Stellite 3
مقدمة عن ستيلايت 3
ستيلايت 3 هو سبيكة أساسها الكوبالت صُمِّمت لتطبيقات تتطلب مقاومة فائقة للتآكل، وصلادة عالية، وثباتًا ممتازًا ضد التآكل الكيميائي، خصوصًا عند درجات الحرارة المرتفعة. يحتوي على نسبة أعلى من الكربون والتنغستن مقارنةً بستيلايت 1، ما يمنحه بنية غنية بالكربيدات وأكثر مقاومة للتآكل الكاشط. ويوفر ستيلايت 3 حماية متميزة ضد الاحتكاك اللاصق (Galling) وتآكل الانزلاق والتعرية—خصوصًا تحت الضغط العالي والحمل الحراري.
ونظرًا لهشاشته وصلادته، يُستخدم ستيلايت 3 عادةً في مكونات مُشغَّلة بتقنية CNC حيث تكون الدقة البعدية والثبات الحراري وطول العمر التشغيلي تحت تلامس ميكانيكي شديد عوامل حاسمة. تشمل التطبيقات الشائعة أجزاء الصمامات الصلبة (Valve Trim)، وصفائح الفتحات (Orifice Plates)، وشفرات القطع، والقوالب المعرضة لتآكل كاشط شديد أو للصدمات.
الخصائص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لستيلايت 3
ستيلايت 3 (UNS R30003 / AMS 5382 / عائلة ISO 5832-4) يُعد من أصلب سبائك الكوبالت المتاحة تجاريًا، ويُنتَج عادةً عبر الصب، أو تعدين المساحيق، أو عمليات التكسية الصلبة (Hard-Facing) تليها عمليات تشغيل بتقنية CNC.
التركيب الكيميائي (نموذجي)
العنصر | نطاق التركيب (وزن٪) | الدور الرئيسي |
|---|---|---|
الكوبالت (Co) | الباقي (≥50.0) | المصفوفة الأساسية التي توفر صلادة حرارية ومقاومة للأكسدة |
الكروم (Cr) | 27.0–32.0 | يحسن مقاومة التآكل، خصوصًا في البيئات المؤكسدة |
التنغستن (W) | 13.0–16.0 | يعزز مقاومة التآكل الكاشط عبر كربيدات التنغستن الصلبة |
الكربون (C) | 2.4–3.3 | يزيد حجم الكربيدات لتوفير حماية من التآكل |
النيكل (Ni) | ≤3.0 | يعزز متانة طور المصفوفة |
الحديد (Fe) | ≤3.0 | عنصر متبقٍ |
السيليكون (Si) | ≤1.2 | يعزز قابلية الصب وجودة تشطيب السطح |
المنغنيز (Mn) | ≤1.0 | ثبات البنية المجهرية أثناء التصلب |
الخصائص الفيزيائية
الخاصية | القيمة (نموذجية) | المعيار/شرط الاختبار |
|---|---|---|
الكثافة | 8.75 g/cm³ | ASTM B311 |
مدى الانصهار | 1265–1355°C | ASTM E1268 |
التوصيل الحراري | 11.0 W/m·K عند 100°C | ASTM E1225 |
المقاومية الكهربائية | 0.98 µΩ·m عند 20°C | ASTM B193 |
التمدد الحراري | 12.5 µm/m·°C (20–400°C) | ASTM E228 |
السعة الحرارية النوعية | 410 J/kg·K عند 20°C | ASTM E1269 |
معامل المرونة | 210 GPa عند 20°C | ASTM E111 |
الخصائص الميكانيكية (مصبوب كما هو أو HIP + معالجة حرارية)
الخاصية | القيمة (نموذجية) | معيار الاختبار |
|---|---|---|
الصلادة | 50–55 HRC (مصبوب) / حتى 58 HRC (معالج HIP) | ASTM E18 |
مقاومة الشد | 1100–1250 MPa | ASTM E8/E8M |
مقاومة الخضوع (0.2%) | 600–750 MPa | ASTM E8/E8M |
الاستطالة | 0.5–1.5% (منخفضة جدًا) | ASTM E8/E8M |
مؤشر مقاومة التآكل | >3× مقارنةً بفولاذ 316 غير القابل للصدأ | ASTM G65 |
الخصائص الرئيسية لستيلايت 3
مقاومة كاشطة فائقة: الحجم الكبير من الكربيدات الصلبة يجعله مثاليًا للتطبيقات التي تتضمن جسيمات كثيفة أو تآكل معدن-على-معدن.
صلادة حرارية استثنائية: يحافظ على صلادة >50 HRC عند درجات حرارة تصل إلى 800°C، ما يوفر حماية طويلة الأمد من التآكل في ظروف الدورات الحرارية.
ثبات ضد التآكل والتعرية: أداء ممتاز في البيئات الحمضية والغنية بالكلوريدات والمؤكسدة—مثالي لمعدات التحكم في التدفق وعمليات المعالجة الكيميائية.
ليونة منخفضة: ممتاز للمكونات ثابتة الموضع، وغير موصى به للانحناء الديناميكي أو التحميل الدوري عالي الصدمات.
تحديات وحلول تشغيل ستيلايت 3 بتقنية CNC
تحديات التشغيل
تآكل الأدوات الناتج عن الكربيدات
يؤدي المحتوى العالي من الكربيدات إلى تآكل كاشط على جوانب وحواف الأداة حتى عند سرعات قطع منخفضة.
الهشاشة
تتمتع المادة بليونة محدودة، لذا قد تؤدي التغذية غير المناسبة أو القطع المتقطع إلى حدوث تشققات أو تفتت.
خطر التلف الحراري
تؤدي الموصلية الحرارية المنخفضة إلى تركّز الحرارة في منطقة القطع، ما يسبب تدهور طلاءات الأدوات ويؤثر على الدقة البعدية.
استراتيجيات تشغيل مُحسّنة
اختيار الأداة
المعامل | التوصية | السبب |
|---|---|---|
مادة الأداة | CBN أو سيراميك؛ كربيد مطلي PVD للتشطيب | يتحمل الصلادة الشديدة والتآكل الكاشط |
الطلاء | AlTiN أو TiSiN (3–5 µm) | يقلل الإجهاد الحراري وتآكل الجنب |
الهندسة | زاوية ميل محايدة أو سالبة قليلًا (0° إلى -5°)، حافة مصقولة 0.03–0.05 مم | يزيد ثبات الأداة ويتجنب التفتت الدقيق |
معلمات القطع (ISO 3685)
العملية | السرعة (م/دقيقة) | التغذية (مم/لفة) | عمق القطع DOC (مم) | ضغط سائل التبريد (بار) |
|---|---|---|---|---|
تشغيل خشن | 8–12 | 0.15–0.25 | 1.5–2.5 | 80–100 |
تشغيل تشطيب | 15–22 | 0.05–0.10 | 0.3–1.0 | 100–120 |
المعالجة السطحية لأجزاء ستيلايت 3 المُشغَّلة
الكبس المتساوي الخواص الساخن (HIP)
HIP عند 1150°C و150 MPa يعزز تجانس البنية المجهرية ويحسن مقاومة التآكل في الأجزاء المصبوبة أو المصنوعة بالتقنيات الإضافية.
المعالجة الحرارية
يمكن أن تُستخدم المعالجة الحرارية بعد التشغيل لتخفيف الإجهادات المتبقية وتحسين توزيع الكربيدات للحفاظ طويل الأمد على الصلادة.
لحام السبائك الفائقة
يضمن لحام السبائك الفائقة باستخدام TIG مع تسخين مسبق للركيزة وتخفيف منخفض وصلات خالية من التشققات ومناطق تآكل متسقة.
طلاء الحاجز الحراري (TBC)
يحسن طلاء TBC مقاومة الحرارة للمكونات التي تواجه أحمالًا حرارية 850–1050°C مع وجود خطر التآكل الكاشط.
التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM)
يُعد EDM ضروريًا للأشكال المعقدة أو الأجزاء المُصلّدة التي تتطلب تفاوتات ±0.005 مم وخشونة سطح Ra <0.6 µm.
الحفر العميق
يدعم الحفر العميق الميزات الطويلة والمستقيمة في جلب ستيلايت وبطانات التآكل، خصوصًا للسوائل الكاشطة.
اختبارات وتحليل المواد
تشمل اختبارات المواد رسم خرائط الصلادة المجهرية، وتقييم التآكل وفق ASTM G65، والتحليل المعدني للمقاطع العرضية.
تطبيقات مكونات ستيلايت 3 في الصناعات
أجزاء الصمامات ومقاعدها
مقاومة ممتازة للتآكل والاحتكاك اللاصق لصمامات البخار، وصفائح الخنق، ومكونات الإحكام عالية الضغط.
التعدين وأنظمة الملاط
بطانات المضخات، والمراوح (Impellers)، والفوهات حيث تؤدي المعادن الكاشطة إلى تدهور السبائك التقليدية.
الطيران والتوربينات
أطراف الحراقات، والحواجز (Shrouds)، وإدخالات الفوهات تتعرض للتعرية وتدرجات حرارية عالية.
أدوات القطع والتشكيل
السكاكين، والمقصات، والقوالب لعمليات قطع مواد صعبة التشغيل حيث يعد ثبات الحافة ومقاومة الحرارة أمرين أساسيين.
استكشف المدونات ذات الصلة
