Hợp kim Stellite là thuật ngữ chung cho một loạt các hợp kim coban-crom có khả năng chịu được nhiệt độ cao, mài mòn và ăn mòn. "Stellite" ban đầu là bằng sáng chế của Tập đoàn Deloro. Vào năm 2012, Tập đoàn Deloro Stellite đã được Kennametal mua lại và trở thành nhãn hiệu đã đăng ký của Kennametal, dùng để chỉ các hợp kim dựa trên coban cụ thể.
Thành phần hóa học của hợp kim Stellite:
Hợp kim Stellite thuộc họ hợp kim gốc coban và chủ yếu chứa các thành phần cốt lõi sau:
Cobalt (Co): Một nguyên tố ma trận, chiếm khoảng 50-65% tổng trọng lượng, mang lại độ bền nhiệt độ cao và khả năng chống mỏi nhiệt tuyệt vời.
Crom (Cr): Hàm lượng của nó thường nằm trong khoảng từ 25% đến 33% và là chìa khóa để hình thành lớp bảo vệ dày đặc bằng crom oxit (Cr₂O₃), mang lại cho hợp kim khả năng chống oxy hóa và ăn mòn ở nhiệt độ cao vượt trội.
Vonfram (W) và molypden (Mo): Các nguyên tố tăng cường dung dịch rắn chính. Một số vonfram hoặc molypden sẽ kết hợp với carbon để tạo thành cacbua cứng, tăng cường đáng kể độ cứng màu đỏ và khả năng chống mài mòn của hợp kim.
Carbon (C): Hàm lượng dao động trong khoảng 0,1% đến 3,0%. Carbon là nguyên tố cốt lõi trong việc hình thành các cacbua (như MC, M₂₃C₆, M₇C₃), được nhúng trong ma trận coban giống như các thanh thép, tạo thành “bộ khung” cho hợp kim chống mài mòn.
Sự tăng cường của hợp kim Stellite chủ yếu đến từ ma trận austenite được tăng cường bằng dung dịch rắn và các cacbua phân bố trong ma trận. Cơ chế tăng cường độc đáo này cho phép hợp kim Stellite giảm độ bền rất chậm khi nhiệt độ tăng, mang lại cho nó độ ổn định nhiệt cực cao.
Các loại và đặc điểm chính của hợp kim Stellite:
Dòng chống mài mòn
Stellite 1: Loại có hàm lượng carbon cao và vonfram cao với độ cứng lên tới HRC 48-55. Nó có hiệu suất chống mài mòn tuyệt vời và phù hợp cho ghế van, vòng bi và lớp lót chống mài mòn, v.v.
Stellite 4: Độ bền cao, độ cứng cao. Nó phù hợp cho khuôn dập nguội, các bộ phận chịu mài mòn cao, v.v.
Stellite 6: Loại linh hoạt và cổ điển nhất, được mệnh danh là “Jack của mọi loại”. Nó có sự cân bằng hoàn hảo giữa độ cứng (khoảng HRC 40) và độ dẻo dai, đồng thời có khả năng chống va đập, chống ăn mòn và chịu nhiệt độ cao tuyệt vời. Nó được sử dụng rộng rãi trong các bề mặt làm kín van, van động cơ và các ống lót khác nhau, v.v.
Stellite 12: Hiệu suất của nó nằm giữa Stellite 1 và Stellite 6, với độ cứng xấp xỉ HRC 45. Nó cứng hơn và chịu mài mòn tốt hơn Stellite 6 và phù hợp với các van nhiệt độ cao và áp suất cao, răng cưa, thanh đẩy vít và van điều khiển.
Stellite 20: Loại có độ cứng cực cao (khoảng HRC 60), được thiết kế chủ yếu cho các điều kiện mài mòn cực độ và thường được sử dụng trong ống bọc ổ trục, tấm chống mài mòn và vòng đệm quay.
Stellite 100: Chống va đập và chống xâm thực, được thiết kế chủ yếu cho các điều kiện mài mòn khắc nghiệt, nó thường được sử dụng trong các cánh bơm, cánh tuabin và thiết bị hóa học.
Dòng sản phẩm chịu nhiệt độ cao/chống ăn mòn
Stellite 21: Loại có hàm lượng carbon thấp, chứa molypden với độ dẻo dai tuyệt vời và khả năng chống sốc nhiệt vượt trội. Cánh tuabin khí, van nhiệt độ cao, linh kiện công nghiệp hạt nhân.
Stellite 31 (X-40): Chứa niken, nó có độ bền nhiệt độ cao và khả năng chống mỏi nhiệt tuyệt vời, đồng thời từ lâu đã được sử dụng làm vật liệu cho cánh dẫn hướng trong động cơ máy bay và các bộ phận của tua bin khí.
Stellite 25: Hàm lượng carbon thấp, có khả năng chống mỏi nhiệt, oxy hóa và sunfua hóa tuyệt vời, thích hợp cho các bộ phận trong buồng đốt.
Chuỗi biểu diễn đặc biệt
Tribaloy T-400: Hàm lượng molypden cao, đặc tính tự bôi trơn ở nhiệt độ cao tuyệt vời, đạt được khả năng tự bôi trơn ở nhiệt độ cao thông qua pha Laves, đặc biệt thích hợp cho van cổng và các bộ phận bôi trơn không dầu trong môi trường có nhiệt độ cao và có tính ăn mòn cao.
Tribaloy T-800: Hàm lượng molypden và crom cao, có khả năng chống mài mòn tốt hơn T-400, phù hợp với môi trường đòi hỏi khắt khe hơn, có tính ăn mòn cao và nhiệt độ cao.
Ưu điểm và nhược điểm của hợp kim Stellite
Ưu điểm
Độ cứng màu đỏ nổi bật: Đặc điểm nổi bật nhất của hợp kim Stellite là có thể duy trì độ cứng và độ bền cao ngay cả ở nhiệt độ cao từ 650 đến 1000oC. Các cacbua của nó không hòa tan lại cho đến khi đạt nhiệt độ cao tới 1100oC, điều này rất khó đạt được đối với nhiều vật liệu gốc sắt và niken.
Khả năng chống ăn mòn toàn diện: Hàm lượng crom cao cho phép nó tạo thành màng thụ động ổn định trong các môi trường ăn mòn khác nhau, bao gồm nước biển, axit sulfuric, axit nitric và khí nhiệt độ cao, thể hiện khả năng chống ăn mòn đồng đều và cục bộ tuyệt vời. Đặc biệt về khả năng chống ăn mòn nhiệt (như sunfua hóa), hợp kim Stellite thường vượt trội hơn so với hợp kim gốc niken do nhiệt độ nóng chảy của coban sunfua cao hơn.
Khả năng chống mài mòn vượt trội: Cho dù đó là mài mòn do ma sát giữa các kim loại (mòn dính) hay mài mòn do ăn mòn do chất lỏng chứa các hạt, hợp kim Stellite hoạt động rất tốt. Nó có hệ số ma sát thấp và khả năng chống trầy xước mạnh mẽ.
Khả năng chống mỏi nhiệt tuyệt vời: Nó có thể chịu được sự thay đổi nhiệt độ mạnh (sốc nhiệt) mà không bị nứt, khiến nó rất phù hợp với các điều kiện khởi động-dừng thường xuyên của van, khuôn, v.v.
Nhược điểm
Độ bền nhiệt độ trung bình không đủ: Ở nhiệt độ trung bình (chẳng hạn như 600-800oC), độ bền của hợp kim Stellite thường chỉ bằng 50-75% so với hợp kim gốc niken do thiếu các pha tăng cường kết hợp.
Độ khó gia công cao: Do có độ cứng và độ bền cao nên việc gia công cắt hợp kim Stellite cực kỳ khó khăn. Thông thường, chỉ có thể áp dụng các phương pháp mài hoặc xử lý đặc biệt, dẫn đến chi phí sản xuất các bộ phận cao.
Sự khan hiếm tài nguyên: Cobalt là một nguồn tài nguyên chiến lược quan trọng. Dự trữ toàn cầu của nó bị hạn chế và phân bổ không đồng đều, dẫn đến giá hợp kim Stellite cao. Ở một mức độ nào đó, điều này hạn chế ứng dụng quy mô lớn của nó.
Khả năng chống oxy hóa hạn chế: Mặc dù có khả năng chống ăn mòn nhiệt tuyệt vời, khả năng chống oxy hóa của hợp kim Stellite trong môi trường oxy hóa nhiệt độ cao thuần túy thường thấp hơn so với hợp kim gốc niken.
