Stellite 6
Einführung in Stellite 6
Stellite 6 ist die am häufigsten verwendete Kobalt-Chrom-Legierung innerhalb der Stellite-Familie, da sie eine ausgewogene Kombination aus Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und moderater Härte bietet. Sie zeigt eine hervorragende Leistung bei Metall-auf-Metall-Kontakt, in Umgebungen mit geringer Wärmeleitfähigkeit sowie in korrosiven Medien. Stellite 6 ist für seine Fressbeständigkeit (Galling) und seine Stabilität bei hohen Temperaturen bekannt und eignet sich besonders gut für Ventilkomponenten, Pumpenteile und Lager, die kontinuierlicher Reibung und korrosivem Angriff standhalten müssen.
Diese Legierung ist ideal für CNC-bearbeitete Teile, die eine lange Lebensdauer und Maßgenauigkeit in mechanischen Baugruppen erfordern, die Gleitverschleiß und chemischer Exposition ausgesetzt sind. Ihre Anpassungsfähigkeit, die Zerspanbarkeit (im Vergleich zu härteren Stellite-Sorten) und die gleichbleibende Performance haben sie zu einem bevorzugten Werkstoff in der Luft- und Raumfahrt, der Kerntechnik, der Petrochemie und der Marineindustrie gemacht.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Stellite 6
Stellite 6 (UNS R30006 / AMS 5387 / ISO 5832-4) ist eine kobaltbasierte Legierung, die typischerweise durch Gießen, Schweißauftragungen oder Pulvermetallurgie hergestellt und anschließend per CNC-Finishbearbeitung endbearbeitet wird.
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Kobalt (Co) | Rest (≥55,0) | Matrixphase für Warmhärte und Korrosionsbeständigkeit |
Chrom (Cr) | 27,0–32,0 | Oxidationsbeständigkeit und Passivierung in korrosiven Umgebungen |
Wolfram (W) | 4,5–6,5 | Karbidverstärkung für Verschleißfestigkeit |
Kohlenstoff (C) | 1,0–1,4 | Moderater Karbidgehalt für Fressbeständigkeit (Anti-Galling) |
Nickel (Ni) | ≤3,0 | Erhöht Zähigkeit und Duktilität |
Eisen (Fe) | ≤3,0 | Rückstandslegierungselement |
Silizium (Si) | ≤1,2 | Verbessert Fließfähigkeit und Oberflächengüte beim Gießen |
Mangan (Mn) | ≤1,0 | Verbessert die Warmumformbarkeit |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm/Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 8,65 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 1240–1345°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 | 415 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 | 38–44 HRC (Gusszustand) / bis zu 46 HRC (HIP-behandelt) | ASTM E18 |
Zugfestigkeit | 800–1000 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2%) | 500–600 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | 3–5% | ASTM E8/E8M |
Verschleißbeständigkeitsindex | >2× 316 Edelstahl | ASTM G65 |
Wesentliche Eigenschaften von Stellite 6
Hervorragende Fressbeständigkeit (Galling) und Gleitverschleißfestigkeit: Ideal für Oberflächen mit kontinuierlicher Reibung, auch ohne Schmierung.
Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit: Geeignet für den Einsatz in sauren, salzhaltigen und oxidierenden Medien, einschließlich Meerwasser und Prozesschemikalien.
Thermische Stabilität: Zuverlässige Leistung bis zu 800°C bei Erhalt von Härte und Maßtoleranzen.
Vorteil bei der Zerspanbarkeit: Leichter CNC-bearbeitbar als härtere Sorten wie Stellite 3 oder Stellite 12, bei weiterhin sehr guter Verschleißleistung.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Stellite 6
Bearbeitungsherausforderungen
Abrasive Karbidphasen
Wolframkarbide können Werkzeuge schnell abstumpfen lassen, insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsbearbeitung oder ungeeigneten Werkzeugbeschichtungen.
Bildung von Aufbauschneiden
Ohne geeignete Kühlung und Schneidengeometrie kann es zu Überflutungseffekten oder Materialanhaftungen kommen, was Toleranzen und Oberflächengüte beeinträchtigt.
Moderate Kaltverfestigung
Wiederholte Werkzeugdurchgänge können die Oberflächenhärte erhöhen und Schlichtbearbeitungen erschweren, wenn die Bearbeitungsreihenfolge nicht korrekt ausgelegt ist.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugmaterial | Hartmetall (K30–K40), PVD-beschichtet; CBN zum Schlichten | Widersteht abrasiven Karbiden und bietet gute Schneidkantenstandzeit |
Beschichtung | AlTiN oder TiAlCrN (3–5 µm) | Reduziert thermischen Verschleiß und Reibung |
Geometrie | Neutraler Spanwinkel (0° bis +5°), verrundeter Schneidenradius 0,02–0,05 mm | Minimiert Schnittkräfte und Werkzeugkanten-Ausbrüche |
Schnittparameter (ISO 3685)
Operation | Geschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Zustellung (mm) | Kühldruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 12–18 | 0,20–0,30 | 2,0–3,0 | 100–120 |
Schlichten | 22–30 | 0,05–0,10 | 0,5–1,0 | 120–150 |
Oberflächenbehandlung für bearbeitete Stellite-6-Teile
Heißisostatisches Pressen (HIP)
HIP bei 1150°C und 150 MPa beseitigt Porosität und verbessert die mikrostrukturelle Homogenität, wodurch sowohl Ermüdungs- als auch Verschleißleistung gesteigert werden.
Wärmebehandlung
Wärmebehandlung kann eingesetzt werden, um Spannungen abzubauen und die Karbidverteilung fein abzustimmen, wodurch eine langfristige Stabilität gewährleistet wird.
Superlegierungs-Schweißen
Superlegierungs-Schweißen mittels WIG- oder PTA-Auftragungen stellt sicher, dass Verschleißzonen auch nach der finalen CNC-Bearbeitung robust bleiben.
Thermische Barrierebeschichtung (TBC)
TBC-Beschichtung erhöht die Leistungsfähigkeit von Teilen, die bei erhöhten Temperaturen Dampf- oder Gaserrosion ausgesetzt sind.
Funkenerodieren (EDM)
EDM ermöglicht präzise Details und enge Toleranzen in gehärteten Teilen, mit Ra <0,6 µm.
Tieflochbohren
Tieflochbohren gewährleistet genaue Bohrungsprofile in Ventilsitzen, Düsen und verschleißkritischen Hülsen.
Materialprüfung und Analyse
Materialprüfung umfasst ASTM-G65-Verschleißtests, Mikrostrukturanalysen und Härteverifikation (ASTM E18).
Industrieanwendungen von Stellite-6-Komponenten
Ventilsitze, Ventilscheiben und Führungen
Zuverlässige Dichtwirkung und Fressbeständigkeit in Dampf-, Chemie- und Marine-Serviceventilen.
Pumpenbuchsen und Laufräder
Beständig gegen Kavitation und Partikelerosion in Schlamm- und Prozessfluid-Umgebungen.
Kernkraftsysteme
Verschleißplatten von Steuerstäben und Ventilinnenteile, die unter Strahlung und hohem Druck betrieben werden.
Marine- und Ölfeldausrüstung
Wellenhülsen, Schieberventilsitze und verschleißfeste Trim-Teile, die Salzwasser und Bohrspülungen ausgesetzt sind.
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