Стеллит: Определение, свойства, разновидности и применение
Стеллит - серебристо-белый металл, известный своей износостойкостью, коррозионной стойкостью и устойчивостью к высокотемпературному окислению, благодаря чему он высоко ценится. Его уникальные свойства нашли широкое применение в различных отраслях промышленности, включая аэрокосмическую, автомобильную, медицинскую и химическую.
Стеллит выпускается в нескольких видах и сплавах, каждый из которых обладает особыми свойствами, подходящими для конкретного применения. В этой статье дается определение стеллита, описывается его происхождение и особенности, рассматриваются различные его марки и сплавы, а также рассматриваются области его применения.
Что такое стеллит?
Стеллит - это сплав на основе кобальта, обычно имеющий серебристо-белый или серый блеск. Также известный как кобальт-хром-молибденовый сплав, он в целом делится на два типа: сплавы Co-Cr-Mo, часто используемые для литых изделий, и сплавы Co-Ni-Cr-Mo, обычно (горячая) ковка для точной обработки. Он славится своей твердостью, обеспечивая превосходную устойчивость к износу, коррозии и высокотемпературному окислению. Распространенные области применения сплава Стеллит включают режущие инструменты и аэрокосмическую промышленность, клапаны и седла клапанов, автомобильные детали, а также применение в энергетической и химической промышленности.
Каково происхождение стеллита?
В 1907 году американец Элвуд Хейнс изобрел сплав стеллит, основываясь на принципе, что структура от комнатной температуры до температуры плавления может в значительной степени опираться на карбидное упрочнение с элементами C, W, Cr и Co для стабилизации. Этот сплав, состоящий в основном из кобальта, хрома и вольфрама, после охлаждения приобретает серебристо-белый цвет с металлическим блеском, напоминающим блеск звезд. Название Stellite происходит от латинского слова "Stella", означающего "звезда", что отражает его сверкающий внешний вид. Haynes Позже он получил торговую марку "стеллит".
Из чего сделан стеллит?
Сплав стеллит состоит в основном из кобальта, значительное количество никеля, хрома, вольфрама и небольшое количество молибдена, ниобия, тантала, титана, лантана и иногда железа в качестве легирующих элементов.
Как производится стеллит?
Выбирается кобальт высокой чистоты и другие легирующие элементы, такие как хром, молибден, никель, а также возможные упрочняющие материалы. Затем эти материалы расплавляются и смешиваются при высоких температурах для обеспечения однородного состава сплава. Химический состав и кристаллическая структура тщательно контролируются. Сплав формируется в нужные размеры и формы с помощью литья или горячей обработки.
Ранние сплавы стеллита производились с использованием методов невакуумной плавки и литья. Более поздние сплавы, например, сплав Mar-M509, содержащий более реакционноспособные элементы, такие как цирконий и бор, производятся с использованием технологий вакуумной плавки и вакуумного литья.
Каковы ключевые особенности стеллита?
Свойства и характеристики стеллита зависят от марки и конкретного сплава, но вот некоторые общие характеристики:
Износостойкость: Обладает высокой твердостью, эффективно противостоит износу, особенно подходит для износостойкого применения в условиях высоких температур и высокого давления. Широко используется в инструментах, клапанах и т.д.
Устойчивость к высоким температурам: Сохраняет стабильность размеров в высокотемпературных средах, предотвращая деформацию, подходит для аэрокосмической и химической промышленности.
Превосходная твердость: Обычно превышает 40 HRC и может достигать более 60 HRC, обеспечивая значительные преимущества в износостойкости, резании и ударопрочности. Широко используется в режущих инструментах, износостойких деталях и т.д.
Устойчивость к коррозии: Хром, кобальт и другие элементы придают отличную коррозионную стойкость, способны противостоять различным видам химической коррозии и высокотемпературной газовой эрозии. Широко используется в аэрокосмической и химической промышленности.
Высокая усталостная прочность: Демонстрирует хорошие механические свойства, сохраняя высокие эксплуатационные характеристики в условиях повторяющихся нагрузок, идеально подходит для применений, требующих высокой надежности и долговечности (структурные компоненты).
Высокая прочность: Уникальная структура сплава позволяет ему выдерживать высокие нагрузки и ударные нагрузки, играя решающую роль в высокопрочных приложениях.
Каковы распространенные сорта стеллита?
Сплавы стеллита, как особый инженерный материал, получили широкое распространение. Они демонстрируют отличные показатели по термостойкости, износостойкости, эрозионной стойкости и коррозионной стойкости. Однако конкретные свойства варьируются в зависимости от марки. К типичным маркам сплавов стеллит относятся: Стеллит 1, Стеллит 4, Стеллит 6, Стеллит 8, Стеллит 12, Стеллит 20, Стеллит 21, Стеллит 31, Стеллит 100.
1. Стеллит 1 или UNS R30001
Стеллит 1, также известный как UNS R30001, содержит примерно 30,5% Cr, 12,5% W, 2,4% C и другие элементы. Благодаря высокому содержанию C и W, он обладает высочайшей твердостью и отличной износостойкостью. Марка 1 обычно используется для таких целей, как седла клапанов, подшипники и режущие кромки.
2. Стеллит 4 или UNS R30004
Стеллит 4, содержащий 30% Cr, 14% W, 1% C и другие элементы, представляет собой литой сплав, пригодный для механической обработки. Он обладает высокой твердостью, износостойкостью и термостойкостью, что делает его пригодным для применения в областях, требующих повышенной износостойкости. Стеллит 4 широко используется при изготовлении режущих инструментов, быстроизнашивающихся деталей и высокотемпературных компонентов.
3. Стеллит 6 или UNS R30006
Стеллит 6Известный также как UNS R30006, содержит примерно 29% Cr, 4% W, 1,15% C, а также небольшое количество Ni, Fe, Si, Mn и Mo. Благодаря более низкому содержанию C и W, стеллит 6 обеспечивает сбалансированное сочетание износостойкости и вязкости. Он обладает превосходной термостойкостью и устойчивостью к окислению, что делает его наиболее широко используемой маркой. Стеллит 6 обычно используется при изготовлении режущих инструментов, быстроизнашивающихся деталей и высокотемпературных компонентов, таких как сопла и лопатки турбин.
4. Стеллит 8 или UNS R30008
Стеллит 8, содержащий 27% Cr, 6% Mo, 2% Ni, 0,2% C и другие элементы, представляет собой низкоуглеродистый сплав, усиленный молибденом, никелем и другими элементами. Несмотря на низкую твердость при комнатной температуре, твердость повышается после охлаждения. Он обладает превосходной стойкостью к высокотемпературной коррозии, стойкостью к тепловому удару, высокой прочностью и пластичностью, при этом удлинение обычно составляет от 8% до 10% при комнатной температуре. Стеллит 8 поддается механической обработке и широко используется в таких областях, как лопатки газовых турбин, формы для литья латуни и экструзионные фильеры.
5. Стеллит 12 или UNS R30012
Стеллит 12, также известный как UNS R30012, содержит 29,5% Cr, 8,25% W и 1,4% C. Благодаря умеренному содержанию C и W, он считается промежуточным сплавом между стеллитом 6 и стеллитом 1. Он обладает умеренной твердостью, лучшей износостойкостью и устойчивостью к высоким температурам по сравнению со стеллитом 6. Стеллит 12 обычно используется для изготовления клапанов, работающих при высоких температурах и высоком давлении, зубьев пил и спиральных толкающих стержней.
6. Стеллит 20 или UNS R30020
Стеллит 20, также известный как UNS R30020, содержит 32,5% Cr, 17,5% W и 2,5% C. Благодаря высокому содержанию углерода до 2,5% и более 30% карбидов в структуре, эта марка обладает высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью. Она имеет высокую твердость до 52 HRC и обычно используется в литье или в качестве наплавочного материала для покрытий. Стеллит 20 используется в таких областях, как втулки подшипников, кольца ротационных уплотнений, износостойкие пластины и рабочие опоры для бесцентровых шлифовальных станков.
7. Стеллит 21 или UNS R30021
Стеллит 21, также известный как UNS R30021, содержит 27,5% Cr, более 5,5% Mo, 0,25% C и другие элементы. Благодаря усилению Mo и низкому содержанию углерода, стеллит 21 представляет собой кобальто-хромовый сплав, который демонстрирует пониженную твердость при комнатной температуре и повышенную твердость после охлаждения. Он обладает хорошей устойчивостью к высокотемпературной коррозии, износостойкостью и общими механическими свойствами. Стеллит 21 подходит для наплавки в различных штампах для горячей ковки и широко используется при производстве лопаток турбин, различных жидкостных клапанов и седел клапанов.
8. Стеллит 31 или UNS R30031
Стеллит 31 - немагнитный сплав, содержащий 25% Cr, 10% Ni, 7% W, 0,3% C и небольшое количество других элементов. Он обладает относительно низким коэффициентом теплового расширения, что делает его идеальным для применения в условиях, требующих стабильности размеров. Твердость в диапазоне 35-45 HRC позволяет использовать его для резки деталей. Стеллит 31 также обладает высокой устойчивостью к тепловым ударам и в основном используется для изготовления деталей двигателей, клапанов, подшипников и штампов для экструзии.
9. Стеллит 100 или UNS R30100
Стеллит 100 - самый твердый сплав из семейства стеллитов, его твердость превышает 61-66 HRC. Он также обладает высокой твердостью в горячем состоянии, сохраняющейся около HRC 45 при 800°C, и исключительной стойкостью к абразивному износу. Он обладает хорошей коррозионной стойкостью, но с трудом поддается механической обработке. Этот тип сплава специально разработан для обработки металлов резанием и обычно используется при изготовлении режущих инструментов, таких как лезвия и фрезы.
Каковы основные свойства стеллита?
Ниже перечислены некоторые физические и химические свойства стеллита:
Плотность: Плотность стеллита колеблется в пределах от 8,5 до 9,5 г/см³.
Цвет: Стеллит имеет серебристо-белый или серый блеск.
Сила: Прочность стеллита зависит от его марки и концентрации легирующих элементов. Сплавы стеллита могут достигать предела прочности при растяжении в диапазоне 1100-1500 МПа, а предел текучести обычно находится в пределах 800-1100 МПа, демонстрируя высокие прочностные характеристики.
Износостойкость: Стеллит отличается высоким пределом текучести при растяжении, твердостью и превосходной усталостной прочностью, что делает его высокопрочным и обеспечивает длительный срок службы.
Устойчивость к высоким температурам: Стеллит имеет коэффициент теплового расширения около 12-14 мкм/м-К (в диапазоне 20-100°C), демонстрируя хорошую термическую стабильность. Он может сохранять механические свойства при высоких температурах (примерно до 1200°C) и противостоять высокотемпературному окислению.
Устойчивость к коррозии: Стеллит демонстрирует отличную стойкость к распространенным агрессивным средам, таким как серная кислота, соляная кислота и бикарбонат натрия, сохраняя стабильные механические свойства и не подвергаясь окислению при высоких температурах.
Каковы области применения стеллита?
Исходя из характеристик стеллита, для достижения оптимальных комплексных характеристик необходимо тщательно подбирать марки в соответствии с техническими требованиями. Вот некоторые области применения стеллита:
Аэрокосмическая промышленность
Стеллитовые сплавы - идеальные материалы для аэрокосмической промышленности благодаря их высокой термостойкости, устойчивости к коррозии и окислению, а также способности противостоять экстремальным условиям окружающей среды. Они широко используются при производстве компонентов двигателей, лопаток турбин, деталей камер сгорания, выпускных клапанов и т. д.
Автомобили
Благодаря своей износостойкости и устойчивости к высоким температурам стеллит используется в автомобильной промышленности для изготовления таких деталей, как компоненты двигателя и турбокомпрессора, для повышения долговечности и механических характеристик. Его применение в автомобильной промышленности несколько ограничено из-за более высокой стоимости по сравнению с другими материалами, но его использование может расшириться с развитием автомобильных технологий.
Энергия
Отличная износостойкость, коррозионная стойкость и устойчивость к высоким температурам позволяют использовать стеллит для изготовления деталей оборудования для добычи нефти и природного газа (например, буровых коронок, корпусов насосов), а также для компонентов тепловых и атомных электростанций, обеспечивающих энергетическую безопасность, эффективность и надежность.
Химическая промышленность
Стеллит способен противостоять коррозии под воздействием сильных кислот, щелочей, окислителей и восстановителей, что позволяет использовать его для изготовления различных реакторов, сосудов и трубопроводов, используемых для обработки и хранения агрессивных химических веществ. Обычно применяются насосы, клапаны, теплообменники и другие коррозионностойкие компоненты, повышающие безопасность и эффективность химического производства.
Механическая промышленность
Стеллит, известный своей превосходной износостойкостью, термостойкостью и ударопрочностью, широко используется для изготовления режущих инструментов, таких как токарные резцы, фрезы, сверла, развертки и метчики. Он сохраняет остроту при высокоскоростных и тяжелых операциях резания и в условиях высоких температур, тем самым продлевая срок службы инструментов.
Медицина
Стеллит известен своей исключительной износостойкостью, коррозионной стойкостью и устойчивостью к высоким температурам, что позволяет использовать его для изготовления хирургических инструментов, лезвий, прочных компонентов медицинского оборудования, ортопедических инструментов и компонентов для замены суставов. Хотя сплавы стеллита обычно демонстрируют хорошую биосовместимость, в некоторых областях применения необходимо учитывать потенциальные риски, такие как выделение ионов кобальта и аллергические реакции.
Эти области применения подчеркивают универсальность и важность стеллита в различных отраслях промышленности.
Каковы ограничения стеллита?
Низкая пластичность: Стеллитовые сплавы обладают плохой пластичностью, что часто приводит к хрупкости и подверженности разрушению при ударных нагрузках. Поэтому они не подходят для использования в компонентах, требующих устойчивости к ударным нагрузкам.
Трудно поддается обработке: Стеллит обладает высокой твердостью, что делает его сложным для обработки. Для обработки требуется современное оборудование и технологии, что приводит к увеличению времени и стоимости обработки.
Высокая стоимость: Процесс производства стеллита сложен и включает в себя использование кобальта высокой чистоты и других драгоценных металлов, что делает его стоимость значительно выше по сравнению с другими материалами, такими как нержавеющая сталь.
Вопросы и ответы
Каковы преимущества стеллита?
Сплавы стеллита обладают превосходной твердостью и износостойкостью, сохраняя остроту и долговечность при длительном использовании. Они демонстрируют исключительную устойчивость к различным химическим веществам и коррозионным средам, остаются стабильными при высоких температурах и обладают высокой прочностью.
Какого цвета стеллит?
Сплавы стеллита обычно имеют серый или серебристо-серый цвет. Этот цвет определяется в первую очередь составом сплава на основе кобальта и часто напоминает нержавеющую или хромированную сталь.
Какие наиболее часто используемые марки стеллита?
К наиболее распространенным маркам стеллита относятся стеллит 1, стеллит 6, стеллит 12 и стеллит 21. Они соответствуют низкоуглеродистым, среднеуглеродистым и высокоуглеродистым кобальт-хром-вольфрамовым сплавам, используемым в литье и сварке. Осажденные слои обладают превосходной коррозионной стойкостью, жаростойкостью и износостойкостью, сохраняя эти свойства даже при высоких температурах до 800°C.
Резюме
В этой статье рассказывается о стеллите, объясняется, что такое стеллит и каковы его характеристики, а также рассматриваются различные области применения стеллита. Если вы хотите узнать больше о стеллите, пожалуйста связаться с нами.
DEK - глобальный производитель деталей на заказ, предоставляющий высококачественные услуги клиентам из различных отраслей промышленности по всему миру. Если вы заинтересованы в том, чтобы начать с нами новый проект по производству стеллитов, мы приглашаем вас ознакомиться с нашими услуги по обработке стеллита. Вы получите удовлетворительный ответ!
