Stop stellitowy to ogólne określenie szeregu stopów kobaltowo-chromowych, które są odporne na wysokie temperatury, zużycie i korozję. „Stellite” był pierwotnie patentem Grupy Deloro. W 2012 roku grupa Deloro Stellite została przejęta przez firmę Kennametal i stała się zarejestrowanym znakiem towarowym firmy Kennametal, używanym w odniesieniu do określonych stopów na bazie kobaltu.
Skład chemiczny stopu Stellit:
Stop stellitu należy do rodziny stopów na bazie kobaltu i zawiera głównie następujące pierwiastki podstawowe:
Kobalt (Co): Element matrycy, stanowiący około 50-65% całkowitej masy, zapewniający doskonałą wytrzymałość w wysokiej temperaturze i odporność na zmęczenie cieplne.
Chrom (Cr): jego zawartość wynosi zwykle od 25% do 33% i jest kluczem do utworzenia gęstej warstwy ochronnej tlenku chromu (Cr₂O₃), nadającej stopowi wyjątkową odporność na utlenianie i korozję w wysokiej temperaturze.
Wolfram (W) i molibden (Mo): Główne elementy wzmacniające w roztworze stałym. Część wolframu lub molibdenu łączy się z węglem, tworząc twarde węgliki, znacznie zwiększając twardość czerwoną i odporność stopu na zużycie.
Węgiel (C): Zawartość waha się pomiędzy 0,1% a 3,0%. Węgiel jest głównym pierwiastkiem w procesie powstawania węglików (takich jak MC, M₂₃C₆, M₇C₃), które są osadzone w osnowie kobaltu niczym stalowe pręty, tworząc „szkielet” stopu odpornego na zużycie.
Wzmocnienie stopu Stellitu wynika głównie z osnowy austenitycznej wzmocnionej roztworem stałym i węglikami rozmieszczonymi w osnowie. Ten unikalny mechanizm wzmacniający umożliwia stopowi Stellite bardzo powolny spadek wytrzymałości wraz ze wzrostem temperatury, co zapewnia mu wyjątkowo wysoką stabilność termiczną.
Główne gatunki i cechy stopu Stellite:
Seria odporna na zużycie
Stellite 1: gatunek o wysokiej zawartości węgla i wolframu, o twardości do HRC 48-55. Ma doskonałe właściwości przeciwzużyciowe i nadaje się do gniazd zaworów, łożysk i tulei odpornych na zużycie itp.
Stellite 4: Wysoka wytrzymałość, wysoka twardość. Nadaje się do matryc do tłoczenia na zimno, części zużywalnych o dużym naprężeniu itp.
Stellite 6: Najbardziej wszechstronny i klasyczny gatunek, znany jako „Jack wszelkiego rodzaju”. Ma idealną równowagę twardości (około HRC 40) i wytrzymałości, a także charakteryzuje się doskonałą odpornością na uderzenia, odpornością na korozję i odpornością na wysoką temperaturę. Jest szeroko stosowany w powierzchniach uszczelniających zaworów, zaworach silnika i różnych tulejach itp.
Stellite 12: Jego właściwości plasują się pomiędzy Stellite 1 i Stellite 6, przy twardości około HRC 45. Jest twardszy i bardziej odporny na zużycie niż Stellite 6 i nadaje się do zaworów wysokotemperaturowych i wysokociśnieniowych, zębów piłowych, popychaczy śrubowych i zaworów regulacyjnych.
Stellite 20: gatunek o wyjątkowo wysokiej twardości (około HRC 60), przeznaczony głównie do ekstremalnych warunków zużycia ściernego i jest często stosowany na tuleje łożysk, płyty odporne na zużycie i obrotowe pierścienie uszczelniające.
Stellite 100: Odporny na uderzenia i kawitację, przeznaczony głównie do ekstremalnych warunków zużycia ściernego, jest często stosowany w wirnikach pomp, łopatkach turbin i sprzęcie chemicznym.
Seria odporna na wysoką temperaturę/korozję
Stellite 21: Gatunek o niskiej zawartości węgla i zawartości molibdenu, charakteryzujący się doskonałą wytrzymałością i wyjątkową odpornością na szok termiczny. Łopatki turbin gazowych, zawory wysokotemperaturowe, komponenty przemysłu nuklearnego.
Stellite 31 (X-40): Zawiera nikiel, charakteryzuje się doskonałą wytrzymałością w wysokiej temperaturze i odpornością na zmęczenie cieplne i od dawna jest stosowany jako materiał na łopatki kierujące w silnikach lotniczych i elementach turbin gazowych.
Stellite 25: Niska zawartość węgla, doskonała odporność na zmęczenie cieplne, utlenianie i siarczkowanie, odpowiedni na elementy komory spalania.
Specjalna seria wydajności
Tribaloy T-400: Wysoka zawartość molibdenu, doskonałe właściwości samosmarujące w wysokich temperaturach, osiągające samosmarowanie w wysokiej temperaturze poprzez fazę Lavesa, szczególnie odpowiedni do zasuw i bezolejowych komponentów smarujących w mediach o wysokiej temperaturze i wysoce korozyjnych.
Tribaloy T-800: Wysoka zawartość molibdenu i chromu, lepsza odporność na zużycie niż T-400, odpowiednia do bardziej wymagających środowisk o wysokiej korozyjności i wysokiej temperaturze.
Zalety i wady stopu stellitu
Zalety
Wyjątkowa twardość w kolorze czerwonym: Najbardziej charakterystyczną cechą stopu Stellite jest to, że może on utrzymać wysoką twardość i wytrzymałość nawet w wysokich temperaturach w zakresie od 650 do 1000 ℃. Jego węgliki nie rozpuszczają się ponownie aż do temperatury 1100 ℃, co jest trudne do osiągnięcia w przypadku wielu materiałów na bazie żelaza i niklu.
Kompleksowa odporność na korozję: Wysoka zawartość chromu umożliwia utworzenie stabilnej warstwy pasywacyjnej w różnych mediach korozyjnych, w tym w wodzie morskiej, kwasie siarkowym, kwasie azotowym i gazie o wysokiej temperaturze, wykazując doskonałą odporność zarówno na korozję równomierną, jak i lokalną. Szczególnie pod względem odporności na korozję termiczną (taką jak siarczkowanie) stopy stellitu są często lepsze od stopów na bazie niklu ze względu na wyższą temperaturę topnienia siarczków kobaltu.
Wyjątkowa odporność na zużycie: niezależnie od tego, czy jest to zużycie spowodowane tarciem międzymetalicznym (zużycie adhezyjne), czy zużycie erozyjne spowodowane płynami zawierającymi cząstki, stop Stellite sprawdza się wyjątkowo dobrze. Ma niski współczynnik tarcia i silną zdolność zapobiegania zadrapaniom.
Doskonała odporność na zmęczenie cieplne: wytrzymuje drastyczne zmiany temperatury (szok termiczny) bez pękania, dzięki czemu doskonale nadaje się do częstych warunków uruchamiania i zatrzymywania zaworów, form itp.
Wada
Niewystarczająca wytrzymałość w średniej temperaturze: W średnich temperaturach (takich jak 600-800 ℃) wytrzymałość stopów stellitu wynosi zwykle tylko 50-75% wytrzymałości stopów na bazie niklu ze względu na brak spójnych faz wzmacniających.
Wysoka trudność przetwarzania: Ze względu na wysoką twardość i wysoką wytrzymałość obróbka skrawaniem stopu Stellit jest niezwykle trudna. Zwykle można zastosować jedynie szlifowanie lub specjalne metody przetwarzania, co skutkuje wysokimi kosztami produkcji części.
Niedobór zasobów: Kobalt jest ważnym zasobem strategicznym. Jego globalne rezerwy są ograniczone i nierównomiernie rozłożone, co prowadzi do wysokiej ceny stopu Stellite. W pewnym stopniu ogranicza to jego zastosowanie na dużą skalę.
Ograniczona odporność na utlenianie: Pomimo doskonałej odporności na korozję termiczną, odporność na utlenianie stopów stellitu w czystych środowiskach utleniania w wysokiej temperaturze jest zwykle niższa niż stopów na bazie niklu.
