Kekerasannya biasanya jatuh dalam julat Rockwell C 37–45, bergantung pada keadaan tuangan dan rawatan haba seterusnya, yang mencukupi untuk kebanyakan masalah haus yang melelas. Dalam persekitaran suhu tinggi yang mengoksida, Stellite 6 juga membentuk lapisan oksida pelindung berdasarkan terutamanya pada Cr₂O₃ dan CoCr₂O₄, dengan kadar pengoksidaan yang lebih rendah daripada Stellite 21.
Di mana had muncul. Ketumpatan karbida mempunyai kesan sampingan: di bawah kitaran haba pantas atau kejutan haba setempat, perbezaan pengembangan haba antara karbida dan matriks boleh menjadi tapak permulaan retak. Untuk bahagian keratan nipis, kandungan karbon dan karbida yang lebih tinggi juga boleh meningkatkan risiko keretakan semasa penuangan dan pemesinan. Ini tidak bermakna Stellite 6 tidak boleh digunakan dalam situasi ini, tetapi apabila keletihan haba adalah mod kegagalan yang dominan, alternatif harus dinilai dengan serius.
Stellite 21: kandungan karbida yang lebih rendah sebagai pertukaran untuk keliatan dan rintangan lesu terma
Stellite 21 mengikut logik reka bentuk yang berbeza. Kandungan karbonnya yang rendah dan penambahan molibdenum secara mendadak mengurangkan pecahan isipadu karbida, menjadikan matriks larutan pepejal kobalt sebagai fasa yang membawa prestasi mekanikal.
Akibat langsung: kekerasan suhu bilik dan rintangan haus kasar tulen adalah lebih rendah daripada Stellite 6, tetapi keliatan, rintangan kejutan haba dan rintangan keletihan haba adalah lebih baik. Kekerasan as-cast biasanya dilaporkan dalam HRC 30s rendah hingga pertengahan, di bawah Stellite 6 (nilai tepat bergantung pada bentuk produk dan keadaan ujian — sahkan terhadap data pembekal sebelum menyatakan). Kelebihannya bukan pelelas haus tetapi mengekalkan integriti struktur di bawah kitaran haba.
Di mana ia sesuai. Stellite 21 telah digunakan dalam bilah turbin gas, injap kerja panas, pengikat suhu tinggi dan tindanan kimpal yang perlu menampan ketidakpadanan pengembangan haba. Di mana Stellite 6 berfungsi sebagai lapisan atas dan lapisan perantaraan diperlukan, Stellite 21 secara sejarah telah digunakan sebagai penampan untuk melembutkan perbezaan pengembangan haba antara substrat keluli dan lapisan atas Stellite 6. Satu kajian ke atas substrat keluli F91 dengan lapisan penimbal Stellite 21, berumur pada 550–650°C sehingga 8,760 jam, mendapati kehilangan keliatan impak yang ketara pada antara muka F91/S21, itulah sebabnya lapisan penimbal berasaskan nikel semakin diutamakan dalam aplikasi khusus tersebut. Ini menggambarkan kedudukan aloi dengan baik: nilainya terletak pada keliatan dalam keadaan tertentu, bukan dalam menggantikan Stellite 6 di mana-mana sahaja.
Batasan yang mudah diabaikan. Stellite 21 mempunyai rintangan yang agak terhad kepada hakisan zarah keras. Kerana ketumpatan karbida adalah rendah, matriks menawarkan kurang perlindungan apabila zarah tajam menyerang pada kelajuan. Di bawah hakisan sudut rendah dan haus kasar yang keras, Stellite 21 biasanya bukan pilihan terbaik.
Laluan pemilihan praktikal
Laluan berikut adalah berdasarkan ciri prestasi kedua-dua aloi. Ia boleh berfungsi sebagai panduan penyaringan awal tetapi tidak seharusnya menggantikan penilaian kejuruteraan bagi aplikasi tertentu.
Condong ke arah Stellite 6 apabila:
- Mod kegagalan yang dominan ialah haus kasar atau pelekat, dan kitaran haba bukanlah beban utama.
- Bahagian itu mempunyai bahagian yang tebal, dan kepekaan retak semasa penuangan dan pemesinan boleh diurus.
- Suhu perkhidmatan adalah tinggi dalam suasana pengoksidaan, dan lapisan oksida pelindung adalah sebahagian daripada reka bentuk.
- Aplikasi ini mempunyai sejarah Stellite 6 yang mantap dengan data kegagalan untuk dirujuk.
Condong ke arah Stellite 21 apabila:
- Bahagian mengalami pemanasan dan penyejukan pantas berulang, dan keretakan keletihan haba adalah risiko yang diketahui.
- Bahagian itu mempunyai dinding nipis atau perubahan bahagian yang mendadak, dan keliatan lebih penting daripada kekerasan mentah.
- Lapisan peralihan diperlukan antara substrat keluli dan permukaan keras untuk menampan ketidakpadanan pengembangan terma (tetapi kestabilan suhu tinggi jangka panjang mesti dinilai).
- Mekanisme haus terutamanya adalah haus gelongsor logam-ke-logam atau peronggaan dan bukannya hakisan zarah keras.
Apabila kedua-duanya tidak sesuai: Jika aplikasi memerlukan kedua-dua rintangan haus kasar yang tinggi dan rintangan lesu haba yang sangat baik, Stellite 12 (karbon yang lebih tinggi, rintangan haus yang lebih tinggi) atau keluarga Tribaloy aloi yang dikuatkan antara logam mungkin patut dipertimbangkan, atau pengurusan terma bahagian mungkin perlu ditangani pada peringkat reka bentuk. Arahan ini melangkaui perbandingan ini tetapi tergolong dalam semakan pemilihan bahan peringkat awal.
Perkara yang perlu disertakan dalam RFQ
Mana-mana aloi yang dipilih, pembekal tuangan dan pemesinan biasanya memerlukan perkara berikut sebelum ia boleh memberikan sebut harga yang bermakna:
- Lukisan bahagian dengan dimensi utama dan keperluan toleransi.
- Syarat perkhidmatan: julat suhu, sederhana dan jenis beban (haus, hentaman, kitaran haba).
- Jangka hayat atau mod kegagalan yang diketahui, dengan bahagian sejarah jika ada.
- Standard bahan, contohnya sama ada AMS 5387 atau spesifikasi lain yang berkenaan mesti dipenuhi.
- Kuantiti, kerana kepingan tunggal, kelompok kecil dan volum pengeluaran membawa kepada pilihan proses yang berbeza.
Untuk tuangan aloi berasaskan kobalt, ia juga bernilai mengesahkan sama ada pembekal mempunyai keupayaan dalaman daripada tuangan melalui pemesinan penamat, kerana aloi ini berfungsi-mengeras dengan ketara dan serahan antara proses menjejaskan kedua-dua kos dan masa pendahuluan.
