Rezumat: O comparație practică între Stellite 6 și Stellite 21, care explică modul în care conținutul de carbon și tungsten-versus-molibden determină compromisul dintre duritate și duritate.
Stellite 6 și Stellite 21 sunt cele două aliaje de uzură pe bază de cobalt în comparație cel mai adesea unul cu celălalt. O implicită obișnuită este specificarea Stellite 6 ori de câte ori există incertitudine. Acest obicei are o bază rezonabilă: Stellite 6 are un istoric lung de aplicații, un comportament bine documentat și o experiență matură de procesare. Dar în două situații implicit poate introduce un risc inutil: atunci când piesa vede cicluri termice rapide sau șoc termic și când piesa are pereți subțiri sau modificări bruște de secțiune.
Stellite 21 există în mare măsură pentru a aborda limitarea de duritate a Stellite 6 în acele condiții. Înțelegerea compromisului dintre cele două este mai utilă decât memorarea care dintre ele este „mai bună”.
Diferențele de compoziție determină împărțirea performanței
Diferența de performanță dintre aceste aliaje se rezumă la două opțiuni de compoziție.
Conținut de carbon. Stellitul 6 poartă un nivel de carbon semnificativ mai ridicat. Conform SAE AMS 5387, piesele turnate Stellite 6 au o compoziție nominală de 60Co-29Cr-4,5W, cu carbon de obicei în intervalul 0,9-1,4% pentru produsele turnate. Mai mult carbon înseamnă mai multă precipitare a carburilor dure, ceea ce crește direct duritatea și rezistența la uzură. Stellitul 21 are carbon mult mai mic, cu o compoziție nominală de aproximativ C ~ 0,25%, Cr 25–30%, Mo 4,5–6,5%, Ni 1,5–3,5%, echilibru Co. Carbonul mai scăzut înseamnă o fracție de volum mai mică de carbură și o microstructură dominată de matricea de soluție solidă de cobalt.
Tungsten versus molibden. Stellite 6 folosește wolfram (W) ca principal întăritor de soluție solidă; Stellitul 21 înlocuiește cea mai mare parte a tungstenului cu molibden (Mo). Molibdenul are aproximativ jumătate din greutatea atomică a wolframului, astfel încât la același procent de greutate contribuie cu aproximativ de două ori mai mulți atomi. Molibdenul are, de asemenea, o afinitate mai puternică pentru carbon și tinde să promoveze formarea carburilor. În Stellite 21, totuși, nivelul scăzut de carbon limitează acest efect, iar rezultatul net este un conținut total de carburi substanțial mai mic decât Stellite 6.
Împreună, aceste două diferențe produc două profiluri de performanță distincte.
Stellit 6: densitate de carbură în schimbul rezistenței la uzură
Microstructura Stellite 6 constă dintr-o matrice de soluție solidă pe bază de cobalt, cu o distribuție relativ densă a particulelor de carbură tare. Această structură funcționează bine sub uzură abrazivă.
Unde se potrivește. Fețele de etanșare a supapelor, manșoanele pompelor, componentele de manipulare a nămolului și piesele de uzură generală sub impact moderat sunt aplicații tipice Stellite 6. Duritatea sa se încadrează de obicei în intervalul Rockwell C 37–45, în funcție de starea de turnare și de tratamentul termic ulterior, care este suficient pentru majoritatea problemelor de uzură abrazivă. În mediile oxidante cu temperatură înaltă, Stellitul 6 formează, de asemenea, un strat protector de oxid pe bază în principal de Cr₂O₃ și CoCr₂O₄, cu o rată de oxidare mai mică decât Stellitul 21.
Unde apar limitele. Densitatea carburilor are un efect secundar: sub cicluri termice rapide sau șoc termic localizat, diferența de dilatare termică dintre carburi și matrice poate deveni un loc de inițiere a fisurilor. Pentru piesele cu secțiune subțire, conținutul mai mare de carbon și carbură poate crește și riscul de fisurare în timpul turnării și prelucrării. Acest lucru nu înseamnă că Stellite 6 nu poate fi utilizat în aceste situații, dar atunci când oboseala termică este modul de defectare dominant, o alternativă ar trebui evaluată serios.
Stellit 21: conținut scăzut de carbură în schimbul durității și rezistenței la oboseală termică
Stellite 21 urmează o logică diferită de proiectare. Conținutul său scăzut de carbon și adăugarea de molibden reduc drastic fracția de volum de carbură, lăsând matricea de soluție solidă de cobalt ca fază care poartă performanța mecanică.
Consecința directă: duritatea la temperatura camerei și rezistența la uzura abrazivă pură sunt mai mici decât Stellite 6, dar duritatea, rezistența la șoc termic și rezistența la oboseală termică sunt mai bune. Duritatea ca turnare este de obicei raportată în HRC 30s scăzut până la mediu, sub cea a Stellite 6 (valorile exacte depind de forma produsului și de starea de testare - verificați cu datele furnizorului înainte de a specifica). Avantajul său nu este supraviețuirea abrazivelor, ci menținerea integrității structurale sub ciclul termic.
Unde se potrivește. Stellite 21 a fost utilizat în paletele turbinelor cu gaz, supapele de lucru la cald, elementele de fixare pentru temperaturi ridicate și suprapunerile de sudură care trebuie să tamponeze nepotrivirea expansiunii termice. Acolo unde Stellite 6 servește ca strat superior și este necesar un strat intermediar, Stellite 21 a fost folosit istoric ca tampon pentru a înmuia diferența de dilatare termică dintre substratul de oțel și stratul superior Stellite 6. Un studiu asupra substraturilor din oțel F91 cu straturi tampon Stellite 21, învechite la 550–650°C timp de până la 8.760 de ore, a constatat o pierdere semnificativă de rezistență la impact la interfața F91/S21, motiv pentru care straturile tampon pe bază de nichel sunt din ce în ce mai preferate în acea aplicație specifică. Acest lucru ilustrează bine poziția aliajului: valoarea sa constă în duritatea în condiții specifice, nu în înlocuirea Stellite 6 peste tot.
O limitare ușor de trecut cu vederea. Stellitul 21 are o rezistență relativ limitată la eroziunea particulelor dure. Deoarece densitatea de carbură este scăzută, matricea oferă mai puțină protecție atunci când particulele ascuțite lovesc cu viteză. Sub eroziune cu unghi redus și uzură abrazivă dură, Stellite 21 nu este de obicei cea mai bună alegere.
O cale practică de selecție
Următoarea cale se bazează pe caracteristicile de performanță ale celor două aliaje. Poate servi ca un ghid inițial de screening, dar nu ar trebui să înlocuiască o evaluare inginerească a aplicației specifice.
Înclinați-vă spre Stellite 6 când:
- Modul de defectare dominant este uzura abrazivă sau adeziv, iar ciclul termic nu este o sarcină majoră.
- Piesa are o secțiune groasă, iar sensibilitatea la fisurare în timpul turnării și prelucrării este gestionabilă.
- Temperatura de serviciu este ridicată într-o atmosferă oxidantă, iar un strat protector de oxid face parte din proiectare.
- Aplicația are un istoric Stellite 6 stabilit, cu date de eșec de referință.
Înclinați-vă spre Stellite 21 când:
- Piesa este supusă încălzirii și răcirii rapide repetate, iar fisurarea prin oboseală termică este un risc cunoscut.
- Piesa are pereți subțiri sau modificări bruște de secțiune, iar duritatea contează mai mult decât duritatea brută.
- Este necesar un strat de tranziție între un substrat de oțel și o suprafață dură pentru a tampona nepotrivirea expansiunii termice (dar trebuie evaluată stabilitatea pe termen lung la temperatură ridicată).
- Mecanismul de uzură este în principal uzura de alunecare metal pe metal sau cavitația, mai degrabă decât eroziunea particulelor dure.
Când niciunul nu este o potrivire curată: Dacă aplicația necesită atât rezistență ridicată la uzură abrazivă, cât și rezistență excelentă la oboseală termică, Stellite 12 (carbon mai mare, rezistență mai mare la uzură) sau familia Tribaloy de aliaje întărite intermetalice ar putea fi demne de luat în considerare, sau managementul termic al piesei poate fi necesar să fie abordat la nivel de proiectare. Aceste direcții depășesc această comparație, dar aparțin unei analize incipiente a selecției materialelor.
Ce să includeți într-un RFQ
Indiferent de aliajul ales, un furnizor de turnare și prelucrare prin prelucrare are de obicei nevoie de următoarele pentru a putea oferi o ofertă semnificativă:
- Desene piese cu dimensiuni cheie și cerințe de toleranță.
- Conditii de serviciu: interval de temperatură, mediu și tip de sarcină (uzură, impact, ciclu termic).
- Viață așteptată sau modul de defecțiune cunoscut, cu o parte istorică dacă este disponibilă.
- Material standard, de exemplu dacă AMS 5387 sau o altă specificație aplicabilă trebuie îndeplinită.
- Cantitatea, deoarece bucățile unice, loturile mici și volumele de producție conduc la alegeri diferite de proces.
Pentru turnarea aliajelor pe bază de cobalt, merită de asemenea să se confirme dacă furnizorul are capacitatea internă de la turnare până la prelucrarea de finisare, deoarece aceste aliaje se întăresc vizibil, iar transferul dintre procese afectează atât costul, cât și timpul de livrare.
