Özet: Stellite 6 ve Stellite 21'in pratik bir karşılaştırması, karbon içeriğinin ve tungsten-molibdenin sertlik ve tokluk dengesini nasıl sağladığını açıklıyor.
Stellite 6 ve Stellite 21, sıklıkla birbirleriyle karşılaştırılan iki kobalt bazlı aşınma alaşımıdır. Belirsizlik olduğunda yaygın bir varsayılan Stellite 6'yı belirtmektir. Bu alışkanlığın makul bir temeli var: Stellite 6'nın uzun bir uygulama geçmişi, iyi belgelenmiş davranışı ve olgun işleme deneyimi var. Ancak iki durumda varsayılan değer gereksiz risk oluşturabilir: parça hızlı termal döngüye veya termal şoka maruz kaldığında ve parçanın ince duvarları veya ani kesit değişiklikleri olduğunda.
Stellite 21, büyük ölçüde Stellite 6'nın bu koşullardaki dayanıklılık sınırlamasını gidermek için mevcuttur. İkisi arasındaki dengeyi anlamak, hangisinin "daha iyi" olduğunu ezberlemekten daha faydalıdır.
Kompozisyon farklılıkları performans bölünmesini tetikliyor
Bu alaşımlar arasındaki performans farkı iki bileşimsel seçeneğe bağlıdır.
Karbon içeriği. Stellite 6 önemli ölçüde daha yüksek bir karbon seviyesi taşır. SAE AMS 5387 uyarınca, Stellite 6 dökümleri 60Co-29Cr-4,5W nominal bileşime sahiptir ve karbon döküm ürünler için tipik olarak %0,9-1,4 aralığındadır. Daha fazla karbon, daha fazla sert karbür çökelmesi anlamına gelir; bu da doğrudan sertliği ve aşınma direncini artırır. Stellite 21, kabaca C ~%0,25, Cr %25–30, Mo %4,5–6,5, Ni %1,5–3,5, denge Co'dan oluşan nominal bileşimiyle çok daha düşük karbona sahiptir. Daha düşük karbon, daha düşük bir karbür hacim fraksiyonu ve kobalt katı çözelti matrisinin hakim olduğu bir mikro yapı anlamına gelir.
Tungsten molibdene karşı. Stellite 6, ana katı çözelti güçlendiricisi olarak tungsten (W) kullanır; Stellite 21, tungstenin çoğunu molibden (Mo) ile değiştirir. Molibden kabaca tungstenin atom ağırlığının yarısına sahiptir, dolayısıyla aynı ağırlık yüzdesinde yaklaşık iki kat daha fazla atoma katkıda bulunur. Molibden ayrıca karbona karşı daha güçlü bir afiniteye sahiptir ve karbür oluşumunu teşvik etme eğilimindedir. Ancak Stellite 21'de düşük karbon seviyesi bu etkiyi sınırlar ve net sonuç, Stellite 6'ya göre önemli ölçüde daha düşük toplam karbür içeriğidir.
Bu iki farklılık birlikte iki farklı performans profili üretir.
Stellite 6: aşınma direnci karşılığında karbür yoğunluğu
Stellite 6'nın mikro yapısı, nispeten yoğun sert karbür parçacıkları dağılımına sahip kobalt bazlı katı çözelti matrisinden oluşur. Bu yapı aşındırıcı aşınma altında iyi performans gösterir.
Uygun olduğu yere. Valf sızdırmazlık yüzeyleri, pompa manşonları, çamur taşıma bileşenleri ve orta düzeyde darbe altındaki genel aşınma parçaları tipik Stellite 6 uygulamalarıdır. Sertliği genellikle döküm koşuluna ve ardından gelen ısıl işleme bağlı olarak Rockwell C 37-45 aralığına düşer ve bu, çoğu aşındırıcı aşınma sorunu için yeterlidir. Yüksek sıcaklıktaki ortamların oksitlenmesinde Stellite 6 ayrıca Stellite 21'den daha düşük oksidasyon oranına sahip, esas olarak Cr₂O₃ ve CoCr₂O₄ bazlı koruyucu bir oksit tabakası oluşturur.
Sınırların ortaya çıktığı yer. Karbür yoğunluğunun bir yan etkisi vardır: hızlı termal döngü veya lokalize termal şok altında, karbürler ve matris arasındaki termal genleşme farkı, çatlak başlangıç bölgesi haline gelebilir. İnce kesitli parçalarda daha yüksek karbon ve karbür içeriği, döküm ve işleme sırasında çatlama riskini de artırabilir. Bu, Stellite 6'nın bu durumlarda kullanılamayacağı anlamına gelmez, ancak termal yorulma baskın arıza modu olduğunda, bir alternatif ciddi şekilde değerlendirilmelidir.
Stellite 21: tokluk ve termal yorulma direnci karşılığında daha düşük karbür içeriği
Stellite 21 farklı bir tasarım mantığını takip ediyor. Düşük karbon içeriği ve molibden ilavesi, karbür hacim fraksiyonunu keskin bir şekilde azaltarak kobalt katı çözelti matrisini mekanik performansı taşıyan faz olarak bırakır.
Doğrudan sonuç: oda sıcaklığında sertlik ve saf aşınma direnci Stellite 6'dan daha düşüktür, ancak tokluk, termal şok direnci ve termal yorulma direnci daha iyidir. Döküm sonrası sertlik genellikle düşük ila orta HRC 30'larda, Stellite 6'nın altında rapor edilir (kesin değerler ürün formuna ve test koşuluna bağlıdır; belirtmeden önce tedarikçi verilerine göre doğrulayın). Avantajı aşındırıcıların aşındırılması değil, termal çevrim altında yapısal bütünlüğün korunmasıdır.
Uygun olduğu yere. Stellite 21, gaz türbini kanatlarında, sıcak çalışma valflerinde, yüksek sıcaklıkta bağlantı elemanlarında ve termal genleşme uyumsuzluğunu tamponlaması gereken kaynak kaplamalarında kullanılmıştır. Stellite 6'nın bir üst katman olarak görev yaptığı ve bir ara katmana ihtiyaç duyulduğu durumlarda, Stellite 21 geçmişte çelik alt tabaka ile Stellite 6 üst katmanı arasındaki termal genleşme farkını yumuşatmak için bir tampon olarak kullanılmıştır. 550-650°C'de 8.760 saate kadar yaşlandırılmış Stellite 21 tampon katmanlarına sahip F91 çelik alt tabakalar üzerinde yapılan bir araştırma, F91/S21 arayüzünde önemli darbe dayanıklılığı kaybı buldu; bu nedenle nikel bazlı tampon katmanları bu özel uygulamada giderek daha fazla tercih ediliyor. Bu, alaşımın konumunu iyi bir şekilde göstermektedir: değeri, Stellite 6'nın her yerde yerini alması değil, belirli koşullar altındaki toklukta yatmaktadır.
Kolayca gözden kaçan bir sınırlama. Stellite 21, sert parçacık erozyonuna karşı nispeten sınırlı bir dirence sahiptir. Karbür yoğunluğu düşük olduğundan keskin parçacıklar hızla çarptığında matris daha az koruma sağlar. Düşük açılı erozyon ve sert aşındırıcı aşınma altında Stellite 21 genellikle en iyi seçim değildir.
Pratik bir seçim yolu
Aşağıdaki yol iki alaşımın performans özelliklerine dayanmaktadır. Bir başlangıç tarama kılavuzu olarak hizmet edebilir ancak spesifik uygulamanın mühendislik değerlendirmesinin yerini almamalıdır.
Aşağıdaki durumlarda Stellite 6'ya yönelin:
- Baskın arıza modu aşındırıcı veya yapışkan aşınmadır ve termal çevrim önemli bir yük değildir.
- Parça kalın bir kesite sahiptir ve döküm ve işleme sırasında çatlama hassasiyeti yönetilebilir düzeydedir.
- Oksitleyici bir atmosferde servis sıcaklığı yüksektir ve koruyucu bir oksit tabakası tasarımın bir parçasıdır.
- Uygulama, başvurulacak arıza verileriyle birlikte yerleşik bir Stellite 6 geçmişine sahiptir.
Aşağıdaki durumlarda Stellite 21'e yönelin:
- Parça tekrar tekrar hızlı ısıtma ve soğutmaya maruz kalır ve termal yorulma çatlaması bilinen bir risktir.
- Parçanın ince duvarları veya ani kesit değişiklikleri vardır ve tokluk, ham sertlikten daha önemlidir.
- Termal genleşme uyumsuzluğunu tamponlamak için çelik bir alt tabaka ile sert kaplama arasında bir geçiş katmanına ihtiyaç vardır (ancak uzun vadeli yüksek sıcaklık stabilitesi değerlendirilmelidir).
- Aşınma mekanizması sert parçacık erozyonundan ziyade esas olarak metalden metale kayma aşınması veya kavitasyondur.
Her ikisi de temiz bir uyum olmadığında: Uygulama hem yüksek aşınma direnci hem de mükemmel termal yorulma direnci gerektiriyorsa, Stellite 12 (daha yüksek karbon, daha yüksek aşınma direnci) veya Tribaloy intermetalik-güçlendirilmiş alaşım ailesi dikkate alınmaya değer olabilir veya parçanın termal yönetiminin tasarım düzeyinde ele alınması gerekebilir. Bu talimatlar bu karşılaştırmanın ötesine geçmektedir ancak erken aşamadaki malzeme seçimi incelemesine aittir.
Bir RFQ'ya neler dahil edilmelidir?
Hangi alaşım seçilirse seçilsin, bir döküm ve işleme tedarikçisi anlamlı bir teklif vermeden önce genellikle aşağıdakilere ihtiyaç duyar:
- Parça çizimleri temel boyutlar ve tolerans gereklilikleri ile.
- Hizmet koşulları: sıcaklık aralığı, ortam ve yük türü (aşınma, darbe, termal döngü).
- Beklenen ömür veya bilinen arıza modu, varsa tarihi bir bölümle birlikte.
- Malzeme standardıörneğin AMS 5387'nin veya başka bir geçerli spesifikasyonun karşılanıp karşılanmaması gerektiği.
- miktarTek parçalar, küçük partiler ve üretim hacimleri farklı süreç seçeneklerine yol açtığından.
Kobalt bazlı alaşım dökümleri için, tedarikçinin dökümden son işlemeye kadar kendi bünyesinde yeterliliğe sahip olup olmadığının doğrulanması da önemlidir, çünkü bu alaşımlar fark edilir derecede sertleşir ve işlemler arasındaki geçiş hem maliyeti hem de teslim süresini etkiler.
