Стеллит — это общий термин для серии кобальт-хромовых сплавов, устойчивых к высоким температурам, износу и коррозии. «Стеллит» изначально был патентом Deloro Group. В 2012 году компания Deloro Stellite Group была приобретена Kennametal и стала зарегистрированной торговой маркой Kennametal, используемой для обозначения конкретных сплавов на основе кобальта.
Химический состав сплава Стеллита:
Стеллитовый сплав относится к семейству сплавов на основе кобальта и в основном содержит следующие основные элементы:
Кобальт (Co): матричный элемент, составляющий примерно 50-65% от общего веса, обеспечивающий превосходную жаропрочность и сопротивление термической усталости.
Хром (Cr): его содержание обычно составляет от 25% до 33%, и он является ключом к образованию плотного защитного слоя оксида хрома (Cr₂O₃), придающего сплаву исключительную стойкость к высокотемпературному окислению и коррозии.
Вольфрам (W) и молибден (Мо): основные элементы, упрочняющие твердый раствор. Некоторое количество вольфрама или молибдена в сочетании с углеродом образуют твердые карбиды, значительно повышая красную твердость и износостойкость сплава.
Углерод (C): Содержание колеблется от 0,1% до 3,0%. Углерод является основным элементом при образовании карбидов (таких как MC, M₂₃C₆, M₇C₃), которые внедрены в матрицу кобальта, как стальные стержни, образуя «скелет» сплава, устойчивый к износу.
Упрочнение сплава стеллита в основном происходит за счет аустенитной матрицы, упрочненной твердым раствором, и карбидов, распределенных в матрице. Этот уникальный механизм упрочнения позволяет сплаву Stellite очень медленно снижать прочность при повышении температуры, что придает ему чрезвычайно высокую термическую стабильность.
Основные марки и характеристики сплава Стеллита:
Износостойкая серия
Стеллит 1: Марка с высоким содержанием углерода и вольфрама с твердостью до HRC 48-55. Обладает превосходными противоабразивными характеристиками и подходит для седел клапанов, подшипников, износостойких вкладышей и т. д.
Стеллит 4: Высокая прочность, высокая твердость. Подходит для штампов холодной штамповки, изнашиваемых деталей, подвергающихся высоким нагрузкам, и т. д.
Stellite 6: Самый универсальный и классический сорт, известный как «Джек всех видов». Он имеет идеальный баланс твердости (около 40 HRC) и ударной вязкости, а также обладает превосходной ударопрочностью, коррозионной стойкостью и устойчивостью к высоким температурам. Он широко используется в уплотнительных поверхностях клапанов, клапанах двигателя, различных втулках и т. д.
Стеллит 12: его характеристики находятся между стеллитом 1 и стеллитом 6, его твердость составляет примерно 45 HRC. Он тверже и более износостойкий, чем стеллит 6, и подходит для клапанов, работающих при высоких температурах и высоком давлении, пилообразных зубьев, винтовых толкателей и регулирующих клапанов.
Стеллит 20: Марка с чрезвычайно высокой твердостью (около 60 HRC), в основном разработанная для условий экстремального абразивного износа и часто используемая в втулках подшипников, износостойких пластинах и вращающихся уплотнительных кольцах.
Stellite 100: Ударопрочный и устойчивый к кавитации, в основном предназначен для условий экстремального абразивного износа. Он часто используется в рабочих колесах насосов, лопатках турбин и химическом оборудовании.
Высокотемпературная/коррозионностойкая серия
Stellite 21: Низкоуглеродистая марка, содержащая молибден, обладающая превосходной вязкостью и превосходной термостойкостью. Лопатки газовых турбин, высокотемпературная арматура, детали атомной промышленности.
Стеллит 31 (X-40): Содержит никель, обладает превосходной жаропрочностью и сопротивлением термической усталости и уже давно используется в качестве материала для направляющих лопаток авиационных двигателей и компонентов газовых турбин.
Стеллит 25: с низким содержанием углерода, с превосходной стойкостью к термической усталости, окислению и сульфидированию, подходит для компонентов камеры сгорания.
Специальная серия выступлений
Tribaloy T-400: высокое содержание молибдена, превосходные свойства самосмазывания при высоких температурах, достижение высокотемпературной самосмазки за счет фазы Лавеса, особенно подходит для задвижек и безмасляных смазочных компонентов в высокотемпературных и высококоррозионных средах.
Tribaloy T-800: с высоким содержанием молибдена и хрома, с лучшей износостойкостью, чем T-400, подходит для более требовательных, высококоррозионных и высокотемпературных сред.
Преимущества и недостатки сплава стеллита
Преимущества
Выдающаяся красная твердость. Наиболее заметной особенностью сплава стеллита является то, что он может сохранять высокую твердость и прочность даже при высоких температурах от 650 до 1000 ℃. Его карбиды не растворяются повторно до температуры 1100 ℃, чего трудно достичь для многих материалов на основе железа и никеля.
Комплексная коррозионная стойкость: высокое содержание хрома позволяет образовывать стабильную пассивирующую пленку в различных агрессивных средах, включая морскую воду, серную кислоту, азотную кислоту и высокотемпературный газ, демонстрируя превосходную устойчивость как к равномерной, так и к локальной коррозии. Сплавы стеллита часто превосходят сплавы на основе никеля, особенно с точки зрения стойкости к термической коррозии (например, сульфидированию), из-за более высокой температуры плавления сульфидов кобальта.
Выдающаяся износостойкость: будь то интерметаллический фрикционный износ (адгезионный износ) или эрозионный износ, вызванный жидкостями, содержащими частицы, сплав Stellite работает исключительно хорошо. Он имеет низкий коэффициент трения и сильную защиту от царапин.
Превосходная устойчивость к термической усталости: он может выдерживать резкие изменения температуры (термический удар) без растрескивания, что делает его очень подходящим для частых запусков и остановок клапанов, пресс-форм и т. д.
Недостаток
Недостаточная прочность при средней температуре. При средних температурах (например, 600–800 ℃) прочность сплавов стеллита обычно составляет всего 50–75% от прочности сплавов на основе никеля из-за отсутствия последовательных упрочняющих фаз.
Высокая сложность обработки: из-за высокой твердости и ударной вязкости обработка сплава стеллита чрезвычайно сложна. Обычно можно использовать только шлифование или специальные методы обработки, что приводит к высоким затратам на производство деталей.
Дефицит ресурсов. Кобальт является важным стратегическим ресурсом. Его мировые запасы ограничены и неравномерно распределены, что приводит к высокой цене сплава стеллита. В некоторой степени это ограничивает его масштабное применение.
Ограниченная стойкость к окислению. Несмотря на отличную стойкость к термической коррозии, стойкость стеллита к окислению в средах чистого высокотемпературного окисления обычно ниже, чем у сплавов на основе никеля.
