Stellite 4
مقدمة عن ستيلايت 4
ستيلايت 4 هو سبيكة كوبالت-كروم-تنغستن طُوِّرت لتطبيقات تتطلب مقاومة ممتازة للتآكل ومقاومة للاحتكاك اللاصق (Galling) ومقاومة للتآكل الكيميائي تحت أحمال عالية وظروف حرارية متوسطة. ويقع بين ستيلايت 1 وستيلايت 6 من حيث الصلادة والمتانة، ما يمنحه توازنًا بين قابلية التشغيل والمتانة.
يُستخدم ستيلايت 4 على نطاق واسع في الأجزاء المُشغَّلة بتقنية CNC المعرضة للانزلاق معدن-على-معدن، وتآكل الاحتكاك (Fretting)، وبيئات الصدمات المتوسطة. وتتكون بنيته المجهرية من مصفوفة كوبالت متينة معززة بأطوار كربيدية صلبة، ما يجعله مناسبًا للاستخدام سواء في حالته المصبوبة أو بعد التشغيل في قطاعات الطيران والطاقة والبحرية والنفط والغاز.
الخصائص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لستيلايت 4
ستيلايت 4 (UNS R30004 / AMS 5387 / مجموعة ISO 5832-4) هو سبيكة كوبالت متوسطة الكربون صُممت لمقاومة التآكل والتآكل الكيميائي في البيئات عالية الضغط والآكلة وذات الأحمال الحرارية الخفيفة إلى المتوسطة.
التركيب الكيميائي (نموذجي)
العنصر | نطاق التركيب (وزن٪) | الدور الرئيسي |
|---|---|---|
الكوبالت (Co) | الباقي (≥50.0) | العنصر الأساسي لصلادة الحرارة ومقاومة التآكل |
الكروم (Cr) | 28.0–32.0 | يوفر مقاومة للأكسدة والمقاومة الكيميائية |
التنغستن (W) | 12.0–15.0 | يعزز مقاومة التآكل والتآكل الكاشط |
الكربون (C) | 1.5–2.0 | يُكوّن كربيدات لتحسين الصلادة |
النيكل (Ni) | ≤3.0 | يزيد الليونة |
الحديد (Fe) | ≤3.0 | عنصر متبقٍ ثانوي |
السيليكون (Si) | ≤1.2 | يحسن خصائص الصب |
المنغنيز (Mn) | ≤1.0 | يساعد في قابلية التشغيل على الساخن |
الخصائص الفيزيائية
الخاصية | القيمة (نموذجية) | المعيار/شرط الاختبار |
|---|---|---|
الكثافة | 8.75 g/cm³ | ASTM B311 |
مدى الانصهار | 1260–1345°C | ASTM E1268 |
التوصيل الحراري | 12.0 W/m·K عند 100°C | ASTM E1225 |
المقاومية الكهربائية | 0.95 µΩ·m عند 20°C | ASTM B193 |
التمدد الحراري | 12.6 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 | 43–48 HRC (مصبوب) / حتى 50 HRC (معالج HIP) | ASTM E18 |
مقاومة الشد | 950–1150 MPa | ASTM E8/E8M |
مقاومة الخضوع (0.2%) | 550–700 MPa | ASTM E8/E8M |
الاستطالة | 1.5–3.5% | ASTM E8/E8M |
مؤشر مقاومة التآكل | >2× من فولاذ 316 غير القابل للصدأ | ASTM G65 |
الخصائص الرئيسية لستيلايت 4
توازن بين مقاومة التآكل والمتانة: يوفر حماية عالية من التآكل دون هشاشة درجات ستيلايت الأعلى صلادة، ما يجعله مثاليًا لتلامس الانزلاق والمكونات المعرضة للصدمات.
صلادة متوسطة مع قابلية تشغيل جيدة: أسهل في التشغيل من ستيلايت 1 أو 3 مع الحفاظ على متانة سطحية فائقة.
مقاومة للتآكل: مقاوم للبيئات الحمضية والمالحة والمؤكسدة حتى 900°C، ما يجعله مناسبًا للأجزاء الداخلية للصمامات والمضخات.
استقرار أبعادي: يحافظ على سلامته البنيوية وتفاوتاته الضيقة في الأجزاء المعرضة للضغط والاحتكاك والحرارة المتوسطة.
تحديات وحلول تشغيل ستيلايت 4 بتقنية CNC
تحديات التشغيل
التآكل الكاشط على الأدوات
يؤدي حجم الكربيدات المتوسط إلى تآكل جانبي (Flank wear) على الأدوات غير المطلية أو المختارة بشكل غير صحيح.
تكوّن حافة متراكمة (Built-Up Edge) والتلطخ
قد يؤدي سائل تبريد غير كافٍ أو زاوية ميل غير مناسبة إلى الالتصاق، ما يقلل جودة السطح والتحكم في التفاوتات.
تولّد الحرارة
تؤدي الموصلية الحرارية الضعيفة إلى تركّز الحرارة عند منطقة القطع، ما يسبب تدهور حافة الأداة.
استراتيجيات تشغيل مُحسّنة
اختيار الأداة
المعامل | التوصية | السبب |
|---|---|---|
مادة الأداة | كربيد مطلي PVD (K20–K30)، أو CBN للتشطيب | يتحمل التآكل الكاشط ويحافظ على سلامة الحافة |
الطلاء | TiAlN أو AlCrN (3–5 µm) | يقلل الحرارة والاحتكاك |
الهندسة | زاوية ميل موجبة إلى محايدة (5° إلى 0°)، حافة مصقولة 0.03 مم | تتحكم في قوة القطع وتمنع التفتت |
معلمات القطع (ISO 3685)
العملية | السرعة (م/دقيقة) | التغذية (مم/لفة) | عمق القطع DOC (مم) | ضغط سائل التبريد (بار) |
|---|---|---|---|---|
تشغيل خشن | 10–18 | 0.20–0.30 | 2.0–3.0 | 100–120 |
تشغيل تشطيب | 20–28 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 120–150 |
المعالجة السطحية لأجزاء ستيلايت 4 المُشغَّلة
الكبس المتساوي الخواص الساخن (HIP)
HIP عند 1150°C و150 MPa يُحسّن البنية المجهرية، ويقلل المسامية، ويرفع مقاومة التعب والتآكل.
المعالجة الحرارية
يمكن استخدام المعالجة الحرارية بعد التشغيل لتخفيف الإجهادات المتبقية وتثبيت الكربيدات.
لحام السبائك الفائقة
يتيح لحام السبائك الفائقة ترسيبًا سطحيًا خاليًا من التشققات باستخدام طرق TIG أو PTA مع التسخين المسبق والتحكم في درجة حرارة التمريرات البينية.
طلاء الحاجز الحراري (TBC)
يحمي طلاء TBC الأجزاء المعرضة لتعرية الغاز الساخن في الأنظمة عالية السرعة ودرجات الحرارة العالية.
التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM)
يوصى باستخدام EDM لتشطيب أجزاء ستيلايت 4 المُصلّدة بتفاوتات ±0.005 مم وخشونة سطح Ra <0.6 µm.
الحفر العميق
يُعد الحفر العميق مثاليًا لتصنيع ميزات الفتحات المقاومة للتآكل في أقفاص الصمامات والبطانات.
اختبارات وتحليل المواد
تشمل اختبارات المواد اختبار الصلادة، ومحاكاة التآكل (ASTM G65)، ورسم خرائط الكربيدات بالتحليل المعدني.
تطبيقات مكونات ستيلايت 4 في الصناعات
مقاعد الصمامات وسيقانها
أجزاء مُشغَّلة بتقنية CNC للأجزاء الداخلية للصمامات عالية الضغط التي تعمل في خدمة آكلة وتعرّية.
النفط والغاز
فوهات، وبطانات، وتجهيزات صمامات الخنق المعرضة لتدفق ملاطي، أو سوائل محملة بالرمال، أو خنق الغاز.
الهندسة البحرية
أكمام أعمدة، ومكونات مضخات، وجلب مقاومة للتلوث الحيوي وتعرية مياه البحر المالحة.
الطاقة وتوليد القدرة
وسائد انزلاق وحلقات تآكل في توربينات البخار وأنظمة الدورات الحرارية.
استكشف المدونات ذات الصلة
