Povzetek: Praktična primerjava Stellite 6 in Stellite 21, ki pojasnjuje, kako vsebnost ogljika in volfram v primerjavi z molibdenom vplivata na kompromis med trdoto in žilavostjo.
Stellite 6 in Stellite 21 sta obrabni zlitini na osnovi kobalta, ki ju najpogosteje primerjamo med seboj. Običajna privzeta vrednost je podajanje Stellite 6, kadar koli obstaja negotovost. Ta navada ima razumno podlago: Stellite 6 ima dolgo zgodovino uporabe, dobro dokumentirano vedenje in zrelo izkušnjo obdelave. Toda v dveh situacijah lahko privzeto predstavlja nepotrebno tveganje: ko je del podvržen hitrim toplotnim ciklom ali toplotnemu šoku in ko ima del tanke stene ali nenadne spremembe prereza.
Stellite 21 obstaja predvsem zato, da obravnava omejitev žilavosti Stellite 6 v teh pogojih. Razumevanje kompromisa med obema je bolj koristno kot zapomniti si, kateri je »boljši«.
Razlike v sestavi povzročajo delitev uspešnosti
Vrzel v zmogljivosti med temi zlitinami se zmanjša na dve izbiri sestave.
Vsebnost ogljika. Stellite 6 ima znatno višjo raven ogljika. V skladu s standardom SAE AMS 5387 imajo ulitki Stellite 6 nominalno sestavo 60Co-29Cr-4,5W, pri čemer je ogljik običajno v območju 0,9–1,4 % za ulite izdelke. Več ogljika pomeni več izločanja trdega karbida, kar neposredno poveča trdoto in odpornost proti obrabi. Stellite 21 ima precej nižjo vsebnost ogljika z nominalno sestavo približno C ~0,25 %, Cr 25–30 %, Mo 4,5–6,5 %, Ni 1,5–3,5 %, ravnovesje Co. Nižja vsebnost ogljika pomeni nižji volumski delež karbida in mikrostrukturo, v kateri prevladuje matrika trdne raztopine kobalta.
Volfram proti molibdenu. Stellite 6 uporablja volfram (W) kot svoj glavni utrjevalec v trdni raztopini; Stellite 21 nadomešča večino tega volframa z molibdenom (Mo). Molibden ima približno polovico manjšo atomsko maso volframa, tako da pri enakem masnem odstotku prispeva približno dvakrat toliko atomov. Molibden ima tudi večjo afiniteto do ogljika in spodbuja tvorbo karbida. Pri Stellite 21 pa nizka raven ogljika omejuje ta učinek in končni rezultat je znatno nižja skupna vsebnost karbida kot pri Stellite 6.
Ti dve razliki skupaj tvorita dva različna profila delovanja.
Stellite 6: gostota karbida v zameno za odpornost proti obrabi
Mikrostruktura Stellite 6 je sestavljena iz matrice trdne raztopine na osnovi kobalta z relativno gosto porazdelitvijo delcev trdega karbida. Ta struktura se dobro obnese pri abrazivni obrabi.
Kjer se spodobi. Tesnilne površine ventilov, puše črpalke, komponente za ravnanje z gnojevko in splošni obrabljivi deli pod zmernimi udarci so tipične aplikacije Stellite 6. Njegova trdota je običajno v območju Rockwell C 37–45, odvisno od stanja ulivanja in naknadne toplotne obdelave, kar zadostuje za večino težav z abrazivno obrabo. V oksidativnih visokotemperaturnih okoljih Stellite 6 tvori tudi zaščitno oksidno plast, ki temelji predvsem na Cr₂O₃ in CoCr₂O₄, z nižjo stopnjo oksidacije kot Stellite 21.
Kjer se pokažejo meje. Gostota karbida ima stranski učinek: pri hitrem termičnem ciklu ali lokaliziranem termičnem šoku lahko razlika v toplotni razteznosti med karbidi in matriko postane mesto nastanka razpok. Pri delih s tankim presekom lahko višja vsebnost ogljika in karbida poveča tudi tveganje za razpoke med litjem in strojno obdelavo. To ne pomeni, da Stellite 6 ni mogoče uporabiti v teh situacijah, toda ko je toplotna utrujenost prevladujoč način odpovedi, je treba resno oceniti alternativo.
Stellite 21: nižja vsebnost karbida v zameno za žilavost in odpornost proti toplotni utrujenosti
Stellite 21 sledi drugačni konstrukcijski logiki. Njegova nizka vsebnost ogljika in dodatek molibdena močno zmanjšata prostorninski delež karbida, tako da matrika trdne raztopine kobalta ostane faza, ki nosi mehansko zmogljivost.
Neposredna posledica: trdota pri sobni temperaturi in čista abrazivna odpornost proti obrabi sta nižji kot pri Stellite 6, vendar so žilavost, odpornost na toplotne udarce in odpornost na toplotno utrujenost boljše. Trdota v ulitku se običajno poroča pri nizkih do srednjih HRC 30-ih, kar je pod trdoto Stellite 6 (natančne vrednosti so odvisne od oblike izdelka in preskusnih pogojev – pred navedbo preverite podatke dobavitelja). Njegova prednost ni v obrabi abrazivov, temveč v ohranjanju strukturne celovitosti pod termičnim ciklom.
Kjer se spodobi. Stellite 21 je bil uporabljen v lopaticah plinskih turbin, ventilih za vročo obdelavo, visokotemperaturnih pritrdilnih elementih in prekrivnih zvarih, ki morajo ublažiti neskladje toplotnega raztezanja. Kjer Stellite 6 služi kot zgornja plast in je potrebna vmesna plast, se je Stellite 21 v preteklosti uporabljal kot blažilnik za ublažitev razlike v toplotnem raztezanju med jekleno podlago in zgornjo plastjo Stellite 6. Študija o jeklenih substratih F91 z vmesnimi plastmi Stellite 21, staranimi pri 550–650 °C do 8760 ur, je odkrila znatno izgubo udarne žilavosti na vmesniku F91/S21, zaradi česar so vmesni sloji na osnovi niklja vse bolj priljubljeni v tej specifični aplikaciji. To dobro ponazarja položaj zlitine: njena vrednost je v žilavosti pod posebnimi pogoji, ne pa v zamenjavi Stellite 6 povsod.
Zlahka spregledana omejitev. Stellite 21 ima razmeroma omejeno odpornost na erozijo s trdimi delci. Ker je gostota karbida nizka, matrika nudi manjšo zaščito pri hitrem udaru ostrih delcev. Pri eroziji pod majhnim kotom in močni abrazivni obrabi Stellite 21 običajno ni najboljša izbira.
Praktična izbira
Naslednja pot temelji na značilnostih delovanja obeh zlitin. Lahko služi kot vodilo za začetni pregled, vendar ne sme nadomestiti inženirske ocene specifične aplikacije.
Nagnite se k Stellite 6, ko:
- Prevladujoči način okvare je abrazivna ali adhezivna obraba, toplotno cikliranje pa ni večja obremenitev.
- Del ima debel profil in občutljivost na razpoke med ulivanjem in strojno obdelavo je obvladljiva.
- Delovna temperatura je visoka v oksidativni atmosferi, zaščitna oksidna plast pa je del zasnove.
- Aplikacija ima vzpostavljeno zgodovino Stellite 6 s podatki o napakah, na katere se lahko sklicuje.
Nagnite se k Stellite 21, ko:
- Del je podvržen večkratnemu hitremu segrevanju in ohlajanju, razpoke zaradi toplotne utrujenosti pa so znano tveganje.
- Del ima tanke stene ali nenadne spremembe preseka, žilavost pa je pomembnejša od surovega trdote.
- Potreben je prehodni sloj med jekleno podlago in trdo oblogo za ublažitev neusklajenosti toplotnega raztezanja (vendar je treba oceniti dolgoročno visokotemperaturno stabilnost).
- Mehanizem obrabe je v glavnem drsna obraba ali kavitacija od kovine do kovine in ne erozija trdih delcev.
Ko nobeden ni čist: Če aplikacija zahteva visoko abrazivno odpornost proti obrabi in odlično odpornost proti toplotni utrujenosti, je morda vredno razmisliti o Stellite 12 (več ogljika, večja odpornost proti obrabi) ali družini intermetalno ojačanih zlitin Tribaloy ali pa je treba toplotno upravljanje dela obravnavati na ravni načrtovanja. Ta navodila presegajo to primerjavo, vendar spadajo v pregled izbire materiala v zgodnji fazi.
Kaj vključiti v RFQ
Ne glede na to, katera zlitina je izbrana, dobavitelj litja in strojne obdelave običajno potrebuje naslednje, preden lahko poda smiselno ponudbo:
- Delne risbe s ključnimi dimenzijami in zahtevami glede tolerance.
- Pogoji storitve: temperaturno območje, medij in vrsta obremenitve (obraba, udarci, termični cikel).
- Pričakovana življenjska doba ali način znane okvare, z zgodovinskim delom, če je na voljo.
- Materialni standard, na primer, ali mora biti izpolnjen AMS 5387 ali druga veljavna specifikacija.
- Količina, saj posamezni kosi, majhne serije in obseg proizvodnje povzročajo različne izbire postopkov.
Za ulitke iz zlitin na osnovi kobalta je prav tako vredno potrditi, ali ima dobavitelj lastne zmogljivosti od ulivanja do končne obdelave, ker se te zlitine opazno utrdijo in predaja med procesi vpliva tako na stroške kot na čas izvedbe.
