резиме: Практично поређење Стелита 6 и Стелита 21, објашњавајући како садржај угљеника и волфрам у односу на молибден утичу на компромис између тврдоће и жилавости.
Стелит 6 и Стелит 21 су две легуре на бази кобалта које се најчешће упоређују једна са другом. Уобичајено подразумевано је да се наведе Стеллите 6 кад год постоји несигурност. Та навика има разумну основу: Стеллите 6 има дугу историју примене, добро документовано понашање и зрело искуство обраде. Али у две ситуације подразумевана вредност може да уведе непотребан ризик: када део види брзе термичке циклусе или термички удар, и када део има танке зидове или нагле промене пресека.
Стелит 21 постоји углавном да би се решио ограничење жилавости Стелита 6 у тим условима. Разумевање компромиса између њих двоје је корисније од памћења који је „бољи“.
Разлике у композицији утичу на поделу перформанси
Разлика у перформансама између ових легура своди се на два композициона избора.
Садржај угљеника. Стелит 6 носи знатно виши ниво угљеника. Према САЕ АМС 5387, одливци Стеллите 6 имају номинални састав од 60Цо-29Цр-4,5В, са угљеником који је типично у распону од 0,9–1,4% за ливене производе. Више угљеника значи више таложења тврдог карбида, што директно повећава тврдоћу и отпорност на хабање. Стелит 21 има много нижи угљеник, са номиналним саставом од отприлике Ц ~0,25%, Цр 25–30%, Мо 4,5–6,5%, Ни 1,5–3,5%, баланс Цо. Нижи угљеник значи мањи запремински удео карбида и микроструктуру којом доминира матрица чврстог раствора кобалта.
Волфрам против молибдена. Стелит 6 користи волфрам (В) као свој главни ојачавач чврстог раствора; Стелит 21 замењује већину тог волфрама молибденом (Мо). Молибден има отприлике половину атомске тежине волфрама, тако да у истом проценту тежине доприноси око двоструко више атома. Молибден такође има јачи афинитет према угљенику и тежи да промовише формирање карбида. У Стеллите 21, међутим, низак ниво угљеника ограничава тај ефекат, а нето резултат је знатно нижи укупни садржај карбида од Стеллите 6.
Заједно, ове две разлике производе два различита профила перформанси.
Стелит 6: густина карбида у замену за отпорност на хабање
Микроструктура Стеллите 6 састоји се од матрице чврстог раствора на бази кобалта са релативно густом дистрибуцијом честица тврдог карбида. Ова структура добро функционише под абразивним хабањем.
Где се уклапа. Заптивне површине вентила, чахуре пумпе, компоненте за руковање муљом и општи хабајући делови под умереним ударом су типичне примене Стеллите 6. Његова тврдоћа обично пада у опсегу Роцквелл Ц 37–45, у зависности од услова ливења и накнадне топлотне обраде, што је довољно за већину проблема абразивног хабања. У оксидационом окружењу са високом температуром, Стелит 6 такође формира заштитни оксидни слој заснован углавном на Цр₂О₃ и ЦоЦр₂О₄, са нижом стопом оксидације од Стелита 21.
Где се границе показују. Густина карбида има споредни ефекат: под брзим термичким циклусом или локализованим термичким ударом, разлика у термичком ширењу између карбида и матрице може постати место настанка прслине. Код делова танког пресека, већи садржај угљеника и карбида такође може повећати ризик од пуцања током ливења и машинске обраде. То не значи да се Стеллите 6 не може користити у овим ситуацијама, али када је термички замор доминантан начин квара, алтернативу треба озбиљно проценити.
Стелит 21: мањи садржај карбида у замену за жилавост и отпорност на топлотни замор
Стеллите 21 прати другачију логику дизајна. Његов низак садржај угљеника и додатак молибдена нагло смањују запреминску фракцију карбида, остављајући матрицу чврстог раствора кобалта као фазу која носи механичке перформансе.
Директна последица: Тврдоћа на собној температури и отпорност на чисто абразивно хабање су нижи од Стеллите 6, али су жилавост, отпорност на термички удар и отпорност на термички замор бољи. Тврдоћа као ливења се обично приказује у ХРЦ 30с од ниске до средње, испод оне код Стеллите 6 (тачне вредности зависе од облика производа и услова тестирања — проверите у односу на податке добављача пре него што наведете). Његова предност није трошење абразива, већ одржавање структуралног интегритета под термичким циклусом.
Где се уклапа. Стеллите 21 се користио у лопатицама гасних турбина, вентилима за врућу обраду, причврсним елементима на високим температурама и завареним слојевима који морају да заштите неусклађеност термичког ширења. Тамо где Стеллите 6 служи као горњи слој и потребан је међуслој, Стеллите 21 се историјски користио као тампон за ублажавање разлике у термичком ширењу између челичне подлоге и Стеллите 6 горњег слоја. Студија на челичним подлогама Ф91 са пуферским слојевима Стеллите 21, старим на 550–650°Ц до 8.760 сати, открила је значајан губитак ударне жилавости на интерфејсу Ф91/С21, због чега су пуферски слојеви на бази никла све више преферирани у тој специфичној примени. Ово добро илуструје положај легуре: њена вредност лежи у жилавости под одређеним условима, а не у томе да свуда замењује Стелит 6.
Ограничење које се лако превиђа. Стелит 21 има релативно ограничену отпорност на ерозију тврдих честица. Пошто је густина карбида мала, матрица нуди мању заштиту када оштре честице ударе великом брзином. Под ниским углом ерозије и тешког абразивног хабања, Стеллите 21 обично није најбољи избор.
Практичан пут селекције
Следећи пут се заснива на карактеристикама перформанси две легуре. Може послужити као почетни водич за скрининг, али не би требало да замени инжењерску процену специфичне примене.
Нагните се ка Стелиту 6 када:
- Доминантни начин квара је абразивно или адхезивно хабање, а термички циклус није велико оптерећење.
- Део има дебео пресек, а осетљивост на пуцање током ливења и машинске обраде је подесна.
- Радна температура је висока у оксидационој атмосфери, а заштитни слој оксида је део дизајна.
- Апликација има успостављену историју Стеллите 6 са подацима о грешкама за референцу.
Нагните се према Стелиту 21 када:
- Део се подвргава сталном брзом загревању и хлађењу, а познати ризик је пуцање услед термичког замора.
- Део има танке зидове или нагле промене пресека, а жилавост је важнија од сирове тврдоће.
- Потребан је прелазни слој између челичне подлоге и неусклађености топлотног ширења тврдог слоја за тампон (али се мора проценити дугорочна стабилност на високим температурама).
- Механизам хабања је углавном клизно хабање од метала до метала или кавитација, а не ерозија тврдих честица.
Када ниједно није чисто: Ако примена захтева и високу отпорност на абразивно хабање и одличну отпорност на топлотни замор, Стеллите 12 (већи угљеник, већа отпорност на хабање) или Трибалои породица легура ојачаних интерметалом може бити вредно разматрања, или ће можда требати да се позабави управљањем топлотом дела на нивоу дизајна. Ови правци превазилазе ово поређење, али спадају у преглед селекције материјала у раној фази.
Шта укључити у РФК
Која год легура буде изабрана, добављачу ливења и машинске обраде обично је потребно следеће пре него што може дати смислен цитат:
- Цртежи делова са кључним димензијама и захтевима толеранције.
- Услови услуге: температурни опсег, медиј и тип оптерећења (хабање, удар, термички циклус).
- Очекивани животни век или познати начин квара, са историјским делом ако постоји.
- Стандард материјала, на пример да ли АМС 5387 или нека друга применљива спецификација мора бити испуњена.
- Количина, пошто појединачни комади, мале серије и обим производње доводе до различитих избора процеса.
За ливење од легура на бази кобалта, такође је вредно потврдити да ли добављач има интерне могућности од ливења до завршне обраде, јер ове легуре приметно очвршћавају и пренос између процеса утиче и на цену и на време испоруке.
