Stellite: Definición, propiedades, grados y aplicaciones
La estelita es un metal blanco plateado conocido por su resistencia al desgaste, a la corrosión y a la oxidación a altas temperaturas, lo que la hace muy apreciada. Sus propiedades únicas han dado lugar a aplicaciones generalizadas en diversos sectores, como el aeroespacial, el automovilístico, el médico y el químico.
La estelita existe en varios grados y aleaciones, cada uno de los cuales ofrece propiedades distintas adaptadas a aplicaciones específicas. En este artículo se define la estelita, se describen sus orígenes y características, se analizan sus distintos grados y aleaciones y se exploran sus aplicaciones.
¿Qué es la estelita?
La estelita es una aleación a base de cobalto que suele presentar un brillo blanco plateado o gris. También conocida como aleación de cobalto, cromo y molibdeno, se divide en dos tipos: Aleaciones Co-Cr-Mo, que suelen utilizarse para productos de fundición, y aleaciones Co-Ni-Cr-Mo, que suelen forjarse (en caliente) para el mecanizado de precisión. Es famosa por su dureza, que le confiere una excelente resistencia al desgaste, la corrosión y la oxidación a altas temperaturas. Las aplicaciones más comunes de la aleación de estelita incluyen herramientas de corte y aplicaciones aeroespaciales, válvulas y asientos de válvulas, piezas de automoción, así como aplicaciones en las industrias energética y química.
¿Cuál es el origen de la estelita?
En 1907, el estadounidense Elwood Haynes inventó la aleación Stellite basándose en el principio de que la estructura, desde la temperatura ambiente hasta el punto de fusión, puede apoyarse en gran medida en el refuerzo de carburos con elementos C, W, Cr y Co para estabilizarse. Esta aleación, compuesta principalmente de cobalto, cromo y wolframio, tiene un aspecto blanco plateado tras enfriarse, con un brillo metálico similar al de las estrellas. El nombre de estelita procede de la palabra latina que significa estrella, "Stella", que refleja su aspecto centelleante. Haynes más tarde marca registrada estelita.
¿De qué está hecha la estelita?
La aleación de estelita se compone principalmente de cobalto, con cantidades significativas de níquel, cromo, wolframio y pequeñas cantidades de molibdeno, niobio, tántalo, titanio, lantano y, ocasionalmente, hierro como elementos de aleación.
¿Cómo se fabrica la estelita?
Se selecciona cobalto de gran pureza y otros elementos de aleación como cromo, molibdeno, níquel y posibles materiales de refuerzo. A continuación, estos materiales se funden y mezclan a altas temperaturas para garantizar una composición uniforme de la aleación. La composición química y la estructura cristalina se controlan cuidadosamente. La aleación se moldea en las dimensiones y formas deseadas mediante procesos de fundición o trabajo en caliente.
Las primeras aleaciones de estelita se fabricaban con técnicas de fundición y colado sin vacío. Las aleaciones posteriores, como la aleación Mar-M509, que contienen elementos más reactivos como el circonio y el boro, se fabrican mediante técnicas de fusión y colada en vacío.
¿Cuáles son las principales características de Stellite?
Las propiedades y características de la estelita varían según el grado y la aleación específica, pero a continuación se indican algunas características generales:
Resistencia al desgaste: Presenta una gran dureza, resistiendo eficazmente el desgaste, especialmente adecuado para aplicaciones resistentes al desgaste en entornos de alta temperatura y alta presión. Muy utilizado en herramientas, válvulas, etc.
Resistencia a altas temperaturas: Mantiene la estabilidad dimensional en entornos de alta temperatura, evitando la deformación, adecuado para aplicaciones aeroespaciales y químicas.
Excelente dureza: Normalmente supera los 40 HRC y puede llegar a más de 60 HRC, proporcionando ventajas significativas en la resistencia al desgaste, al corte y al impacto. Ampliamente utilizado en herramientas de corte, piezas resistentes al desgaste, etc.
Resistencia a la corrosión: El cromo, el cobalto y otros elementos le confieren una excelente resistencia a la corrosión, capaz de resistir diversas corrosiones químicas y la erosión por gases a alta temperatura. Muy utilizado en la industria aeroespacial y química.
Alta resistencia a la fatiga: Demuestra buenas propiedades mecánicas, manteniendo un alto rendimiento en condiciones de esfuerzos repetidos, ideal para aplicaciones que requieren alta fiabilidad y durabilidad (componentes estructurales).
Alta resistencia: Su exclusiva estructura de aleación le permite soportar grandes cargas y fuerzas de impacto, desempeñando un papel crucial en las aplicaciones de alta resistencia.
¿Cuáles son las calidades habituales de la estelita?
Las aleaciones de estelita, como material especial de ingeniería, son muy utilizadas en la actualidad. Presentan excelentes prestaciones en cuanto a resistencia a altas temperaturas, resistencia al desgaste, resistencia a la erosión y resistencia a la corrosión. Sin embargo, las propiedades específicas varían entre los distintos grados. Los grados típicos de las aleaciones Stellite son: Stellite 1, Stellite 4, Stellite 6, Stellite 8, Stellite 12, Stellite 20, Stellite 21, Stellite 31, Stellite 100.
1. Stellite 1 o UNS R30001
La estelita 1, también conocida como UNS R30001, contiene aproximadamente 30,5% de Cr, 12,5% de W, 2,4% de C y otros elementos. Debido a su alto contenido en C y W, presenta la mayor dureza y una excelente resistencia al desgaste. El grado 1 se utiliza normalmente para aplicaciones como asientos de válvulas, cojinetes y filos de corte.
2. Stellite 4 o UNS R30004
La Stellite 4, que contiene 30% Cr, 14% W, 1% C y otros elementos, es una aleación de fundición adecuada para el mecanizado. Presenta una gran dureza, resistencia al desgaste y resistencia a altas temperaturas, lo que la hace adecuada para aplicaciones que requieren una resistencia superior al desgaste. La estelita 4 se utiliza habitualmente en la fabricación de herramientas de corte, piezas de desgaste y componentes de alta temperatura.
3. Stellite 6 o UNS R30006
Estelita 6, también conocido como UNS R30006, contiene aproximadamente 29% de Cr, 4% de W, 1,15% de C, junto con pequeñas cantidades de Ni, Fe, Si, Mn y Mo. Con un menor contenido de C y W, la Stellite 6 ofrece una combinación equilibrada de resistencia al desgaste y tenacidad. Presenta una excelente resistencia a altas temperaturas y a la oxidación, lo que la convierte en la calidad más utilizada. La estelita 6 se emplea habitualmente en la fabricación de herramientas de corte, piezas de desgaste y componentes de alta temperatura, como toberas y álabes de turbina.
4. Stellite 8 o UNS R30008
La estelita 8, que contiene 27% de Cr, 6% de Mo, 2% de Ni, 0,2% de C y otros elementos, es una aleación de bajo contenido en carbono reforzada con molibdeno, níquel y otros elementos. Aunque presenta una dureza baja a temperatura ambiente, ésta aumenta tras el enfriamiento. Posee una excelente resistencia a la corrosión a alta temperatura, resistencia al choque térmico, alta resistencia y ductilidad, con un alargamiento que suele oscilar entre 8% y 10% a temperatura ambiente. La estelita 8 es mecanizable y se utiliza comúnmente en aplicaciones como álabes de turbinas de gas, moldes de fundición de latón y matrices de extrusión.
5. Stellite 12 o UNS R30012
La estelita 12, también conocida como UNS R30012, contiene 29,5% de Cr, 8,25% de W y 1,4% de C. Con niveles moderados de C y W, se considera una aleación intermedia entre la estelita 6 y la estelita 1. Presenta una dureza moderada, mejor resistencia al desgaste y resistencia a altas temperaturas en comparación con la estelita 6. La estelita 12 se utiliza habitualmente en la fabricación de válvulas de alta temperatura y alta presión, dientes de sierra y varillas de empuje en espiral.
6. Stellite 20 o UNS R30020
La estelita 20, también conocida como UNS R30020, contiene 32,5% de Cr, 17,5% de W y 2,5% de C. Con un alto contenido de carbono de hasta 2,5% y más de 30% de carburos en su estructura, esta calidad presenta una gran resistencia al desgaste y a la corrosión. Tiene una dureza elevada de hasta 52 HRC y se utiliza normalmente en fundición o como material de recargue duro para revestimientos. La estelita 20 se utiliza en aplicaciones como manguitos de cojinetes, anillos de juntas rotativas, placas de desgaste y soportes de trabajo para rectificadoras sin centros.
7. Stellite 21 o UNS R30021
La Stellite 21, también conocida como UNS R30021, contiene 27,5% de Cr, más de 5,5% de Mo, 0,25% de C y otros elementos. Con un refuerzo de Mo y un bajo contenido de carbono, la Stellite 21 es una aleación de cobalto-cromo que presenta una menor dureza a temperatura ambiente y una mayor dureza tras el enfriamiento. Ofrece buena resistencia a la corrosión a alta temperatura, resistencia al desgaste y propiedades mecánicas generales. La estelita 21 es adecuada para el recargue de diversas matrices de forja en caliente y se utiliza habitualmente en la fabricación de álabes de turbina, diversas válvulas de fluidos y asientos de válvulas.
8. Stellite 31 o UNS R30031
La Stellite 31 es una aleación no magnética que contiene 25% Cr, 10% Ni, 7% W, 0,3% C y pequeñas cantidades de otros elementos. Tiene un coeficiente de dilatación térmica relativamente bajo, lo que la hace ideal para aplicaciones que requieren estabilidad dimensional. Con un rango de dureza de 35-45 HRC, es adecuada para el corte de piezas. La estelita 31 también presenta una gran resistencia al choque térmico y se utiliza principalmente para componentes de motores, piezas de válvulas, cojinetes y matrices de extrusión.
9. Stellite 100 o UNS R30100
La Stellite 100 es la aleación más dura de la familia Stellite, con una dureza superior a 61-66 HRC. También presenta una elevada dureza en caliente, manteniéndose en torno a HRC 45 a 800°C, y una excepcional resistencia al desgaste abrasivo. Posee una buena resistencia a la corrosión, pero es difícil de mecanizar. Este tipo de aleación está diseñada específicamente para aplicaciones de corte de metales y se utiliza habitualmente en la fabricación de herramientas de corte como cuchillas y fresas.
¿Cuáles son las principales propiedades de la estelita?
A continuación se enumeran algunas de las propiedades físicas y químicas de la estelita:
Densidad: La estelita tiene una densidad que oscila aproximadamente entre 8,5 y 9,5 g/cm³.
Color: La estelita presenta un brillo blanco plateado o gris.
Fuerza: La resistencia de la estelita depende de su grado y de la concentración de elementos de aleación. Las aleaciones de estelita pueden alcanzar una resistencia a la tracción de entre 1100 y 1500 MPa, con un límite elástico que suele oscilar entre 800 y 1100 MPa, lo que demuestra sus características de alta resistencia.
Resistencia al desgaste: La estelita se caracteriza por su alto límite elástico, su dureza y su excelente resistencia a la fatiga, lo que la hace muy duradera y le confiere una larga vida útil.
Resistencia a altas temperaturas: La estelita tiene un coeficiente de dilatación térmica de aproximadamente 12-14 µm/m-K (en la gama de 20-100°C), lo que le confiere una buena estabilidad térmica. Puede mantener sus propiedades mecánicas a altas temperaturas (hasta aproximadamente 1.200 °C) y resistir la oxidación a altas temperaturas.
Resistencia a la corrosión: La estelita presenta una excelente resistencia a los medios corrosivos habituales, como el ácido sulfúrico, el ácido clorhídrico y el bicarbonato sódico, manteniendo estables sus propiedades mecánicas y resistiendo a la oxidación a altas temperaturas.
¿Cuáles son las aplicaciones de la estelita?
Basándose en las características de la estelita, la selección cuidadosa de los grados según los requisitos técnicos es esencial para lograr un rendimiento integral óptimo. He aquí algunas aplicaciones de la estelita:
Aeroespacial
Las aleaciones de estelita son materiales ideales para la industria aeroespacial por su resistencia a altas temperaturas, a la corrosión y a la oxidación, y por su capacidad para soportar entornos extremos. Se utilizan habitualmente en la fabricación de componentes de motores, álabes de turbinas, piezas de cámaras de combustión, válvulas de escape, etc.
Automoción
Gracias a su resistencia al desgaste y a las altas temperaturas, la estelita se utiliza en la fabricación de piezas de automoción, como componentes de motores y turbocompresores, para mejorar la durabilidad y el rendimiento mecánico. Su aplicación en la industria del automóvil es algo limitada debido a su mayor coste en comparación con otros materiales, pero su uso puede ampliarse con el avance de las tecnologías automovilísticas.
Energía
La excelente resistencia al desgaste, a la corrosión y a las altas temperaturas de la estelita la hacen idónea para fabricar componentes utilizados en equipos de extracción de petróleo y gas natural (por ejemplo, brocas de perforación, cuerpos de bombas) y para componentes de centrales térmicas y nucleares, garantizando la seguridad energética, la eficiencia y la fiabilidad.
Industria química
La estelita puede resistir la corrosión de ácidos fuertes, álcalis, oxidantes y reductores, lo que la hace adecuada para la fabricación de diversos reactores, recipientes y tuberías utilizados para manipular y almacenar productos químicos corrosivos. Las aplicaciones más comunes incluyen bombas, válvulas, intercambiadores de calor y otros componentes resistentes a la corrosión, que mejoran la seguridad y la eficacia de la producción química.
Industria mecánica
La estelita, conocida por su excelente resistencia al desgaste, a las altas temperaturas y a los impactos, se utiliza ampliamente en la fabricación de herramientas de corte, como herramientas de torneado, fresas, brocas, escariadores y machos de roscar. Mantiene el filo durante las operaciones de corte a alta velocidad y gran potencia y en condiciones de alta temperatura, prolongando así la vida útil de las herramientas.
Médico
La estelita es famosa por su extraordinaria resistencia al desgaste, a la corrosión y a las altas temperaturas, lo que la hace idónea para fabricar herramientas quirúrgicas, cuchillas, componentes duraderos de equipos médicos, herramientas ortopédicas y componentes de prótesis articulares. Aunque las aleaciones de estelita suelen presentar una buena biocompatibilidad, en determinadas aplicaciones hay que tener en cuenta riesgos potenciales como la liberación de iones de cobalto y las reacciones alérgicas.
Estas aplicaciones ponen de relieve la versatilidad e importancia de Stellite en diversos sectores.
¿Cuáles son las limitaciones de Stellite?
Baja ductilidad: Las aleaciones de estelita presentan escasa ductilidad, lo que a menudo provoca fragilidad y susceptibilidad a la fractura bajo cargas de impacto. Por lo tanto, no son adecuadas para su uso en componentes que requieran resistencia a cargas de impacto.
Difícil de mecanizar: La estelita tiene una gran dureza, lo que dificulta su mecanizado. Para su mecanizado se requieren equipos y técnicas avanzadas, lo que se traduce en un aumento del tiempo de procesamiento y de los costes.
Coste elevado: El proceso de producción de la estelita es complejo e implica cobalto de gran pureza y otros metales preciosos, por lo que su coste es significativamente superior al de otros materiales como el acero inoxidable.
Preguntas frecuentes
¿Cuáles son las ventajas de la estelita?
Las aleaciones de estelita presentan una excelente dureza y resistencia al desgaste, manteniendo el filo y la durabilidad durante un uso prolongado. Presentan una excelente resistencia a diversos productos químicos y entornos corrosivos, permanecen estables a altas temperaturas y poseen una gran resistencia.
¿Cuál es el color de la estelita?
Las aleaciones de estelita suelen ser de color gris o gris plateado. Este color viene determinado principalmente por la composición de la aleación a base de cobalto, y a menudo se asemeja al aspecto del acero inoxidable o del acero al cromo.
¿Cuáles son las calidades de estelita más utilizadas?
Los grados de Stellite más utilizados son Stellite 1, Stellite 6, Stellite 12 y Stellite 21. Éstas corresponden a aleaciones de cobalto-cromo-tungsteno de bajo contenido en carbono, medio contenido en carbono y alto contenido en carbono utilizadas en aplicaciones de fundición y soldadura. Las capas depositadas presentan una excelente resistencia a la corrosión, al calor y al desgaste, manteniendo estas propiedades incluso a altas temperaturas de hasta 800°C.
Resumen
En este artículo se presenta la estelita, se explica qué es y cuáles son sus características y se analizan diversas aplicaciones de la estelita. Si desea saber más sobre la estelita, por favor Contacto.
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