Stelitová zliatina je všeobecný pojem pre rad zliatin kobaltu a chrómu, ktoré sú odolné voči vysokým teplotám, opotrebovaniu a korózii. „Stellite“ bol pôvodne patentom Deloro Group. V roku 2012 bola skupina Deloro Stellite odkúpená spoločnosťou Kennametal a stala sa registrovanou ochrannou známkou spoločnosti Kennametal, ktorá sa používa na označenie špecifických zliatin na báze kobaltu.
Chemické zloženie stelitovej zliatiny:
Zliatina stelitu patrí do rodiny zliatin na báze kobaltu a obsahuje hlavne tieto základné prvky:
Kobalt (Co): Matricový prvok, ktorý tvorí približne 50-65% celkovej hmotnosti, poskytuje vynikajúcu pevnosť pri vysokých teplotách a odolnosť voči tepelnej únave.
Chróm (Cr): Jeho obsah sa zvyčajne pohybuje medzi 25 % a 33 % a je kľúčom k vytvoreniu hustej ochrannej vrstvy oxidu chrómu (Cr₂O₃), ktorý dodáva zliatine vynikajúcu odolnosť voči vysokoteplotnej oxidácii a korózii.
Volfrám (W) a molybdén (Mo): Hlavné prvky na spevňovanie tuhého roztoku. Časť volfrámu alebo molybdénu sa spojí s uhlíkom a vytvorí tvrdé karbidy, čím sa výrazne zvýši červená tvrdosť a odolnosť zliatiny proti opotrebovaniu.
Uhlík (C) : Obsah kolíše medzi 0,1 % a 3,0 %. Uhlík je základným prvkom pri tvorbe karbidov (ako sú MC, M23C₆, M7C3), ktoré sú vložené do kobaltovej matrice ako oceľové tyče, tvoriace „kostru“ zliatiny, aby odolávala opotrebovaniu.
Spevnenie stelitovej zliatiny pochádza hlavne z austenitickej matrice spevnenej tuhým roztokom a karbidov distribuovaných v matrici. Tento unikátny mechanizmus spevňovania umožňuje zliatine Stellite zaznamenať veľmi pomalý pokles pevnosti s rastúcou teplotou, čo jej dodáva extrémne vysokú tepelnú stabilitu.
Hlavné triedy a vlastnosti stelitovej zliatiny:
Séria odolná voči opotrebovaniu
Stellite 1: Vysoko uhlíková a volfrámová trieda s tvrdosťou až HRC 48-55. Má vynikajúcu odolnosť proti opotrebeniu a je vhodný pre ventilové sedlá, ložiská a vložky odolné voči opotrebovaniu atď.
Stelit 4: Vysoká pevnosť, vysoká tvrdosť. Je vhodný pre lisovacie formy za studena, vysoko namáhané diely podliehajúce opotrebovaniu atď.
Stellite 6: Najuniverzálnejší a najklasickejší stupeň, známy ako „Jack všetkého druhu“. Má dokonalú rovnováhu medzi tvrdosťou (približne 40 HRC) a húževnatosťou a vyznačuje sa tiež vynikajúcou odolnosťou proti nárazu, odolnosťou proti korózii a odolnosťou voči vysokým teplotám. Je široko používaný v tesniacich plochách ventilov, ventiloch motora a rôznych puzdrách atď.
Stellite 12: Jeho výkon leží medzi výkonom Stellite 1 a Stellite 6, s tvrdosťou približne 45 HRC. Je tvrdší a odolnejší voči opotrebovaniu ako Stellite 6 a je vhodný pre vysokoteplotné a vysokotlakové ventily, pílové zuby, skrutkové tlačné tyče a regulačné ventily.
Stellite 20: Trieda s extrémne vysokou tvrdosťou (približne HRC 60), navrhnutá hlavne pre extrémne podmienky abrazívneho opotrebenia a často sa používa v ložiskových puzdrách, doskách odolných voči opotrebeniu a rotačných tesniacich krúžkoch.
Stellite 100: Odolný voči nárazom a kavitácii, určený hlavne pre podmienky extrémneho abrazívneho opotrebovania, často sa používa v obežných kolesách čerpadiel, lopatkách turbín a chemických zariadeniach.
Séria odolná voči vysokým teplotám/korózii
Stellite 21: Nízkouhlíková trieda obsahujúca molybdén s vynikajúcou húževnatosťou a vynikajúcou odolnosťou voči tepelným šokom. Lopatky plynových turbín, vysokoteplotné ventily, komponenty jadrového priemyslu.
Stellite 31 (X-40) : Obsahuje nikel, vyznačuje sa vynikajúcou pevnosťou pri vysokých teplotách a odolnosťou voči tepelnej únave a už dlho sa používa ako materiál pre vodiace lopatky leteckých motorov a komponentov plynových turbín.
Stellite 25: Nízky obsah uhlíka, s vynikajúcou odolnosťou voči tepelnej únave, oxidácii a sulfidácii, vhodný pre komponenty spaľovacej komory.
Špeciálna séria výkonov
Tribaloy T-400: Vysoký obsah molybdénu, vynikajúce vysokoteplotné samomazacie vlastnosti, dosiahnutie vysokoteplotného samomazania prostredníctvom Lavesovej fázy, zvlášť vhodné pre posúvače a bezolejové mazacie komponenty vo vysokoteplotných a vysoko korozívnych médiách.
Tribaloy T-800: Vysoký obsah molybdénu a chrómu, s lepšou odolnosťou proti opotrebeniu ako T-400, vhodný do náročnejších, vysoko korozívnych a vysokoteplotných prostredí.
Výhody a nevýhody zliatiny stelitu
Výhody
Vynikajúca červená tvrdosť: Najvýraznejšou vlastnosťou zliatiny stellitu je, že si dokáže udržať vysokú tvrdosť a pevnosť aj pri vysokých teplotách v rozmedzí od 650 do 1000 ℃. Jeho karbidy sa znovu nerozpustia až do 1100 °C, čo je pre mnohé materiály na báze železa a niklu ťažké dosiahnuť.
Komplexná odolnosť proti korózii: Vysoký obsah chrómu mu umožňuje vytvárať stabilný pasivačný film v rôznych korozívnych médiách vrátane morskej vody, kyseliny sírovej, kyseliny dusičnej a vysokoteplotného plynu, čo demonštruje vynikajúcu odolnosť voči rovnomernej aj lokálnej korózii. Najmä z hľadiska odolnosti voči tepelnej korózii (ako je sulfidácia) sú zliatiny stelitu často lepšie ako zliatiny na báze niklu vďaka vyššej teplote topenia sulfidov kobaltu.
Vynikajúca odolnosť proti opotrebeniu: Či už ide o opotrebenie intermetalickým trením (adhézne opotrebenie) alebo opotrebenie eróziou spôsobené kvapalinami obsahujúcimi častice, zliatina stellitu sa správa mimoriadne dobre. Má nízky koeficient trenia a silnú odolnosť proti poškriabaniu.
Vynikajúca odolnosť proti tepelnej únave: Vydrží drastické zmeny teploty (tepelný šok) bez praskania, vďaka čomu je veľmi vhodný pre časté štart-stop stavy ventilov, foriem atď.
Nevýhoda
Nedostatočná pevnosť pri stredných teplotách: Pri stredných teplotách (napríklad 600-800 °C) je pevnosť stelitových zliatin zvyčajne len 50-75 % pevnosti zliatin na báze niklu v dôsledku nedostatku koherentných fáz spevňovania.
Vysoká náročnosť spracovania: Vďaka vysokej tvrdosti a vysokej húževnatosti je spracovanie zliatiny stelitu mimoriadne náročné. Zvyčajne je možné použiť iba metódy brúsenia alebo špeciálneho spracovania, čo má za následok vysoké výrobné náklady na diely.
Nedostatok zdrojov: Kobalt je dôležitý strategický zdroj. Jeho globálne zásoby sú obmedzené a nerovnomerne rozdelené, čo vedie k vysokej cene stelitovej zliatiny. To do určitej miery obmedzuje jeho rozsiahle použitie.
Obmedzená odolnosť proti oxidácii: Napriek vynikajúcej odolnosti voči tepelnej korózii je odolnosť zliatin stelitu v čistom prostredí s vysokou teplotou oxidácie zvyčajne nižšia ako odolnosť zliatin na báze niklu.
