Stellite 31
مقدمة عن Stellite 31
Stellite 31 هي سبيكة مقاومة للاهتراء قائمة على الكوبالت، معروفة بأدائها الاستثنائي في البيئات عالية الحرارة وعالية الحمل وشديدة التآكل. تتميز بنسبة مرتفعة من الكربون والكروم مع حجم كبير من الكربيدات المعقدة، ما يمنحها صلادة عالية وثباتًا حراريًا ممتازًا ومقاومة قوية للانزلاق معدن-لمعدن. وبالمقارنة مع سبائك Stellite الأخرى، توفر Stellite 31 مقاومة تآكل كاشط أعلى مع احتفاظ أفضل بالقوة عند درجات حرارة مرتفعة تصل إلى 1100°م.
عادةً ما تُنتَج هذه السبيكة بالصب أو عبر معالجة HIP أو تُطبَّق كطبقة تلبيس صلد (Hardfacing)، ثم تُشطب بدقة من خلال تشغيل CNC المتقدم لتحقيق التفاوتات الحرجة. تُستخدم Stellite 31 على نطاق واسع في صناعات الطيران والنفط والغاز والطاقة النووية والمعالجة الكيميائية لأجزاء مثل تجهيزات الصمامات (Valve Trims) وحلقات المقاعد (Seat Rings) وأجزاء المضخات وغيرها من التطبيقات عالية الاهتراء وعالية الحرارة.
الخواص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لسبيكة Stellite 31
Stellite 31 (UNS R30031 / عائلة مبنية على ASTM F75) مُصمَّمة لمقاومة شديدة للتآكل الكاشط والحرارة، مع محتوى عالٍ من الكربيدات ضمن مصفوفة محلول صلب من الكوبالت والكروم.
التركيب الكيميائي (نموذجي)
العنصر | نطاق التركيب (٪ وزني) | الدور الرئيسي |
|---|---|---|
الكوبالت (Co) | الباقي (≥50.0) | مصفوفة أساسية للثبات الحراري ومقاومة التآكل |
الكروم (Cr) | 25.0–28.0 | يحسن مقاومة الأكسدة والتآكل |
الكربون (C) | 2.4–3.0 | يعزز تكوّن كربيدات عالية الحجم لمقاومة الاهتراء |
التنغستن (W) | 5.0–7.0 | يشكل كربيدات غنية بـW للصلادة والحماية من الاهتراء الساخن |
النيكل (Ni) | ≤3.0 | يعزز الليونة وقابلية اللحام |
الحديد (Fe) | ≤3.0 | عنصر متبقٍ |
السيليكون (Si) | ≤1.2 | يساعد في الصب ومقاومة الأكسدة الحرارية |
المنغنيز (Mn) | ≤1.0 | يحسن قابلية التشغيل على الساخن والتحكم بالبنية |
الخواص الفيزيائية
الخاصية | القيمة (نموذجية) | المعيار/شرط الاختبار |
|---|---|---|
الكثافة | 8.65 غ/سم³ | ASTM B311 |
نطاق الانصهار | 1320–1400°م | ASTM E1268 |
التوصيل الحراري | 13.5 واط/م·ك عند 100°م | ASTM E1225 |
المقاومية الكهربائية | 0.94 ميكروأوم·م عند 20°م | ASTM B193 |
التمدد الحراري | 13.1 ميكرومتر/م·°م (20–400°م) | ASTM E228 |
السعة الحرارية النوعية | 420 جول/كغ·ك عند 20°م | ASTM E1269 |
معامل المرونة | 215 غيغاباسكال عند 20°م | ASTM E111 |
الخواص الميكانيكية (مصبوب كما هو أو مُعالج بـHIP)
الخاصية | القيمة (نموذجية) | معيار الاختبار |
|---|---|---|
الصلادة | 50–58 HRC | ASTM E18 |
مقاومة الشد | 1100–1250 ميغاباسكال | ASTM E8/E8M |
مقاومة الخضوع (0.2٪) | 600–750 ميغاباسكال | ASTM E8/E8M |
الاستطالة | 1.0–2.0٪ | ASTM E8/E8M |
مقاومة الاهتراء | >4× مقارنةً بـ316 ستانلس (ASTM G65) | ASTM G65 |
درجة حرارة التشغيل | حتى 1100°م | N/A |
الخصائص الرئيسية لسبيكة Stellite 31
مقاومة كاشطة قصوى: محتوى كربيدات مرتفع (~30–35٪ حجميًا) يمنح مقاومة اهتراء استثنائية تحت إجهاد عالٍ والانزلاق الجاف.
أداء ممتاز عند درجات الحرارة العالية: يحافظ على الصلادة وسلامة البنية عند درجات حرارة مستمرة حتى 1100°م.
مقاومة ممتازة للتلاصق (Galling) والاحتكاك: مثالية لتطبيقات معدن-لمعدن مع تزييت محدود مثل مجموعة مقعد/ساق الصمام.
مقاومة كيميائية وأكسدة قوية: تعمل بثبات في الأحماض والبخار وغازات الاحتراق والبيئات عالية الملوحة.
تحديات وحلول تشغيل CNC لسبيكة Stellite 31
تحديات التشغيل
تآكل سريع للأداة
البنية المجهرية الغنية بالكربيدات المعقدة تسبب تآكلًا كاشطًا شديدًا لأدوات القطع، خصوصًا في عمليات التشغيل ذات التماس المستمر.
قوى قطع عالية
تتطلب قدرة أعلى وصلابة أكبر للماكينة بسبب مقاومة الشد المرتفعة وقلة الليونة.
خطر تشققات سطحية
ارتفاع الحرارة مع التوصيل الحراري المنخفض قد يؤدي إلى شقوق دقيقة على السطح أو تكسّر حواف أثناء القطع الجاف أو مع تبريد غير كافٍ.
استراتيجيات التشغيل المُحسّنة
اختيار الأداة
المعلمة | التوصية | المبرر |
|---|---|---|
مادة الأداة | كربيد فائق الدقة (K40) أو خزف (SiAlON) للتخشين؛ CBN للتشطيب | يوفر مقاومة تآكل تحت أحمال قصوى |
الطلاء | AlTiN أو TiAlCrN (PVD بسماكة 3–5 ميكرومتر) | يحمي من الحرارة والاحتكاك |
الهندسة | زاوية ميل سالبة مع نصف قطر حافة مصقول 0.05 مم | يمنع تآكل الحافة والفشل المبكر للأداة |
معلمات القطع (متوافقة مع ISO 3685)
العملية | السرعة (م/دقيقة) | التغذية (مم/لفة) | عمق القطع (مم) | ضغط سائل التبريد (بار) |
|---|---|---|---|---|
تشغيل خشن | 8–12 | 0.20–0.30 | 1.5–2.0 | 100–120 |
تشطيب | 16–20 | 0.05–0.10 | 0.3–0.8 | 120–150 |
المعالجة السطحية لأجزاء Stellite 31 المشغَّلة
الضغط المتساوي الحرارة الساخن (HIP)
HIP يزيل المسامية الداخلية ويعزز مقاومة الإجهاد والثبات البُعدي للأجزاء المصبوبة أو المطبوعة ثلاثيًا.
المعالجة الحرارية
المعالجة الحرارية تحسن تجانس الكربيدات واستقرار البنية المجهرية، ما يعزز مقاومة الاهتراء بعد التشغيل.
لحام السبائك الفائقة
لحام السبائك الفائقة باستخدام معدن حشو متوافق يحافظ على مقاومة الاهتراء والأكسدة ضمن مناطق الوصلات عالية الحرارة.
الطلاء الحاجز للحرارة (TBC)
طلاء TBC يضيف تدريعًا حراريًا للأجزاء المعرضة لغازات الاحتراق فوق 1000°م.
التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM)
EDM يتيح تشطيب تفاصيل عالية الدقة في المناطق المقساة دون تشوه ميكانيكي.
حفر الثقوب العميقة
حفر الثقوب العميقة يوفر قنوات وممرات داخلية بتفاوتات ضيقة في أجزاء المضخات والصمامات.
اختبارات المواد والتحليل
اختبارات المواد تشمل قياس الصلادة على المقاطع، واختبار الاهتراء ASTM G65، والتحليل المجهري، والكشف بالموجات فوق الصوتية عن العيوب.
التطبيقات الصناعية لمكونات Stellite 31
معدات النفط والغاز
مقاعد الصمامات وصمامات الكرة وأدوات الآبار المعرضة للرمل والمياه المالحة ودورات الضغط.
التوربوماشينري في الطيران
حلقات الإحكام وشرائط الاهتراء وريش التوجيه التي تتطلب عمر اهتراء طويلًا ومقاومة أكسدة عند درجات حرارة عالية.
توليد الطاقة
أجزاء الغلايات وفوهات الحرق وصمامات مياه التغذية التي تعمل في بيئات بخارية ودورات حرارية.
تشكيل المعادن والتعدين
القوالب واللكمات والبطانات في عمليات البثق المعدني والأنظمة الكاشطة عالية الصدمات.
استكشف المدونات ذات الصلة
