Stellite: Definição, propriedades, graus e aplicações
O Stellite é um metal branco prateado conhecido pela sua resistência ao desgaste, resistência à corrosão e resistência à oxidação a altas temperaturas, o que o torna altamente valorizado. As suas propriedades únicas levaram a aplicações generalizadas em várias indústrias, incluindo a aeroespacial, automóvel, médica e química.
A stellite existe em vários graus e ligas, cada um oferecendo propriedades distintas adaptadas a aplicações específicas. Este artigo define a stellite, descreve as suas origens e caraterísticas, discute os seus diferentes graus e ligas e explora as suas aplicações.
O que é o Stellite?
A estelite é uma liga à base de cobalto, que apresenta normalmente um brilho branco-prateado ou cinzento. Também conhecida como liga de cobalto-crómio-molibdénio, é geralmente classificada em dois tipos: Ligas Co-Cr-Mo, frequentemente utilizadas para produtos fundidos, e ligas Co-Ni-Cr-Mo, normalmente forjadas (a quente) para maquinagem de precisão. É conhecida pela sua dureza, proporcionando uma excelente resistência ao desgaste, à corrosão e à oxidação a alta temperatura. As aplicações comuns da liga Stellite incluem ferramentas de corte e aplicações aeroespaciais, válvulas e sedes de válvulas, peças para automóveis, bem como aplicações nas indústrias energética e química.
Qual é a origem do Stellite?
Em 1907, o americano Elwood Haynes inventou a liga Stellite com base no princípio de que a estrutura, desde a temperatura ambiente até ao ponto de fusão, pode depender em grande medida do reforço do carboneto com os elementos C, W, Cr e Co para estabilizar. Esta liga, composta principalmente por cobalto, crómio e tungsténio, apresenta uma cor branca prateada após o arrefecimento, com um brilho metálico brilhante semelhante ao das estrelas. O nome Stellite deriva da palavra latina para estrelas, "Stella", reflectindo o seu aspeto cintilante. Haynes mais tarde registada como stellite.
De que é feita a Stellite?
A liga Stellite é composta principalmente por cobalto, com quantidades significativas de níquel, crómio, tungsténio e pequenas quantidades de molibdénio, nióbio, tântalo, titânio, lantânio e, ocasionalmente, ferro como elementos de liga.
Como é fabricada a Stellite?
São selecionados o cobalto de elevada pureza e outros elementos de liga, como o crómio, o molibdénio, o níquel e eventuais materiais de reforço. Estes materiais são depois fundidos e misturados a altas temperaturas para garantir uma composição uniforme da liga. A composição química e a estrutura cristalina são cuidadosamente controladas. A liga é moldada nas dimensões e formas desejadas através de processos de fundição ou de trabalho a quente.
As primeiras ligas de Stellite eram produzidas utilizando técnicas de fusão e fundição sem vácuo. As ligas mais recentes, como a liga Mar-M509, que contêm elementos mais reactivos como o zircónio e o boro, são produzidas utilizando técnicas de fusão e fundição sob vácuo.
Quais são as principais caraterísticas do Stellite?
As propriedades e caraterísticas da Stellite variam consoante o grau e a liga específica, mas eis algumas caraterísticas gerais:
Resistência ao desgaste: Apresenta elevada dureza, resistindo eficazmente ao desgaste, sendo particularmente adequado para aplicações resistentes ao desgaste em ambientes de alta temperatura e alta pressão. Amplamente utilizado em ferramentas, válvulas, etc.
Resistência a altas temperaturas: Mantém a estabilidade dimensional em ambientes de alta temperatura, evitando a deformação, adequado para aplicações aeroespaciais e químicas.
Excelente Dureza: Normalmente, excede 40 HRC e pode atingir mais de 60 HRC, proporcionando vantagens significativas em termos de resistência ao desgaste, corte e resistência ao impacto. Amplamente utilizado em ferramentas de corte, peças resistentes ao desgaste, etc.
Resistência à corrosão: O crómio, o cobalto e outros elementos conferem uma excelente resistência à corrosão, capaz de resistir a várias corrosões químicas e à erosão gasosa a alta temperatura. Amplamente utilizado nas indústrias aeroespacial e química.
Elevada resistência à fadiga: Demonstra boas propriedades mecânicas, mantendo um elevado desempenho sob condições de tensão repetidas, ideal para aplicações que exigem elevada fiabilidade e durabilidade (componentes estruturais).
Alta resistência: A sua estrutura de liga única permite-lhe suportar cargas elevadas e forças de impacto, desempenhando um papel crucial em aplicações de elevada resistência.
Quais são os graus comuns de Stellite?
As ligas de estelite, como material de engenharia especial, são atualmente muito utilizadas. Apresentam um excelente desempenho em termos de resistência a altas temperaturas, resistência ao desgaste, resistência à erosão e resistência à corrosão. No entanto, as propriedades específicas variam consoante os diferentes graus. Os tipos típicos de ligas Stellite incluem: Stellite 1, Stellite 4, Stellite 6, Stellite 8, Stellite 12, Stellite 20, Stellite 21, Stellite 31, Stellite 100.
1. Stellite 1 ou UNS R30001
O Stellite 1, também conhecido como UNS R30001, contém aproximadamente 30,5% Cr, 12,5% W, 2,4% C e outros elementos. Devido ao seu elevado teor de C e W, apresenta a maior dureza e uma excelente resistência ao desgaste. O grau 1 é normalmente utilizado em aplicações como assentos de válvulas, rolamentos e arestas de corte.
2. Stellite 4 ou UNS R30004
O Stellite 4, que contém 30% Cr, 14% W, 1% C e outros elementos, é uma liga de fundição adequada para maquinagem. Apresenta elevada dureza, resistência ao desgaste e resistência a altas temperaturas, tornando-a adequada para aplicações que requerem uma resistência superior ao desgaste. O Stellite 4 é normalmente utilizado no fabrico de ferramentas de corte, peças de desgaste e componentes de alta temperatura.
3. Stellite 6 ou UNS R30006
Stellite 6também conhecido como UNS R30006, contém aproximadamente 29% Cr, 4% W, 1.15% C, juntamente com pequenas quantidades de Ni, Fe, Si, Mn e Mo. Com um teor mais baixo de C e W, o Stellite 6 oferece uma combinação equilibrada de resistência ao desgaste e tenacidade. Apresenta excelente resistência a altas temperaturas e resistência à oxidação, tornando-o o tipo mais amplamente utilizado. A Stellite 6 é normalmente utilizada no fabrico de ferramentas de corte, peças de desgaste e componentes de alta temperatura, como bicos e lâminas de turbina.
4. Stellite 8 ou UNS R30008
A Stellite 8, contendo 27% Cr, 6% Mo, 2% Ni, 0,2% C e outros elementos, é uma liga de baixo carbono reforçada com molibdénio, níquel e outros elementos. Embora apresente baixa dureza à temperatura ambiente, a sua dureza aumenta após o arrefecimento. Possui excelente resistência à corrosão a alta temperatura, resistência ao choque térmico, alta resistência e ductilidade, com alongamento tipicamente variando de 8% a 10% à temperatura ambiente. O Stellite 8 é maquinável e normalmente utilizado em aplicações como lâminas de turbinas a gás, moldes de fundição de latão e matrizes de extrusão.
5. Stellite 12 ou UNS R30012
A Stellite 12, também conhecida como UNS R30012, contém 29,5% Cr, 8,25% W e 1,4% C. Com níveis moderados de C e W, é considerada uma liga intermédia entre a Stellite 6 e a Stellite 1. Apresenta dureza moderada, melhor resistência ao desgaste e resistência a altas temperaturas em comparação com o Stellite 6. O Stellite 12 é normalmente utilizado no fabrico de válvulas de alta temperatura e alta pressão, dentes de serra e hastes de pressão em espiral.
6. Stellite 20 ou UNS R30020
O Stellite 20, também conhecido como UNS R30020, contém 32,5% Cr, 17,5% W e 2,5% C. Com um elevado teor de carbono de até 2,5% e mais de 30% de carbonetos na sua estrutura, esta classe apresenta uma forte resistência ao desgaste e à corrosão. Tem uma elevada dureza de até 52 HRC e é normalmente utilizado em fundição ou como material de revestimento duro para revestimentos. O Stellite 20 é utilizado em aplicações como mangas de rolamentos, anéis de vedação rotativos, placas de desgaste e apoios de trabalho para máquinas de retificação sem centro.
7. Stellite 21 ou UNS R30021
O Stellite 21, também conhecido como UNS R30021, contém 27,5% Cr, mais de 5,5% Mo, 0,25% C e outros elementos. Com reforço de Mo e baixo teor de carbono, a Stellite 21 é uma liga de cobalto-crómio que apresenta uma dureza inferior à temperatura ambiente e uma dureza superior após arrefecimento. Oferece boa resistência à corrosão a alta temperatura, resistência ao desgaste e propriedades mecânicas gerais. A Stellite 21 é adequada para o revestimento duro de várias matrizes de forjamento a quente e é normalmente utilizada na produção de lâminas de turbina, várias válvulas de fluido e assentos de válvulas.
8. Stellite 31 ou UNS R30031
O Stellite 31 é uma liga não magnética que contém 25% Cr, 10% Ni, 7% W, 0,3% C e pequenas quantidades de outros elementos. Tem um coeficiente de expansão térmica relativamente baixo, o que a torna ideal para aplicações que exigem estabilidade dimensional. Com uma gama de dureza de 35-45 HRC, é adequado para o corte de peças. O Stellite 31 também apresenta uma forte resistência ao choque térmico e é utilizado principalmente para componentes de motores, peças de válvulas, rolamentos e matrizes de extrusão.
9. Stellite 100 ou UNS R30100
Stellite 100 é a liga mais dura da família Stellite, com uma dureza superior a 61-66 HRC. Apresenta também uma elevada dureza a quente, mantendo-se em torno de HRC 45 a 800°C, e uma excecional resistência ao desgaste abrasivo. Possui uma boa resistência à corrosão, mas é difícil de maquinar. Este tipo de liga é especificamente concebido para aplicações de corte de metais e é normalmente utilizado no fabrico de ferramentas de corte, tais como lâminas e fresas.
Quais são as principais propriedades da Stellite?
Algumas das propriedades físicas e químicas da estelite são enumeradas a seguir:
Densidade: A estelita tem uma densidade que varia aproximadamente entre 8,5 e 9,5 g/cm³.
Cor: A estelita apresenta um brilho branco-prateado ou cinzento.
Força: A resistência da estelita depende do seu grau e da concentração de elementos de liga. As ligas de estelite podem atingir uma resistência à tração na ordem dos 1100-1500 MPa, com um limite de elasticidade tipicamente entre 800-1100 MPa, mostrando caraterísticas de elevada resistência.
Resistência ao desgaste: A Stellite apresenta uma elevada resistência à tração, dureza e excelente resistência à fadiga, o que a torna altamente durável e com uma longa vida útil prevista.
Resistência a altas temperaturas: A Stellite tem um coeficiente de expansão térmica de aproximadamente 12-14 µm/m-K (no intervalo de 20-100°C), apresentando uma boa estabilidade térmica. Pode manter as propriedades mecânicas a altas temperaturas (até aproximadamente 1200°C) e resistir à oxidação a alta temperatura.
Resistência à corrosão: A Stellite apresenta uma excelente resistência aos meios corrosivos comuns, como o ácido sulfúrico, o ácido clorídrico e o bicarbonato de sódio, mantendo propriedades mecânicas estáveis e resistindo à oxidação a altas temperaturas.
Quais são as aplicações da Stellite?
Com base nas caraterísticas da Stellite, é essencial uma seleção cuidadosa das qualidades de acordo com os requisitos técnicos para se obter um desempenho global ótimo. Eis algumas aplicações da Stellite:
Aeroespacial
As ligas de estelite são materiais ideais para a indústria aeroespacial devido à sua resistência a altas temperaturas, à corrosão e à oxidação e à sua capacidade de resistir a ambientes extremos. São normalmente utilizadas no fabrico de componentes de motores, lâminas de turbinas, peças de câmaras de combustão, válvulas de escape, etc.
Automóvel
Devido à sua resistência ao desgaste e a altas temperaturas, a Stellite é utilizada no fabrico de automóveis para peças como componentes de motores e peças de turbocompressores para aumentar a durabilidade e o desempenho mecânico. A sua aplicação na indústria automóvel é algo limitada devido ao seu custo mais elevado em comparação com outros materiais, mas a sua utilização pode expandir-se com o avanço das tecnologias automóveis.
Energia
A excelente resistência ao desgaste, resistência à corrosão e resistência a altas temperaturas da Stellite tornam-na adequada para o fabrico de componentes utilizados em equipamentos de extração de petróleo e gás natural (por exemplo, brocas, corpos de bombas) e para componentes em centrais térmicas e nucleares, garantindo a segurança, eficiência e fiabilidade da energia.
Indústria química
A Stellite pode resistir à corrosão de ácidos fortes, álcalis, oxidantes e redutores, tornando-a adequada para o fabrico de vários reactores, recipientes e condutas utilizados para manusear e armazenar produtos químicos corrosivos. As aplicações comuns incluem bombas, válvulas, permutadores de calor e outros componentes resistentes à corrosão, aumentando a segurança e a eficiência na produção química.
Indústria mecânica
A Stellite, conhecida pela sua excelente resistência ao desgaste, resistência a altas temperaturas e resistência ao impacto, é amplamente utilizada no fabrico de ferramentas de corte, tais como ferramentas de torneamento, fresas, brocas, alargadores e machos. Mantém a nitidez durante as operações de corte a alta velocidade e em serviço pesado e em condições de alta temperatura, prolongando assim a vida útil das ferramentas.
Médico
A Stellite é conhecida pela sua excelente resistência ao desgaste, resistência à corrosão e resistência a altas temperaturas, tornando-a adequada para o fabrico de ferramentas cirúrgicas, lâminas, componentes duráveis em equipamento médico, ferramentas ortopédicas e componentes de substituição de articulações. Embora as ligas Stellite apresentem geralmente uma boa biocompatibilidade, os riscos potenciais, como a libertação de iões de cobalto e as reacções alérgicas, devem ser considerados em determinadas aplicações.
Estas aplicações realçam a versatilidade e a importância da Stellite em vários sectores.
Quais são as limitações do Stellite?
Baixa ductilidade: As ligas de estelite apresentam uma ductilidade fraca, conduzindo frequentemente à fragilidade e à suscetibilidade de fratura sob cargas de impacto. Por conseguinte, não são adequadas para utilização em componentes que exijam resistência a cargas de impacto.
Difícil de maquinar: A Stellite tem uma dureza elevada, o que torna a sua maquinação difícil. São necessários equipamentos e técnicas avançadas para a maquinação, o que resulta num aumento do tempo de processamento e dos custos.
Custo elevado: O processo de produção do stellite é complexo e envolve cobalto de alta pureza e outros metais preciosos, tornando o seu custo significativamente mais elevado em comparação com outros materiais, como o aço inoxidável.
FAQs
Quais são os benefícios do Stellite?
As ligas Stellite apresentam uma excelente dureza e resistência ao desgaste, mantendo a nitidez e a durabilidade durante uma utilização prolongada. Demonstram uma excelente resistência a vários produtos químicos e ambientes corrosivos, permanecem estáveis a altas temperaturas e possuem uma elevada resistência.
Qual é a cor da Stellite?
As ligas Stellite são tipicamente de cor cinzenta ou cinzento-prateada. Esta cor é determinada principalmente pela composição da liga à base de cobalto, assemelhando-se frequentemente à aparência do aço inoxidável ou do aço cromado.
Quais são os graus de Stellite mais utilizados?
Os tipos de Stellite mais utilizados incluem o Stellite 1, o Stellite 6, o Stellite 12 e o Stellite 21. Estes correspondem a ligas de cobalto-crómio-tungsténio com baixo teor de carbono, médio teor de carbono e alto teor de carbono, utilizadas em aplicações de fundição e soldadura. As camadas depositadas apresentam uma excelente resistência à corrosão, ao calor e ao desgaste, mantendo estas propriedades mesmo a temperaturas elevadas até 800°C.
Resumo
Este artigo apresenta a stellite, explicando o que é a stellite e suas caraterísticas, e discute várias aplicações da Stellite. Se quiser saber mais sobre a stellite, por favor contactar-nos.
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