Stellite 20
مقدمة عن Stellite 20
Stellite 20 هي مادة عالية السبيكة قائمة على الكوبالت، مُهندسة لظروف الخدمة القاسية التي تتضمن درجات حرارة مرتفعة وبيئات مُسبِّبة للتآكل واهتراءً ميكانيكيًا. وتمتاز بزيادة محتواها من الكروم والتنغستن، إلى جانب إضافة النيكل والموليبدينوم، ما يمنح Stellite 20 مقاومة فائقة للتآكل، خصوصًا في الأجواء المؤكسِدة والمُسبِّبة للكبريتة (Sulfidizing). كما تُعرف بقدرتها على الحفاظ على الثبات البنيوي والصلادة حتى 1000°م.
عادةً ما تُصب Stellite 20 أو تُطبَّق عبر طبقات التقسية (Hardfacing) ثم تُشطب بدقة باستخدام عمليات تشغيل CNC. وتُستخدم على نطاق واسع في الصمامات الصناعية وأختام الغازات الساخنة ومكونات المضخات وأجزاء الأفران العاملة في بيئات عدوانية كيميائيًا أو غير مستقرة حراريًا. إن الجمع بين مقاومة الاهتراء العالية والتحمل الممتاز للتآكل والقوة عند درجات الحرارة المرتفعة يجعلها خيارًا رائدًا لقطاعات الطاقة والطيران والمعالجة الكيميائية.
الخواص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لسبيكة Stellite 20
Stellite 20 (UNS R30605 / AMS 5382) هي سبيكة كوبالت مقاومة للتآكل وتقدم خصائص اهتراء عالية الأداء عبر نطاق حراري واسع. ويحقق توازنها الكيميائي كلاً من التقوية بالمحلول الصلب وتشتت الكربيدات لضمان المتانة تحت الحمل والهجوم الكيميائي.
التركيب الكيميائي (نموذجي)
العنصر | نطاق التركيب (٪ وزني) | الدور الرئيسي |
|---|---|---|
الكوبالت (Co) | الباقي (≥50.0) | العنصر الأساسي لمقاومة التآكل والثبات الحراري |
الكروم (Cr) | 30.0–33.0 | مقاومة الأكسدة وتكوين طبقة تخميل |
التنغستن (W) | 4.0–6.0 | يُكوّن كربيدات صلبة لمقاومة الاهتراء |
النيكل (Ni) | 2.0–5.0 | يعزّز مقاومة التآكل والليونة |
الموليبدينوم (Mo) | 2.0–4.0 | يحسن مقاومة التنقر وتآكل الشقوق |
الكربون (C) | 1.0–1.4 | يساهم في الصلادة عبر شبكة الكربيدات |
الحديد (Fe) | ≤3.0 | عنصر متبقٍ |
السيليكون (Si) | ≤1.2 | يعزّز سيولة الصب |
المنغنيز (Mn) | ≤1.0 | يثبّت البنية الأوستنيتية |
الخواص الفيزيائية
الخاصية | القيمة (نموذجية) | المعيار/شرط الاختبار |
|---|---|---|
الكثافة | 8.50 غ/سم³ | ASTM B311 |
نطاق الانصهار | 1300–1380°م | ASTM E1268 |
التوصيل الحراري | 12.8 واط/م·ك عند 100°م | ASTM E1225 |
المقاومية الكهربائية | 0.90 ميكروأوم·م عند 20°م | ASTM B193 |
التمدد الحراري | 13.1 ميكرومتر/م·°م (20–400°م) | ASTM E228 |
السعة الحرارية النوعية | 430 جول/كغ·ك عند 20°م | ASTM E1269 |
معامل المرونة | 215 غيغاباسكال عند 20°م | ASTM E111 |
الخواص الميكانيكية (كما صُبَّت أو HIP + معالجة حرارية)
الخاصية | القيمة (نموذجية) | معيار الاختبار |
|---|---|---|
الصلادة | 42–50 HRC (كما صُبَّت) / حتى 53 HRC (بعد معالجة HIP) | ASTM E18 |
مقاومة الشد | 950–1100 ميغاباسكال | ASTM E8/E8M |
مقاومة الخضوع (0.2٪) | 450–600 ميغاباسكال | ASTM E8/E8M |
الاستطالة | 2.0–3.5٪ | ASTM E8/E8M |
مقاومة الأكسدة | مستقرة حتى 1000°م | ASTM G111 |
مقاومة الكبريتة | ممتازة | NACE TM0177 |
الخصائص الرئيسية لسبيكة Stellite 20
مقاومة استثنائية للأكسدة والكبريتة: يمكّن الكروم والنيكل والموليبدينوم Stellite 20 من الحفاظ على سلامة مقاومة التآكل في الأجواء الكيميائية العدوانية، خصوصًا البيئات الغنية بالكبريت أو المحمّلة بالكلور.
قوة وثبات حراريان: تحافظ على مقاومة الاهتراء وسلامة الخصائص الميكانيكية حتى 1000°م، ما يجعلها مناسبة لتطبيقات الأفران والتوربينات.
صلادة عالية مع ليونة: توفر مقاومة كاشطة ممتازة مع متانة متوسطة، مما يقلل خطر التشقق تحت الأحمال الحرارية الدورية أو الصدمات.
مقاومة للتآكل في الأحماض والكلوريدات: فعّالة في مقاومة حمض الهيدروكلوريك وثاني أكسيد الكبريت والتعرض لمياه البحر، ما يضمن عمرًا طويلًا في التطبيقات الكيميائية والبحرية.
تحديات وحلول تشغيل CNC لسبيكة Stellite 20
تحديات التشغيل
بُنى كربيد كاشطة
تكون تشكيلات كربيد التنغستن شديدة الكشط، ما يؤدي إلى تدهور سريع للأدوات غير المطلية أو منخفضة الجودة.
التصلّد بالعمل
كما هو الحال في معظم السبائك القائمة على الكوبالت، تُظهر Stellite 20 تصلّدًا بالانفعال، مما يزيد صلادة السطح أثناء التشغيل ويتسبب في اهتزاز (Chatter) أو انحراف الأداة.
تراكم الحرارة
يؤدي التوصيل الحراري المنخفض للسبيكة إلى سخونة زائدة للأداة، ما قد يسبب تقشّر الطلاء أو تشققات دقيقة عند حافة القطع.
استراتيجيات التشغيل المُحسّنة
اختيار الأداة
المعلمة | التوصية | المبرر |
|---|---|---|
مادة الأداة | كربيد دقيق الحبيبات (K30–K40) أو إدخالات PCD/CBN | يقاوم الاهتراء الناتج عن الكربيدات ويحافظ على ثبات الحافة |
الطلاء | TiAlN أو AlCrN مطبق بتقنية PVD (3–5 ميكرومتر) | يقلل الانتشار الحراري والاحتكاك |
الهندسة | زاوية ميل سالبة مع صقل حافة 0.05 مم | يوازن قوة الأداة ويقلل التسنين (Notching) |
معلمات القطع (متوافقة مع ISO 3685)
العملية | السرعة (م/دقيقة) | التغذية (مم/لفة) | عمق القطع (مم) | ضغط سائل التبريد (بار) |
|---|---|---|---|---|
تشغيل خشن | 10–16 | 0.20–0.25 | 1.5–2.5 | 100–120 |
تشطيب | 18–24 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 120–150 |
المعالجة السطحية لأجزاء Stellite 20 المشغَّلة
الضغط المتساوي الحرارة الساخن (HIP)
HIP يحسّن الخواص الميكانيكية عبر إزالة الفراغات الداخلية، مما يعزز مقاومة التعب وتجانس الصلادة.
المعالجة الحرارية
المعالجة الحرارية تُحسّن البنية المجهرية وتزيد مقاومة التشقق الحراري والانحراف البُعدي بعد التشغيل.
لحام السبائك الفائقة
لحام السبائك الفائقة باستخدام معادن حشو متوافقة مع Stellite 20 يحافظ على أداء مقاومة الاهتراء والتآكل في التجميعات.
الطلاء الحاجز للحرارة (TBC)
طلاء TBC يحمي الأسطح المعرّضة للغازات الساخنة أو بيئات الاحتراق، ويطيل عمر الجزء عند >950°م.
التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM)
EDM مثالي للتحكم الدقيق في الهندسة وسلامة السطح ضمن البُنى شديدة الاهتراء.
حفر الثقوب العميقة
حفر الثقوب العميقة يتيح تشغيل ثقوب توجيه دقيقة وفتحات فوهات بنسبة طول إلى قطر >20:1.
اختبارات المواد والتحليل
اختبارات المواد تشمل اختبار الاهتراء G65، وتحليل التآكل، والتحقق من الصلادة، وفحص العيوب بالموجات فوق الصوتية.
التطبيقات الصناعية لمكونات Stellite 20
معدات العمليات الكيميائية
أجزاء تريم الصمامات وأكمام المضخات وأعمدة الخلاطات مقاومة للمواد الكيميائية الحمضية والمؤكسِدة.
أفران صناعية عالية الحرارة
فوهات الشعلات والدروع وأنابيب التوجيه تتطلب ثباتًا في بيئات دورات حرارية عالية.
القطاع البحري والبحري العميق
مكونات معرّضة لمياه البحر أو الأبخرة الغنية بالكلوريد أو المحاليل الملحية المسببة للتآكل في أنظمة الطاقة أو التحلية.
النفط والغاز
أدوات الآبار (Downhole) وإدخالات مانع الانفجار (BOP) ومعدات الحفر التي تتعرض لتعرية الرمل والغاز الحامضي.
استكشف المدونات ذات الصلة
