Стеллітний сплав — це загальний термін для ряду кобальто-хромових сплавів, стійких до високих температур, зносу та корозії. "Stellite" спочатку був патентом Deloro Group. У 2012 році Deloro Stellite Group була придбана компанією Kennametal і стала зареєстрованою торговою маркою Kennametal, що використовується для позначення конкретних сплавів на основі кобальту.
Хімічний склад сплаву Стелліт:
Стеллітний сплав належить до сімейства сплавів на основі кобальту і в основному містить такі основні елементи:
Кобальт (Co): Матричний елемент, що становить приблизно 50-65% від загальної ваги, забезпечує чудову високотемпературну міцність і стійкість до термічної втоми.
Хром (Cr): його вміст зазвичай становить від 25% до 33%, і це ключ до формування щільного захисного шару оксиду хрому (Cr₂O₃), що надає сплаву виняткову стійкість до високотемпературного окислення та корозії.
Вольфрам (W) і молібден (Mo): Основні елементи зміцнення твердого розчину. Частина вольфраму або молібдену поєднується з вуглецем, утворюючи тверді карбіди, значно підвищуючи червону твердість і зносостійкість сплаву.
Вуглець (C): Вміст коливається від 0,1% до 3,0%. Вуглець є основним елементом у формуванні карбідів (таких як MC, M₂₃C₆, M₇C3), які вбудовані в кобальтову матрицю, як сталеві стрижні, утворюючи «скелет» для сплаву, щоб протистояти зношуванню.
Зміцнення сплаву Stellite в основному відбувається за рахунок аустенітної матриці, зміцненої твердим розчином, і карбідів, розподілених у матриці. Цей унікальний механізм зміцнення дозволяє сплаву Stellite дуже повільно втрачати міцність із підвищенням температури, що надає йому надзвичайно високої термічної стабільності.
Основні марки та характеристики сплаву Стелліт:
Зносостійка серія
Стелліт 1: марка з високим вмістом вуглецю та вольфраму з твердістю до HRC 48-55. Має чудові антиабразивні властивості і підходить для сідел клапанів, підшипників і зносостійких вкладишів тощо.
Стелліт 4: висока міцність, висока твердість. Він підходить для штампів холодного штампування, деталей, що зношуються під високим навантаженням, тощо.
Stellite 6: найбільш універсальний і класичний сорт, відомий як «Джек усіх видів». Він має ідеальний баланс між твердістю (близько HRC 40) і в'язкістю, а також має чудову стійкість до ударів, корозії та високих температур. Він широко використовується в ущільнювальних поверхнях клапанів, клапанах двигуна та різних втулках тощо.
Stellite 12: його характеристики знаходяться між показниками Stellite 1 і Stellite 6, з твердістю приблизно HRC 45. Він твердіший і більш стійкий до зношування, ніж Stellite 6, і підходить для високотемпературних клапанів і клапанів високого тиску, пилкових зубів, штовхачів гвинтів і регулюючих клапанів.
Stellite 20: Марка з надзвичайно високою твердістю (приблизно HRC 60), в основному розроблена для екстремальних умов абразивного зношування, і часто використовується у втулках підшипників, зносостійких пластинах і поворотних ущільнювальних кільцях.
Stellite 100: ударостійкий і стійкий до кавітації, в основному призначений для екстремальних умов абразивного зношування, він часто використовується в робочих колесах насосів, турбінних лопатках і хімічному обладнанні.
Серія, стійка до високих температур/корозії
Stellite 21: марка з низьким вмістом вуглецю, що містить молібден, має чудову міцність і виняткову стійкість до термічного удару. Лопатки газових турбін, високотемпературні клапани, компоненти атомної промисловості.
Stellite 31 (X-40): Містить нікель, він має відмінну високотемпературну міцність і стійкість до термічної втоми, і вже давно використовується як матеріал для направляючих лопаток в авіаційних двигунах і компонентах газових турбін.
Stellite 25: Низький вміст вуглецю, відмінна стійкість до термічної втоми, окислення та сульфідації, підходить для компонентів камери згоряння.
Спеціальна серія продуктивності
Tribaloy T-400: високий вміст молібдену, відмінна високотемпературна самозмащувальна властивість, досягнення високотемпературного самозмащення через фазу Лавеса, особливо підходить для засувок і безмасляних компонентів змащення у високотемпературних і сильно корозійних середовищах.
Tribaloy T-800: з високим вмістом молібдену та хрому, з кращою зносостійкістю, ніж T-400, підходить для більш вимогливих, висококорозійних та високотемпературних середовищ.
Переваги та недоліки сплаву Стелліт
Переваги
Видатна червона твердість: найвидатнішою особливістю сплаву Stellite є те, що він може зберігати високу твердість і міцність навіть при високих температурах від 650 до 1000 ℃. Його карбіди не розчиняються повторно до температури 1100 ℃, чого важко досягти багатьом матеріалам на основі заліза та нікелю.
Повна стійкість до корозії: високий вміст хрому дозволяє утворювати стабільну пасивуючу плівку в різних корозійних середовищах, включаючи морську воду, сірчану кислоту, азотну кислоту та високотемпературний газ, демонструючи чудову стійкість до рівномірної та локальної корозії. Особливо з точки зору стійкості до термічної корозії (наприклад, сульфідації), сплави Stellite часто перевершують сплави на основі нікелю через вищу температуру плавлення сульфідів кобальту.
Надзвичайна зносостійкість: незалежно від того, чи це знос міжметалевим тертям (адгезійний знос) чи ерозійний знос, викликаний рідинами, що містять частинки, сплав Stellite працює виключно добре. Він має низький коефіцієнт тертя і сильну здатність проти подряпин.
Чудова стійкість до термічної втоми: він може витримувати різкі зміни температури (термічний шок) без розтріскування, що робить його дуже придатним для частих умов запуску та зупинки клапанів, прес-форм тощо.
Недолік
Недостатня середньотемпературна міцність: при середніх температурах (наприклад, 600-800 ℃) міцність сплавів Stellite зазвичай становить лише 50-75% від міцності сплавів на основі нікелю через відсутність когерентних фаз зміцнення.
Висока складність обробки: через високу твердість і високу в'язкість обробка різанням сплаву Stellite надзвичайно складна. Зазвичай можна застосувати лише шліфування або спеціальні методи обробки, що призводить до високих витрат на виготовлення деталей.
Дефіцит ресурсів: кобальт є важливим стратегічним ресурсом. Його глобальні запаси обмежені і розподілені нерівномірно, що призводить до високої ціни сплаву Стелліт. Певною мірою це обмежує його широке застосування.
Обмежена стійкість до окислення: незважаючи на чудову стійкість до термічної корозії, стійкість до окислення сплавів Stellite у чистому високотемпературному окислювальному середовищі зазвичай нижча, ніж у сплавів на основі нікелю.
