Stellite 12
Einführung in Stellite 12
Stellite 12 ist eine kobaltbasierte, verschleißbeständige Legierung, die für den Einsatz unter extremen mechanischen und thermischen Bedingungen entwickelt wurde. Mit einer einzigartigen Balance aus hoher Härte, ausgezeichneter Schneidkantenstandzeit und moderater Schlagzähigkeit eignet sie sich ideal für Komponenten, die starker Abrasion, hochtemperaturbedingter Reibung und chemischem Angriff ausgesetzt sind. Positioniert zwischen Stellite 1 (extrem hart, aber spröde) und Stellite 6 (duktil, aber weniger verschleißbeständig) bietet Stellite 12 eine optimale Lösung für Anwendungen, die sowohl Dauerfestigkeit als auch Maß- und Formstabilität erfordern.
Stellite 12 wird häufig durch Gießen, Pulvermetallurgie oder als Hartauftragsschicht (Hardfacing) eingesetzt und anschließend mittels fortschrittlicher CNC-Bearbeitung präzisionsfertiggestellt. Die Legierung wird oft in Schneidwerkzeugen, Ventilsitzen, Warmextrusionsmatrizen und Dichtungskomponenten der Luft- und Raumfahrt verwendet – insbesondere dort, wo Gleitverschleiß und thermische Ermüdung kritische Leistungsfaktoren sind. Ihre Fähigkeit, Struktur- und Oberflächenintegrität bei Temperaturen bis nahe 850°C aufrechtzuerhalten, macht sie zur Top-Wahl für Ingenieure und Beschaffungsspezialisten in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Öl & Gas, Energieerzeugung und thermische Prozessindustrie.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Stellite 12
Stellite 12 (UNS R30012 / AMS 5387 / ISO 5832-4 Familie) zeigt eine hervorragende Maßstabilität, Fressbeständigkeit (Galling) und thermische Verschleißleistung unter sehr anspruchsvollen Einsatzbedingungen.
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Kobalt (Co) | Rest (≥50,0) | Sorgt für Hochtemperaturfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit |
Chrom (Cr) | 28,0–32,0 | Erhöht die Oxidations- und wässrige Korrosionsbeständigkeit |
Wolfram (W) | 8,0–10,0 | Bildet harte Karbide für Abrasionsbeständigkeit |
Kohlenstoff (C) | 1,4–1,9 | Steuert den Karbidanteil zur verbesserten Schneidkanten-Verschleißbeständigkeit |
Nickel (Ni) | ≤3,0 | Verbessert Bruchzähigkeit und Schweißbarkeit |
Eisen (Fe) | ≤3,0 | Spurenelement (Restanteil) |
Silizium (Si) | ≤1,2 | Verbessert die Gießfließfähigkeit und metallurgische Sauberkeit |
Mangan (Mn) | ≤1,0 | Erhöht die Warmduktilität während der Erstarrung |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm/Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 8,70 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 1275–1350°C | ASTM E1268 |
Wärmeleitfähigkeit | 12,5 W/m·K bei 100°C | ASTM E1225 |
Elektrischer Widerstand | 0,96 µΩ·m bei 20°C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnung | 12,7 µm/m·°C (20–400°C) | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 420 J/kg·K bei 20°C | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 210 GPa bei 20°C | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (Gusszustand oder HIP + wärmebehandelt)
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm |
|---|---|---|
Härte | 45–50 HRC (Guss) / bis zu 52 HRC (HIP-behandelt) | ASTM E18 |
Zugfestigkeit | 950–1150 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2%) | 500–650 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | 1,0–2,0% | ASTM E8/E8M |
Abrasionsbeständigkeit | >3× besser als 316 Edelstahl (trockener Sand/Gummi-Rad) | ASTM G65 |
Betriebstemperatur | Bis 850°C (intermittierend) | N/A |
Wesentliche Eigenschaften von Stellite 12
Hervorragende Abrasionsbeständigkeit: Der hohe Wolframkarbidanteil (20–30% nach Volumen) liefert robuste Leistung in abrasiven Schlämmen, sandhaltigen Medien oder bei Kontaktverschleiß.
Warmhärte: Erhält Strukturintegrität und hohe Oberflächenhärte bei Temperaturen bis nahe 850°C und übertrifft damit die meisten Werkzeugstähle sowie austenitische Edelstahllegierungen.
Korrosionsbeständigkeit: Beständig in sauren und oxidierenden Umgebungen; widersteht chloridinduzierter Spannungsrisskorrosion und Lochkorrosion.
Maßstabilität: Sehr gute Beständigkeit gegen thermische Verzüge, mit minimalem Kriechen und geringer Ausdehnung bei zyklischer Belastung.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Stellite 12
Bearbeitungsherausforderungen
Hohe Werkzeugverschleißraten
Das abrasive Karbidnetzwerk beschleunigt Flanken- und Kolkverschleiß bei konventionellen Hartmetallwerkzeugen. Ungeeignete Werkzeuge führen zu Toleranzdrift und schlechter Oberflächengüte.
Sprödes Verhalten
Die geringe Bruchdehnung erhöht das Risiko von Mikroausbrüchen oder Kantenausbrüchen bei aggressivem Eingriff, insbesondere bei dünnwandigen Bereichen.
Wärmemanagement
Die geringe Wärmeleitfähigkeit verursacht Wärmestau an der Werkzeug-Spann-Schnittstelle und erhöht das Risiko von Kaltverfestigung und oberflächennahen Mikrorissen.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugmaterial | Ultrafeinkorn-Hartmetall (K30–K40) oder CBN zum Vorschlichten | Widersteht extremer Abrasion bei gleichzeitig stabiler Schneidkante |
Beschichtung | AlTiN- oder TiSiN-PVD-Beschichtungen (Dicke: 3–5 µm) | Thermische Barriere reduziert Wärmeübertragung und Reibung |
Geometrie | Neutraler Spanwinkel, verrundete Schneidkante 0,03–0,05 mm | Widersteht Ausbrüchen und erhält die Schneidkantenintegrität |
Schnittparameter (ISO 3685-konform)
Operation | Geschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Schnitttiefe (mm) | Kühldruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 8–14 | 0,15–0,25 | 1,5–2,5 | 100–120 |
Schlichten | 18–25 | 0,05–0,10 | 0,5–1,0 | 120–150 |
Oberflächenbehandlung für bearbeitete Stellite-12-Teile
Heißisostatisches Pressen (HIP)
HIP bei 1150–1200°C und 100–150 MPa beseitigt Porosität in gegossenen oder pulververarbeiteten Komponenten und erhöht die Ermüdungsfestigkeit sowie die Gleichmäßigkeit der Karbidverteilung.
Wärmebehandlung
Wärmebehandlung optimiert die Härte und baut Eigenspannungen nach dem Vorschruppen oder nach dem Schweißen ab. Auslagerungszyklen können die Verschleißleistung weiter verbessern.
Superlegierungs-Schweißen
Superlegierungs-Schweißen mittels WIG oder PTA-Hartauftrag mit passendem Stellite-12-Zusatzwerkstoff erhält Verschleiß- und Oxidationsbeständigkeit über die Verbindungsbereiche hinweg.
Thermische Barrierebeschichtung (TBC)
TBC-Beschichtung wird für Teile empfohlen, die oberhalb von 800°C arbeiten, z. B. Ventilsitze, Düseneinsätze und Turbinen-Drossel-/Durchflussbegrenzer.
Funkenerodieren (EDM)
EDM erreicht Sub-10-µm-Toleranzen und spiegelähnliche Oberflächen (Ra <0,5 µm) an gehärteten Komponenten.
Tieflochbohren
Tieflochbohren eignet sich für Ports, Drosselöffnungen und Sitz-/Führungskanäle mit Tiefen-Durchmesser-Verhältnissen >20:1.
Materialprüfung und Analyse
Materialprüfung umfasst ASTM E18 Härteprüfung, ASTM G65 Abrasionsverschleiß, Gefügeanalyse sowie zerstörungsfreie Prüfungen (UT/PT/RT).
Industrieanwendungen von Stellite-12-Komponenten
Rotierende und stationäre Schneidwerkzeuge
Klingen, Scherwerkzeuge und Mulch-/Rotationsmesser profitieren von langer Standzeit der Schneide und minimaler Verformung unter Hitze und Stoßbelastung.
Ventilsitze und Trim-Komponenten
Ideal für erosions- und fressbeständige Durchflussregeloberflächen, die abrasiven oder korrosiven Medien ausgesetzt sind.
Warmextrusions- und Glasformmatrizen
Behält Härte und Verschleißbeständigkeit bei Formtemperaturen bis 850°C.
Dichtringe und Führungen für Luftfahrt-Turbinen
Widersteht Fretting und Erosion in Heißgasströmungen und gewährleistet dauerhaft dichte Abdichtung über lange Zyklen.
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