Deutsch

Stellite 3

Eine ultraharte kobaltbasierten Legierung für Umgebungen mit starkem Abrieb und thermischem Verschleiß. Geeignet für CNC-gefertigte Komponenten, die extreme Härte, Erosionsbeständigkeit und Maßstabilität bei erhöhten Temperaturen erfordern.

Einführung in Stellite 3

Stellite 3 ist eine kobaltbasierte Legierung, die für Anwendungen mit extremen Anforderungen an Verschleißbeständigkeit, Härte und Korrosionsstabilität entwickelt wurde – insbesondere bei erhöhten Temperaturen. Sie enthält mehr Kohlenstoff und Wolfram als Stellite 1 und bildet dadurch eine stärker karbidreiche Struktur mit noch höherer Abrasionsbeständigkeit. Stellite 3 bietet einen hervorragenden Schutz gegen Fressen (Galling), Gleitverschleiß und Erosion – besonders unter hohem Druck und thermischer Belastung.

Aufgrund seiner hohen Härte und Sprödigkeit wird Stellite 3 typischerweise für CNC-bearbeitete Bauteile eingesetzt, bei denen Maßgenauigkeit, thermische Stabilität und eine sehr lange Standzeit unter starkem mechanischem Kontakt entscheidend sind. Typische Anwendungen sind harte Ventiltrimm-Komponenten, Drossel-/Blendenplatten (Orifice Plates), Schneidklingen sowie Matrizen/Werkzeuge, die intensiver Abrasion oder punktueller Belastung ausgesetzt sind.

Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Stellite 3

Stellite 3 (UNS R30003 / AMS 5382 / ISO 5832-4 Familie) zählt zu den härtesten kommerziell verfügbaren Kobaltlegierungen und wird typischerweise durch Gießen, Pulvermetallurgie oder Hartauftragungsprozesse hergestellt und anschließend CNC-bearbeitet.

Chemische Zusammensetzung (typisch)

Element	Zusammensetzungsbereich (Gew.-%)	Hauptfunktion
Kobalt (Co)	Rest (≥50,0)	Basismatrix; liefert Warmhärte und Oxidationsbeständigkeit
Chrom (Cr)	27,0–32,0	Verbessert Korrosionsbeständigkeit, besonders in oxidierenden Medien
Wolfram (W)	13,0–16,0	Steigert Abrasionsbeständigkeit durch harte Wolframkarbide
Kohlenstoff (C)	2,4–3,3	Erhöht Karbidanteil für maximalen Verschleißschutz
Nickel (Ni)	≤3,0	Erhöht Zähigkeit der Matrixphase
Eisen (Fe)	≤3,0	Rest-/Nebenbestandteil
Silizium (Si)	≤1,2	Verbessert Gießbarkeit und Oberflächenqualität
Mangan (Mn)	≤1,0	Mikrostrukturstabilität während der Erstarrung

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert (typisch)	Prüfnorm/Bedingung
Dichte	8,75 g/cm³	ASTM B311
Schmelzbereich	1265–1355 °C	ASTM E1268
Wärmeleitfähigkeit	11,0 W/m·K bei 100 °C	ASTM E1225
Elektrischer Widerstand	0,98 µΩ·m bei 20 °C	ASTM B193
Wärmeausdehnung	12,5 µm/m·°C (20–400 °C)	ASTM E228
Spezifische Wärmekapazität	410 J/kg·K bei 20 °C	ASTM E1269
Elastizitätsmodul	210 GPa bei 20 °C	ASTM E111

Mechanische Eigenschaften (gegossen oder HIP + wärmebehandelt)

Eigenschaft	Wert (typisch)	Prüfnorm
Härte	50–55 HRC (gegossen) / bis 58 HRC (HIP-behandelt)	ASTM E18
Zugfestigkeit	1100–1250 MPa	ASTM E8/E8M
Streckgrenze (0,2 %)	600–750 MPa	ASTM E8/E8M
Bruchdehnung	0,5–1,5 % (sehr gering)	ASTM E8/E8M
Verschleißindex	>3× im Vergleich zu 316 Edelstahl	ASTM G65

Wesentliche Merkmale von Stellite 3

Extreme Abrasionsbeständigkeit: Der hohe Anteil harter Karbide macht die Legierung ideal für Anwendungen mit starkem Partikelverschleiß oder Metall-auf-Metall-Reibkontakt.
Außergewöhnliche Warmhärte: Behält >50 HRC bis etwa 800 °C und bietet dadurch langanhaltenden Verschleißschutz bei thermischer Zyklierung.
Korrosions- und Erosionsstabilität: Gute Beständigkeit in sauren, chloridhaltigen und oxidierenden Medien – geeignet für Durchflussregelung und Anlagen im Chemieprozess.
Geringe Duktilität: Sehr gut für feststehende Komponenten; nicht empfohlen für dynamisches Biegen oder zyklische Hochstoßbelastung.

Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Stellite 3

Bearbeitungsherausforderungen

Karbidbedingter Werkzeugverschleiß

Der hohe Karbidanteil verursacht abrasiven Verschleiß an Freiflächen und Schneidkanten – selbst bei niedrigen Schnittgeschwindigkeiten.

Sprödigkeit

Die Duktilität ist stark begrenzt; falsche Vorschübe oder unterbrochene Schnitte können Rissbildung oder Kantenabplatzungen auslösen.

Risiko thermischer Schädigung

Die geringe Wärmeleitfähigkeit konzentriert Wärme in der Schnittzone, was Beschichtungen schneller abbaut und die Maßhaltigkeit beeinträchtigen kann.

Optimierte Bearbeitungsstrategien

Werkzeugauswahl

Parameter	Empfehlung	Begründung
Werkzeugwerkstoff	CBN oder Keramik; PVD-beschichtetes Hartmetall zum Schlichten	Bewältigt extreme Härte und Abrasion
Beschichtung	AlTiN oder TiSiN (3–5 µm)	Reduziert thermische Belastung und Freiflächenverschleiß
Geometrie	Neutral bis leicht negativ (0° bis -5°), verrundete Schneidkante 0,03–0,05 mm	Erhöht Stabilität und vermeidet Mikroschartenbildung

Schnittparameter (ISO 3685)

Operation	Geschwindigkeit (m/min)	Vorschub (mm/U)	Schnitttiefe (mm)	Kühlschmierstoffdruck (bar)
Schruppen	8–12	0,15–0,25	1,5–2,5	80–100
Schlichten	15–22	0,05–0,10	0,3–1,0	100–120

Oberflächen-/Nachbehandlung für bearbeitete Stellite-3-Teile

Heißisostatisches Pressen (HIP)

HIP bei 1150 °C und 150 MPa verbessert die Mikrostrukturhomogenität und erhöht die Verschleißbeständigkeit von Guss- oder AM-Teilen.

Wärmebehandlung

Wärmebehandlung nach der Bearbeitung kann Eigenspannungen reduzieren und die Karbidverteilung verbessern, um die Härte langfristig zu stabilisieren.

Schweißen von Superlegierungen

Superlegierungs-Schweißen (TIG) mit vorgewärmtem Grundwerkstoff und geringer Aufmischung unterstützt rissarme Verbindungen und gleichmäßige Verschleißzonen.

Thermische Barrierebeschichtung (TBC)

TBC-Beschichtung verbessert die Temperaturbeständigkeit für Bauteile mit 850–1050 °C thermischer Belastung und Abrasionsrisiko.

Funkenerosion (EDM)

EDM ist wichtig für komplexe Profile oder gehärtete Teile und ermöglicht Toleranzen bis ±0,005 mm sowie Ra <0,6 µm.

Tieflochbohren

Tieflochbohren unterstützt lange, gerade Geometrien in Stellite-Buchsen und Verschleißhülsen – insbesondere bei abrasiven Medien.

Werkstoffprüfung und Analyse

Werkstoffprüfung umfasst Mikro-/Makrohärtekartierung, ASTM-G65-Verschleißbewertung und metallografische Querschliffanalysen.

Industrieanwendungen von Stellite-3-Komponenten

Ventiltrimm und Sitze

Sehr gute Verschleiß- und Fressbeständigkeit für Dampfventile, Drosselplatten und Hochdruck-Dichtkomponenten.

Bergbau- und Slurry-Systeme

Pumpenauskleidungen, Laufräder und Orifices, bei denen abrasive Mineralien konventionelle Legierungen schnell abtragen.

Luftfahrt und Turbinen

Brennerspitzen, Shrouds und Düsen-/Nozzle-Einsätze unter Erosionsangriff und hohen thermischen Gradienten.

Schneid- und Umformwerkzeuge

Messer, Scheren und Matrizen für schwer zerspanbare Materialien, bei denen Schneidkantenstabilität und Wärmebeständigkeit entscheidend sind.