Stellit: Definition, Eigenschaften, Güteklassen und Anwendungen
Stellite ist ein silberweißes Metall, das für seine Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturoxidationsbeständigkeit bekannt ist und daher sehr geschätzt wird. Seine einzigartigen Eigenschaften haben zu weit verbreiteten Anwendungen in verschiedenen Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Medizin und Chemie geführt.
Stellit gibt es in verschiedenen Güten und Legierungen, die jeweils unterschiedliche, auf spezifische Anwendungen zugeschnittene Eigenschaften aufweisen. Dieser Artikel definiert Stellit, beschreibt seinen Ursprung und seine Merkmale, erörtert die verschiedenen Sorten und Legierungen und untersucht seine Anwendungen.
Was ist Stellite?
Stellit ist eine Legierung auf Kobaltbasis, die in der Regel einen silbrig-weißen oder grauen Glanz aufweist. Sie wird auch als Kobalt-Chrom-Molybdän-Legierung bezeichnet und lässt sich grob in zwei Typen unterteilen: Co-Cr-Mo-Legierungen, die häufig für Gussprodukte verwendet werden, und Co-Ni-Cr-Mo-Legierungen, die in der Regel für die Präzisionsbearbeitung (warm) geschmiedet werden. Sie ist für ihre Härte bekannt und bietet eine hervorragende Beständigkeit gegen Verschleiß, Korrosion und Hochtemperaturoxidation. Zu den üblichen Anwendungen der Stellit-Legierung gehören Schneidwerkzeuge und Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, Ventile und Ventilsitze, Automobilteile sowie Anwendungen in der Energie- und Chemieindustrie.
Was ist der Ursprung von Stellit?
1907 erfand der Amerikaner Elwood Haynes die Stellit-Legierung auf der Grundlage des Prinzips, dass sich die Struktur von der Raumtemperatur bis zum Schmelzpunkt weitgehend auf die Karbidverfestigung mit den Elementen C, W, Cr und Co stützen kann, um sie zu stabilisieren. Diese Legierung, die hauptsächlich aus Kobalt, Chrom und Wolfram besteht, erscheint nach dem Erkalten silberweiß und hat einen brillanten Metallglanz, der an Sterne erinnert. Der Name Stellit leitet sich von dem lateinischen Wort für Sterne, "Stella", ab und spiegelt sein funkelndes Aussehen wider. Haynes später unter dem Markennamen Stellit.
Woraus besteht Stellit?
Die Stellit-Legierung besteht hauptsächlich aus Kobalt, mit erheblichen Mengen an Nickel, Chrom, Wolfram und geringen Mengen an Molybdän, Niob, Tantal, Titan, Lanthan und gelegentlich Eisen als Legierungselemente.
Wie wird Stellit hergestellt?
Es werden hochreines Kobalt und andere Legierungselemente wie Chrom, Molybdän, Nickel und mögliche Verstärkungsmaterialien ausgewählt. Diese Materialien werden dann bei hohen Temperaturen geschmolzen und gemischt, um eine einheitliche Legierungszusammensetzung zu gewährleisten. Die chemische Zusammensetzung und die Kristallstruktur werden sorgfältig kontrolliert. Die Legierung wird durch Gießen oder Warmumformung in die gewünschten Abmessungen und Formen gebracht.
Die frühen Stellit-Legierungen wurden im Nicht-Vakuum-Schmelz- und Gießverfahren hergestellt. Spätere Legierungen wie Mar-M509, die reaktivere Elemente wie Zirkonium und Bor enthalten, werden im Vakuumschmelz- und Vakuumgießverfahren hergestellt.
Was sind die wichtigsten Merkmale von Stellite?
Die Eigenschaften und Merkmale von Stellit variieren je nach Sorte und spezifischer Legierung, aber hier sind einige allgemeine Merkmale:
Abnutzungswiderstand: Weist eine hohe Härte auf, die dem Verschleiß wirksam widersteht, und eignet sich besonders für verschleißfeste Anwendungen in Umgebungen mit hohen Temperaturen und hohem Druck. Weit verbreitet in Werkzeugen, Ventilen, etc.
Hohe Temperaturbeständigkeit: Behält die Dimensionsstabilität in Hochtemperaturumgebungen bei und verhindert Verformungen, geeignet für Luft- und Raumfahrt sowie chemische Anwendungen.
Ausgezeichnete Härte: Übersteigt in der Regel 40 HRC und kann über 60 HRC erreichen, was erhebliche Vorteile in Bezug auf Verschleißfestigkeit, Schneiden und Schlagfestigkeit bietet. Weit verbreitet in Schneidwerkzeugen, verschleißfesten Teilen usw.
Korrosionsbeständigkeit: Chrom, Kobalt und andere Elemente verleihen eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, die verschiedenen chemischen Korrosionsarten und der Gaserosion bei hohen Temperaturen widerstehen kann. Weit verbreitet in der Luft- und Raumfahrt und in der chemischen Industrie.
Hohe Ermüdungsbeständigkeit: Zeigt gute mechanische Eigenschaften, die auch bei wiederholter Beanspruchung eine hohe Leistung beibehalten, ideal für Anwendungen, die eine hohe Zuverlässigkeit und Haltbarkeit erfordern (strukturelle Komponenten).
Hohe Festigkeit: Seine einzigartige Legierungsstruktur ermöglicht es ihm, hohen Belastungen und Stoßkräften standzuhalten, was eine entscheidende Rolle bei hochfesten Anwendungen spielt.
Was sind die gängigen Stellit-Sorten?
Stellit-Legierungen sind als spezielle technische Werkstoffe heute weit verbreitet. Sie weisen eine hervorragende Leistung in Bezug auf Hochtemperaturbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Erosionsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf. Die spezifischen Eigenschaften variieren jedoch zwischen den verschiedenen Sorten. Typische Sorten von Stellit-Legierungen sind: Stellit 1, Stellit 4, Stellit 6, Stellit 8, Stellit 12, Stellit 20, Stellit 21, Stellit 31, Stellit 100.
1. Stellit 1 oder UNS R30001
Stellit 1, auch bekannt als UNS R30001, enthält etwa 30,5% Cr, 12,5% W, 2,4% C und andere Elemente. Aufgrund seines hohen Gehalts an C und W weist er die höchste Härte und eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit auf. Die Sorte 1 wird in der Regel für Anwendungen wie Ventilsitze, Lager und Schneidkanten verwendet.
2. Stellit 4 oder UNS R30004
Stellite 4, das 30% Cr, 14% W, 1% C und andere Elemente enthält, ist eine Gusslegierung, die sich für die Bearbeitung eignet. Sie zeichnet sich durch hohe Härte, Verschleißfestigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit aus und eignet sich daher für Anwendungen, die eine hohe Verschleißfestigkeit erfordern. Stellite 4 wird üblicherweise für die Herstellung von Schneidwerkzeugen, Verschleißteilen und Hochtemperaturkomponenten verwendet.
3. Stellit 6 oder UNS R30006
Stellit 6Stellite 6, auch bekannt als UNS R30006, enthält etwa 29% Cr, 4% W, 1,15% C sowie geringe Mengen an Ni, Fe, Si, Mn und Mo. Mit einem geringeren C- und W-Gehalt bietet Stellite 6 eine ausgewogene Kombination aus Verschleißfestigkeit und Zähigkeit. Er weist eine ausgezeichnete Hochtemperatur- und Oxidationsbeständigkeit auf und ist daher die am häufigsten verwendete Sorte. Stellit 6 wird häufig für die Herstellung von Schneidwerkzeugen, Verschleißteilen und Hochtemperaturkomponenten wie Düsen und Turbinenschaufeln verwendet.
4. Stellit 8 oder UNS R30008
Stellite 8, das 27% Cr, 6% Mo, 2% Ni, 0,2% C und andere Elemente enthält, ist eine kohlenstoffarme Legierung, die mit Molybdän, Nickel und anderen Elementen verstärkt ist. Während sie bei Raumtemperatur eine geringe Härte aufweist, steigt ihre Härte nach dem Abkühlen an. Sie besitzt eine ausgezeichnete Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit, hohe Festigkeit und Duktilität, wobei die Dehnung bei Raumtemperatur typischerweise zwischen 8% und 10% liegt. Stellite 8 lässt sich maschinell bearbeiten und wird häufig für Anwendungen wie Gasturbinenschaufeln, Messinggussformen und Strangpresswerkzeuge verwendet.
5. Stellit 12 oder UNS R30012
Stellit 12, auch bekannt als UNS R30012, enthält 29,5% Cr, 8,25% W und 1,4% C. Mit mäßigem C- und W-Gehalt gilt es als eine Zwischenlegierung zwischen Stellit 6 und Stellit 1. Im Vergleich zu Stellit 6 weist sie eine mittlere Härte, eine bessere Verschleißfestigkeit und eine höhere Temperaturbeständigkeit auf. Stellit 12 wird häufig für die Herstellung von Hochtemperatur- und Hochdruckventilen, Sägezähnen und Spiralstößeln verwendet.
6. Stellit 20 oder UNS R30020
Stellite 20, auch bekannt als UNS R30020, enthält 32,5% Cr, 17,5% W und 2,5% C. Mit einem hohen Kohlenstoffgehalt von bis zu 2,5% und über 30% Karbiden in seiner Struktur weist diese Sorte eine hohe Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf. Sie weist eine hohe Härte von bis zu 52 HRC auf und wird in der Regel für Gussstücke oder als Panzerungsmaterial für Beschichtungen verwendet. Stellite 20 wird in Anwendungen wie Lagerhülsen, Rotationsdichtungsringen, Verschleißplatten und Arbeitsauflagen für spitzenlose Schleifmaschinen verwendet.
7. Stellit 21 oder UNS R30021
Stellite 21, auch bekannt als UNS R30021, enthält 27,5% Cr, über 5,5% Mo, 0,25% C und andere Elemente. Stellite 21 ist eine Kobalt-Chrom-Legierung mit Mo-Verstärkung und niedrigem Kohlenstoffgehalt, die bei Raumtemperatur eine geringere Härte und nach dem Abkühlen eine höhere Härte aufweist. Sie bietet eine gute Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und allgemeine mechanische Eigenschaften. Stellite 21 eignet sich zum Aufpanzern verschiedener Warmschmiedegesenke und wird häufig für die Herstellung von Turbinenschaufeln, verschiedenen Flüssigkeitsventilen und Ventilsitzen verwendet.
8. Stellite 31 oder UNS R30031
Stellite 31 ist eine nichtmagnetische Legierung mit 25% Cr, 10% Ni, 7% W, 0,3% C und geringen Mengen anderer Elemente. Sie hat einen relativ niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eignet sich daher ideal für Anwendungen, bei denen Maßhaltigkeit erforderlich ist. Mit einem Härtebereich von 35-45 HRC ist es für die Zerspanung von Teilen geeignet. Stellite 31 weist auch eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit auf und wird hauptsächlich für Motorenteile, Ventilteile, Lager und Extrusionswerkzeuge verwendet.
9. Stellite 100 oder UNS R30100
Stellite 100 ist die härteste Legierung in der Stellite-Familie mit einer Härte von mehr als 61-66 HRC. Sie weist auch eine hohe Warmhärte auf, die bei 800 °C bei etwa 45 HRC liegt, und ist außergewöhnlich widerstandsfähig gegen abrasiven Verschleiß. Sie weist eine gute Korrosionsbeständigkeit auf, ist aber schwer zu bearbeiten. Diese Art von Legierung wurde speziell für die Metallzerspanung entwickelt und wird häufig für die Herstellung von Schneidwerkzeugen wie Klingen und Fräsern verwendet.
Was sind die wichtigsten Eigenschaften von Stellit?
Einige der physikalischen und chemischen Eigenschaften von Stellit sind im Folgenden aufgeführt:
Die Dichte: Stellit hat eine Dichte von etwa 8,5 bis 9,5 g/cm³.
Farbe: Stellit weist einen silberweißen oder grauen Glanz auf.
Stärke: Die Festigkeit von Stellit hängt von seiner Sorte und der Konzentration der Legierungselemente ab. Stellit-Legierungen können eine Zugfestigkeit im Bereich von 1100-1500 MPa erreichen, wobei die Streckgrenze typischerweise zwischen 800-1100 MPa liegt und somit hohe Festigkeitseigenschaften aufweist.
Abnutzungswiderstand: Stellite zeichnet sich durch eine hohe Streckgrenze, Härte und ausgezeichnete Ermüdungsfestigkeit aus, was es sehr haltbar macht und eine lange Lebensdauer erwarten lässt.
Hohe Temperaturbeständigkeit: Stellite hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von ca. 12-14 µm/m-K (im Bereich von 20-100°C) und weist eine gute thermische Stabilität auf. Es kann seine mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen (bis zu ca. 1200°C) beibehalten und widersteht der Hochtemperaturoxidation.
Korrosionsbeständigkeit: Stellite weist eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen gängige korrosive Medien wie Schwefelsäure, Salzsäure und Natriumbicarbonat auf und behält stabile mechanische Eigenschaften bei, während es auch bei hohen Temperaturen oxidationsbeständig ist.
Was sind die Anwendungen von Stellit?
Auf der Grundlage der Eigenschaften von Stellit ist eine sorgfältige Auswahl der Sorten entsprechend den technischen Anforderungen unerlässlich, um eine optimale Gesamtleistung zu erzielen. Hier sind einige Anwendungen von Stellit:
Luft- und Raumfahrt
Stellit-Legierungen sind aufgrund ihrer hohen Temperaturbeständigkeit, Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit und ihrer Fähigkeit, extremen Umgebungen standzuhalten, ideale Werkstoffe für die Luft- und Raumfahrt. Sie werden häufig für die Herstellung von Triebwerkskomponenten, Turbinenschaufeln, Brennkammerteilen, Auslassventilen usw. verwendet.
Automobilindustrie
Aufgrund seiner Verschleißfestigkeit und hohen Temperaturbeständigkeit wird Stellite in der Automobilherstellung für Teile wie Motorkomponenten und Turboladerteile verwendet, um die Haltbarkeit und mechanische Leistung zu verbessern. Seine Anwendung in der Automobilindustrie ist aufgrund der höheren Kosten im Vergleich zu anderen Materialien etwas begrenzt, aber seine Verwendung könnte sich mit fortschreitender Automobiltechnologie ausweiten.
Energie
Aufgrund seiner ausgezeichneten Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und hohen Temperaturbeständigkeit eignet sich Stellite für die Herstellung von Bauteilen, die in Erdöl- und Erdgasförderanlagen (z. B. Bohrköpfe, Pumpengehäuse) sowie für Bauteile in Wärme- und Kernkraftwerken verwendet werden und die Sicherheit, Effizienz und Zuverlässigkeit der Energieversorgung gewährleisten.
Chemische Industrie
Stellite ist korrosionsbeständig gegenüber starken Säuren, Laugen, Oxidationsmitteln und Reduktionsmitteln und eignet sich daher für die Herstellung verschiedener Reaktoren, Behälter und Rohrleitungen, die zur Handhabung und Lagerung korrosiver Chemikalien verwendet werden. Zu den üblichen Anwendungen gehören Pumpen, Ventile, Wärmetauscher und andere korrosionsbeständige Komponenten, die die Sicherheit und Effizienz in der chemischen Produktion erhöhen.
Mechanische Industrie
Stellite ist für seine hervorragende Verschleißfestigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit und Schlagfestigkeit bekannt und wird häufig für die Herstellung von Schneidwerkzeugen wie Dreh- und Fräswerkzeugen, Bohrern, Reibahlen und Gewindebohrern verwendet. Es behält seine Schärfe bei Hochgeschwindigkeits- und Schwerzerspanungsarbeiten und unter hohen Temperaturen bei und verlängert so die Lebensdauer der Werkzeuge.
Medizinische
Stellite ist für seine hervorragende Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit bekannt und eignet sich daher für die Herstellung von chirurgischen Werkzeugen, Klingen, langlebigen Komponenten in medizinischen Geräten, orthopädischen Werkzeugen und Gelenkersatzteilen. Obwohl Stellite-Legierungen im Allgemeinen eine gute Biokompatibilität aufweisen, müssen bei bestimmten Anwendungen potenzielle Risiken wie die Freisetzung von Kobaltionen und allergische Reaktionen berücksichtigt werden.
Diese Anwendungen unterstreichen die Vielseitigkeit und Bedeutung von Stellite in verschiedenen Branchen.
Was sind die Grenzen von Stellite?
Geringe Duktilität: Stellit-Legierungen weisen eine geringe Duktilität auf, was häufig zu Sprödigkeit und Bruchanfälligkeit bei Stoßbelastungen führt. Daher eignen sie sich nicht für Bauteile, die Schlagbelastungen standhalten müssen.
Schwer zu bearbeiten: Stellit hat eine hohe Härte, was seine Bearbeitung schwierig macht. Für die Bearbeitung sind fortschrittliche Geräte und Techniken erforderlich, was zu höheren Bearbeitungszeiten und -kosten führt.
Hohe Kosten: Der Herstellungsprozess von Stellit ist komplex und erfordert hochreines Kobalt und andere Edelmetalle, was die Kosten im Vergleich zu anderen Materialien wie Edelstahl deutlich erhöht.
FAQs
Was sind die Vorteile von Stellite?
Stellit-Legierungen weisen eine ausgezeichnete Härte und Verschleißfestigkeit auf und behalten ihre Schärfe und Haltbarkeit auch bei längerem Gebrauch. Sie weisen eine hervorragende Beständigkeit gegen verschiedene Chemikalien und korrosive Umgebungen auf, bleiben bei hohen Temperaturen stabil und besitzen eine hohe Festigkeit.
Was ist die Farbe von Stellit?
Stellit-Legierungen haben in der Regel eine graue oder silbergraue Farbe. Diese Farbe wird in erster Linie durch die Zusammensetzung der Legierung auf Kobaltbasis bestimmt und ähnelt oft dem Aussehen von rostfreiem Stahl oder Chromstahl.
Welches sind die gebräuchlichsten Stellitqualitäten?
Zu den am häufigsten verwendeten Stellit-Güten gehören Stellit 1, Stellit 6, Stellit 12 und Stellit 21. Diese entsprechen kohlenstoffarmen, mittelkohlenstoffhaltigen und kohlenstoffreichen Kobalt-Chrom-Wolfram-Legierungen, die in Guss- und Schweißanwendungen eingesetzt werden. Die abgeschiedenen Schichten weisen eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, Hitzebeständigkeit und Verschleißfestigkeit auf und behalten diese Eigenschaften auch bei hohen Temperaturen bis zu 800 °C bei.
Zusammenfassung
In diesem Artikel wird Stellit vorgestellt, es wird erklärt, was Stellit ist und welche Eigenschaften es hat, und es werden verschiedene Anwendungen von Stellit erörtert. Wenn Sie mehr über Stellit erfahren möchten, lesen Sie bitte Kontaktieren Sie uns.
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