Stellietlegering is een algemene term voor een reeks kobalt-chroomlegeringen die bestand zijn tegen hoge temperaturen, slijtage en corrosie. "Stellite" was oorspronkelijk een patent van de Deloro Group. In 2012 werd de Deloro Stellite Group overgenomen door Kennametal en werd het een geregistreerd handelsmerk van Kennametal, dat wordt gebruikt om te verwijzen naar specifieke op kobalt gebaseerde legeringen.
De chemische samenstelling van Stellietlegering:
Stellietlegeringen behoren tot de familie van op kobalt gebaseerde legeringen en bevatten hoofdzakelijk de volgende kernelementen:
Kobalt (Co): Een matrixelement, goed voor ongeveer 50-65% van het totale gewicht, dat uitstekende sterkte bij hoge temperaturen en thermische vermoeidheidsweerstand biedt.
Chroom (Cr): Het gehalte ligt doorgaans tussen 25% en 33%, en het is de sleutel tot het vormen van een dichte beschermende laag chroomoxide (Cr₂O₃), waardoor de legering uitstekende weerstand biedt tegen oxidatie en corrosie bij hoge temperaturen.
Wolfraam (W) en molybdeen (Mo): de belangrijkste versterkende elementen voor vaste oplossingen. Een deel van het wolfraam of molybdeen zal zich met koolstof verbinden om harde carbiden te vormen, waardoor de rode hardheid en slijtvastheid van de legering aanzienlijk worden verbeterd.
Koolstof (C): Het gehalte schommelt tussen 0,1% en 3,0%. Koolstof is het kernelement bij de vorming van carbiden (zoals MC, M₂₃C₆, M₇C₃), die als stalen staven in de kobaltmatrix zijn ingebed en het "skelet" vormen voor de legering om slijtage te weerstaan.
De versterking van de Stellietlegering komt voornamelijk van de austenietmatrix, versterkt door een vaste oplossing en de carbiden die in de matrix zijn verdeeld. Dit unieke versterkingsmechanisme zorgt ervoor dat de Stelliet-legering een zeer langzame afname in sterkte ervaart naarmate de temperatuur stijgt, waardoor deze een extreem hoge thermische stabiliteit krijgt.
De belangrijkste kwaliteiten en kenmerken van Stellietlegering:
Slijtvaste serie
Stelliet 1: Een koolstof- en wolfraamkwaliteit met een hardheid tot HRC 48-55. Het heeft uitstekende anti-slijtageprestaties en is geschikt voor klepzittingen, lagers en slijtvaste voeringen, enz.
Stelliet 4: Hoge sterkte, hoge hardheid. Het is geschikt voor koudstansmatrijzen, slijtdelen onder hoge spanning, enz.
Stelliet 6: Het meest veelzijdige en klassieke type, het staat bekend als de "Jack of all kinds". Het heeft een perfecte balans tussen hardheid (ongeveer HRC 40) en taaiheid, en beschikt ook over uitstekende slagvastheid, corrosieweerstand en weerstand tegen hoge temperaturen. Het wordt veel gebruikt in klepafdichtingsoppervlakken, motorkleppen en diverse bussen, enz.
Stelliet 12: De prestaties liggen tussen die van Stelliet 1 en Stelliet 6, met een hardheid van ongeveer HRC 45. Het is harder en slijtvaster dan Stelliet 6 en is geschikt voor hogetemperatuur- en hogedrukkleppen, zaagtanden, schroefstoterstangen en regelkleppen.
Stelliet 20: Een kwaliteit met extreem hoge hardheid (ongeveer HRC 60), voornamelijk ontworpen voor extreme abrasieve slijtageomstandigheden, en wordt vaak gebruikt in lagerbussen, slijtvaste platen en roterende afdichtingsringen.
Stellite 100: Slagvast en cavitatiebestendig, voornamelijk ontworpen voor extreme schurende slijtageomstandigheden. Het wordt vaak gebruikt in pompwaaiers, turbinebladen en chemische apparatuur.
Hoge temperatuur/corrosiebestendige serie
Stelliet 21: Een molybdeenhoudende kwaliteit met een laag koolstofgehalte, uitstekende taaiheid en uitstekende thermische schokbestendigheid. Gasturbinebladen, hogetemperatuurkleppen, componenten van de nucleaire industrie.
Stelliet 31 (X-40): Het bevat nikkel, heeft een uitstekende sterkte bij hoge temperaturen en is bestand tegen thermische vermoeiing, en wordt al lang gebruikt als materiaal voor leischoepen in vliegtuigmotoren en componenten van gasturbines.
Stelliet 25: Laag koolstofgehalte, met uitstekende weerstand tegen thermische vermoeidheid, oxidatie en sulfidatie, geschikt voor onderdelen van de verbrandingskamer.
Speciale prestatieserie
Tribaloy T-400: Hoog molybdeengehalte, uitstekende zelfsmerende eigenschappen bij hoge temperaturen, waardoor zelfsmering bij hoge temperaturen wordt bereikt via de Laves-fase, met name geschikt voor schuifafsluiters en olievrije smeercomponenten in hoge temperatuur en zeer corrosieve media.
Tribaloy T-800: Hoog molybdeen en hoog chroomgehalte, met betere slijtvastheid dan T-400, geschikt voor veeleisende, zeer corrosieve omgevingen en omgevingen met hoge temperaturen.
Voor- en nadelen van Stellietlegering
Voordelen
Uitstekende rode hardheid: het meest opvallende kenmerk van de Stelliet-legering is dat deze een hoge hardheid en sterkte kan behouden, zelfs bij hoge temperaturen van 650 tot 1000 ℃. De carbiden lossen pas opnieuw op tot een temperatuur van 1100 ℃, wat voor veel materialen op ijzer- en nikkelbasis moeilijk te bereiken is.
Uitgebreide corrosieweerstand: het hoge chroomgehalte maakt het mogelijk een stabiele passivatiefilm te vormen in verschillende corrosieve media, waaronder zeewater, zwavelzuur, salpeterzuur en hogetemperatuurgas, wat een uitstekende weerstand tegen zowel uniforme als lokale corrosie aantoont. Vooral in termen van weerstand tegen thermische corrosie (zoals sulfidatie) zijn Stellietlegeringen vaak superieur aan legeringen op nikkelbasis vanwege het hogere smeltpunt van kobaltsulfiden.
Uitstekende slijtvastheid: Of het nu gaat om intermetallische wrijvingsslijtage (adhesieve slijtage) of erosieslijtage veroorzaakt door vloeistoffen die deeltjes bevatten, de Stellietlegering presteert uitzonderlijk goed. Het heeft een lage wrijvingscoëfficiënt en een sterk antikrasvermogen.
Uitstekende weerstand tegen thermische vermoeidheid: het is bestand tegen drastische temperatuurveranderingen (thermische schokken) zonder te barsten, waardoor het zeer geschikt is voor frequente start-stop-omstandigheden van kleppen, mallen, enz.
Nadeel
Onvoldoende sterkte bij gemiddelde temperaturen: Bij gemiddelde temperaturen (zoals 600-800 ℃) bedraagt de sterkte van stellietlegeringen doorgaans slechts 50-75% van die van legeringen op nikkelbasis vanwege het ontbreken van coherente versterkingsfasen.
Hoge verwerkingsmoeilijkheden: vanwege de hoge hardheid en hoge taaiheid is de snijverwerking van Stellietlegeringen uiterst moeilijk. Meestal kunnen alleen slijp- of speciale verwerkingsmethoden worden toegepast, wat resulteert in hoge productiekosten voor onderdelen.
Hulpbronnenschaarste: Kobalt is een belangrijke strategische hulpbron. De mondiale reserves zijn beperkt en ongelijk verdeeld, wat leidt tot de hoge prijs van stellietlegeringen. Dit beperkt tot op zekere hoogte de grootschalige toepassing ervan.
Beperkte oxidatieweerstand: Ondanks de uitstekende weerstand tegen thermische corrosie, is de oxidatieweerstand van stellietlegeringen in zuivere oxidatieomgevingen bij hoge temperaturen gewoonlijk lager dan die van op nikkel gebaseerde legeringen.
