Stellite 21
مقدمة عن Stellite 21
Stellite 21 هي سبيكة مطاوعـة قائمة على الكوبالت، معروفة بمتانتها الاستثنائية ومقاومتها للتآكل وثباتها الميكانيكي عند درجات الحرارة العالية. وعلى عكس درجات Stellite الأخرى التي تُعطي الأولوية للصلادة ومقاومة الكشط، تم تصميم Stellite 21 لتطبيقات تتطلب مقاومة اهتراء مع أداء ممتاز ضد الصدمات والصدمة الحرارية. إن تركيبتها المتوازنة من الكوبالت والكروم والنيكل والموليبدينوم توفر ثباتًا معدنيًا ممتازًا ومقاومة للتلاصق (Galling)، مما يجعلها مناسبة للتلامس الانزلاقي والصدمات الميكانيكية.
غالبًا ما تُنتَج Stellite 21 عبر الطرق (Forging) أو الصب، ثم تُشطب بدقة باستخدام تقنيات تشغيل CNC المتقدمة. وتُستخدم عادةً في صناعات الطيران والنووية والبتروكيماويات والطب للأجزاء مثل مقاعد الصمامات وأكمام المحركات وزرعات المفاصل ومكونات التوربينات—خصوصًا حيث يكون الثبات البُعدي والتلامس المعدني منخفض الاحتكاك أمرين أساسيين.
الخواص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لسبيكة Stellite 21
Stellite 21 (UNS R30021 / AMS 5385 / ISO 5832-3) هي سبيكة كوبالت-كروم-موليبدينوم مقاومة للتآكل والاهتراء معززة بمقاومة صدمات أعلى ومقاومة أفضل للتعب الحراري. وهي متاحة بأشكال مطاوعة ومصبوبة وبمساحيق المعادن.
التركيب الكيميائي (نموذجي)
العنصر | نطاق التركيب (٪ وزني) | الدور الرئيسي |
|---|---|---|
الكوبالت (Co) | الباقي (≥60.0) | المصفوفة الأساسية لمقاومة التآكل والمتانة والقوة الحرارية |
الكروم (Cr) | 26.0–30.0 | يعزّز مقاومة الأكسدة ويُكوّن طبقة حماية سلبية |
الموليبدينوم (Mo) | 5.0–6.0 | يزيد مقاومة التنقر وتآكل الشقوق |
النيكل (Ni) | 2.0–4.0 | يحسّن المتانة وقابلية اللحام |
الكربون (C) | 0.20–0.30 | يُكوّن كربيدات لمقاومة الاهتراء مع الحفاظ على الليونة |
الحديد (Fe) | ≤3.0 | عنصر متبقٍ |
السيليكون (Si) | ≤1.0 | يحسّن تشطيب السطح والتدفق أثناء الصب |
المنغنيز (Mn) | ≤1.0 | يُنقّي البنية الحبيبية ويحسّن قابلية التشغيل على الساخن |
الخواص الفيزيائية
الخاصية | القيمة (نموذجية) | المعيار/شرط الاختبار |
|---|---|---|
الكثافة | 8.33 غ/سم³ | ASTM B311 |
نطاق الانصهار | 1385–1435°م | ASTM E1268 |
التوصيل الحراري | 14.0 واط/م·ك عند 100°م | ASTM E1225 |
المقاومية الكهربائية | 0.98 ميكروأوم·م عند 20°م | ASTM B193 |
التمدد الحراري | 13.4 ميكرومتر/م·°م (20–400°م) | ASTM E228 |
السعة الحرارية النوعية | 430 جول/كغ·ك عند 20°م | ASTM E1269 |
معامل المرونة | 210 غيغاباسكال عند 20°م | ASTM E111 |
الخواص الميكانيكية (مطاوع أو HIP + معالجة حرارية)
الخاصية | القيمة (نموذجية) | معيار الاختبار |
|---|---|---|
الصلادة | 30–35 HRC (مخمّرة) / 35–42 HRC (مُعتّقة) | ASTM E18 |
مقاومة الشد | 900–1100 ميغاباسكال | ASTM E8/E8M |
مقاومة الخضوع (0.2٪) | 400–600 ميغاباسكال | ASTM E8/E8M |
الاستطالة | 8–15٪ | ASTM E8/E8M |
متانة الصدمة | ≥80 جول (شاربي V-notch عند درجة حرارة الغرفة) | ASTM E23 |
مقاومة التلاصق (Galling) | ممتازة | ASTM G98 |
الخصائص الرئيسية لسبيكة Stellite 21
متانة عالية ومقاومة للتشقق: تتفوق على درجات Stellite الأخرى بسبب انخفاض محتوى الكربون، ما يتيح مقاومة التعب الحراري وأحمال الصدمة والصدمات الميكانيكية.
مقاومة للتآكل في أوساط الكلوريدات والأوساط الحمضية: مقاومة ممتازة للتنقر وتآكل الشقوق بفضل التآزر بين الموليبدينوم والكروم.
مقاومة جيدة للتلاصق: أداء قوي في تطبيقات التلامس المعدني-المعدني تحت الضغط دون تزييت.
ثبات أبعادي عند درجات الحرارة العالية: تعمل بثبات حتى 850°م في البيئات الحرارية الدورية، مع حد أدنى من التشوه أو التدهور.
تحديات وحلول تشغيل CNC لسبيكة Stellite 21
تحديات التشغيل
محتوى كربيدات متوسط
رغم أنها أقل كشطًا من Stellite 6 أو 12، تظل إهلاكات الأداة مشكلة بسبب الكربيدات الموزعة ومتانة السبيكة.
توصيل حراري منخفض
يسبب تسخينًا موضعيًا وخطر التصلّد بالعمل، خاصةً في عمليات التشطيب أو أثناء تلامس الأداة لفترات طويلة.
الارتداد المرن وانحراف الأداة
قد تؤدي قيمة معامل المرونة العالية والقوة إلى اهتزاز الأداة وعدم دقة الأبعاد أثناء التشغيل الخشن وقطع البروفيلات.
استراتيجيات التشغيل المُحسّنة
اختيار الأداة
المعلمة | التوصية | المبرر |
|---|---|---|
مادة الأداة | كربيد مطلي PVD (K20–K30) أو CBN للتشطيب | يوازن بين مقاومة الاهتراء والمتانة |
الطلاء | TiSiN أو AlCrN (3–5 ميكرومتر) | يقلل حرارة الأداة والاحتكاك |
الهندسة | زاوية ميل محايدة إلى سالبة قليلًا، حافة قطع مصقولة (0.03 مم) | يعزّز سلامة الحافة وتشطيب السطح |
معلمات القطع (متوافقة مع ISO 3685)
العملية | السرعة (م/دقيقة) | التغذية (مم/لفة) | عمق القطع (مم) | ضغط سائل التبريد (بار) |
|---|---|---|---|---|
تشغيل خشن | 12–18 | 0.15–0.25 | 1.5–2.5 | 100–120 |
تشطيب | 20–28 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 120–150 |
المعالجة السطحية لأجزاء Stellite 21 المشغَّلة
الضغط المتساوي الحرارة الساخن (HIP)
HIP يحسّن عمر التعب ويزيل المسامية الداخلية، وهو مهم بشكل خاص للأجزاء المصبوبة أو المطبوعة ثلاثي الأبعاد تحت الأحمال الديناميكية.
المعالجة الحرارية
المعالجة الحرارية تثبّت البنية الحبيبية وتعزّز الصلادة مع تخفيف الإجهادات المتبقية الناتجة عن التشغيل.
لحام السبائك الفائقة
لحام السبائك الفائقة باستخدام معدن حشو مطابق (قضيب Stellite 21) يضمن سلامة عالية للوصلة دون المساس بمقاومة التآكل أو الاهتراء.
الطلاء الحاجز للحرارة (TBC)
طلاء TBC يطيل عمر الجزء في التطبيقات المعرضة للاحتراق أو الغازات الساخنة فوق 800°م.
التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM)
EDM يحقق أشكالًا هندسية معقدة مع Ra <0.5 ميكرومتر مع تجنب الإجهاد الميكانيكي أثناء التشطيب.
حفر الثقوب العميقة
حفر الثقوب العميقة يضمن الدقة في الثقوب المقاومة للاهتراء وتجويفات الأختام وقنوات التشحيم.
اختبارات المواد والتحليل
اختبارات المواد تشمل اختبار الشد والتحقق من الصلادة والميتالوغرافيا واختبارات عدم الإتلاف (الموجات فوق الصوتية، الاختراق بالصبغة، الأشعة السينية).
التطبيقات الصناعية لمكونات Stellite 21
الطيران وتوليد الطاقة
مرشدات الصمامات، والجلب، ومكونات الانزلاق عالية الحمل لمحركات التوربينات وتجميعات القسم الساخن.
النووي والبتروكيماويات
مقاعد صمامات المفاعل، وأعمدة المضخات، ومعدات التحكم المقاومة للتآكل عالي الضغط والتعرض للإشعاع.
الأجهزة الطبية والعظمية
مكونات مفاصل الورك والركبة بفضل التوافق الحيوي الممتاز والمتانة الميكانيكية تحت الأحمال الديناميكية.
الصناعة العامة
أدوات، ووسادات اهتراء، وأكمام محامل تُستخدم في ظروف اهتراء ترددية أو تذبذبية تحت الضغط.
استكشف المدونات ذات الصلة
