Stellite 6B
Einführung in Stellite 6B
Stellite 6B ist eine schmiedebasierte (wrought) kobaltbasierte Legierung, die für ihre außergewöhnliche Fressbeständigkeit (Galling), hohe Verschleißfestigkeit und Zähigkeit über einen breiten Temperaturbereich bekannt ist. Im Gegensatz zu den meisten Stellite-Legierungen, die gegossen oder als Hartauftragsschicht (Hardfacing) eingesetzt werden, wird Stellite 6B durch Umformprozesse (Warmumformen/Schmieden und Glühen) hergestellt. Dadurch erhält die Legierung eine überlegene mechanische Integrität und bessere Zerspanbarkeit, ohne dabei Korrosions- und Temperaturbeständigkeit einzubüßen.
CNC-bearbeitete Stellite-6B-Komponenten werden häufig in Ventilsystemen, Pumpen, industriellen Schneidwerkzeugen und Luft- und Raumfahrtstrukturen eingesetzt. Die Legierung ist ideal für Anwendungen mit Gleitverschleiß, Stoßbelastung, Kavitation und thermischen Lastwechseln – und damit ein Standardwerkstoff in der Energie-, Chemie-, Marine- und Ölfeldindustrie.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Stellite 6B
Stellite 6B (UNS R30016 / AMS 5894 / ASTM F90) ist eine durch Mischkristallhärtung (Solid-Solution Strengthening) verfestigte Kobaltlegierung, die durch Karbide verstärkt wird und mittels Warmumformung hergestellt wird, um eine verbesserte Zähigkeit sowie gleichmäßige Eigenschaften zu gewährleisten.
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Kobalt (Co) | Rest (≥58,0) | Sorgt für thermische Stabilität und Korrosionsbeständigkeit |
Chrom (Cr) | 28,0–32,0 | Erhöht Oxidations- und chemische Beständigkeit |
Wolfram (W) | 3,5–5,5 | Bildet verschleißbeständige Karbide |
Kohlenstoff (C) | 0,9–1,4 | Bildet Karbide, die Fress- und Abrasionsbeständigkeit verbessern |
Nickel (Ni) | ≤3,0 | Trägt zur Zähigkeit bei |
Eisen (Fe) | ≤3,0 | Geringes Restelement |
Mangan (Mn) | ≤1,0 | Unterstützt die Warmumformbarkeit |
Silizium (Si) | ≤1,2 | Verbessert die Oberflächengüte beim Warmumformen |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm/Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 8,42 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 1320–1395°C | ASTM E1268 |
Wärmeleitfähigkeit | 13,0 W/m·K bei 100°C | ASTM E1225 |
Elektrischer Widerstand | 0,95 µΩ·m bei 20°C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnung | 13,2 µm/m·°C (20–400°C) | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 420 J/kg·K bei 20°C | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 205 GPa bei 20°C | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (umgeformt, geglüht)
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm |
|---|---|---|
Härte | 33–43 HRC (geglüht) / bis zu 45 HRC (ausgelagert) | ASTM E18 |
Zugfestigkeit | 1050–1200 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2%) | 550–700 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | 10–20% | ASTM E8/E8M |
Charpy-Kerbschlagzähigkeit | >20 J (gekerbt, Raumtemperatur) | ASTM E23 |
Verschleißbeständigkeitsindex | >2,5× 316 Edelstahl | ASTM G65 |
Wesentliche Eigenschaften von Stellite 6B
Unübertroffene Fressbeständigkeit (Galling): Hervorragende Leistung bei Metall-auf-Metall-Gleitkontakt ohne Schmierung – sogar gegen sich selbst.
Überlegene Zähigkeit: Im Gegensatz zu gegossenen Stellite-Legierungen behält 6B Duktilität bei und eignet sich damit ideal für stoßbelastete Bauteile und zyklische Beanspruchung.
Korrosions- und Kavitationsbeständigkeit: Widersteht chloridinduzierter Lochkorrosion, Meerwasserangriff und Erosion in Fluidsystemen.
Thermische Stabilität: Erhält Festigkeit und Verschleißbeständigkeit bei Temperaturen bis 850°C in oxidierenden Umgebungen und bei thermischen Lastwechseln.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Stellite 6B
Bearbeitungsherausforderungen
Verfestigung während der Zerspanung
Die Oberflächenhärte steigt schnell an, was eine kontinuierliche Überwachung von Werkzeugverschleiß und Schnitttiefe erfordert.
Werkzeugverschleiß durch Karbide
Selbst im umgeformten Zustand beeinträchtigen fein verteilte Karbide die Schneidkanten bei längerer Bearbeitungsdauer.
Wärmeakkumulation an der Werkzeugspitze
Die geringe Wärmeleitfähigkeit kann zu einem Anstieg der lokalen Temperatur und zum Abbau der Beschichtung oder des Werkzeugsubstrats führen.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugmaterial | PVD-beschichtetes Hartmetall (K30–K40); CBN zum Schlichten | Bietet ein ausgewogenes Verhältnis aus Zähigkeit und Verschleißfestigkeit |
Beschichtung | TiAlN oder AlCrN (3–5 µm) | Minimiert thermische Diffusion und Flankenverschleiß |
Geometrie | Neutraler Spanwinkel (0°), verrundete Schneide 0,03 mm | Verhindert Ausbrüche und die Bildung von Aufbauschneiden |
Schnittparameter (ISO 3685)
Operation | Geschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Zustellung (mm) | Kühldruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 10–18 | 0,20–0,30 | 2,0–3,0 | 100–120 |
Schlichten | 20–28 | 0,05–0,10 | 0,5–1,0 | 120–150 |
Oberflächenbehandlung für bearbeitete Stellite-6B-Teile
Heißisostatisches Pressen (HIP)
HIP ist für umgeformtes Material in der Regel nicht erforderlich, kann jedoch bei pulvermetallurgischen Varianten angewendet werden, um die Mikrostruktur zu verbessern.
Wärmebehandlung
Wärmebehandlung kann die Härte erhöhen und nach der Bearbeitung oder dem Schweißen Spannungen abbauen.
Superlegierungs-Schweißen
Superlegierungs-Schweißen mit passendem Zusatzwerkstoff erhält die Verschleiß- und Korrosionsleistung der Legierung bei minimaler Beeinträchtigung der Wärmeeinflusszone.
Thermische Barrierebeschichtung (TBC)
TBC-Beschichtung wird für Ventilkomponenten und Führungen empfohlen, die heißen Verbrennungsgasen und Erosion ausgesetzt sind.
Funkenerodieren (EDM)
EDM ist entscheidend für das Schlichten kleiner Merkmale und eng tolerierter Geometrien und erreicht Ra <0,5 µm.
Tieflochbohren
Tieflochbohren unterstützt die Fertigung von Ventilführungen, Verschleißhülsen und Drosselbohrungen mit L/D-Verhältnissen bis zu 30:1.
Materialprüfung und Analyse
Materialprüfung umfasst Mikrohärte, Zugversuche, Charpy-Kerbschlagprüfungen sowie metallografische Verifikation der Karbidverteilung.
Industrieanwendungen von Stellite-6B-Komponenten
Dampf- und Regelventile
Ventilschäfte, Sitze und Käfige für den Einsatz in der Energieerzeugung und in maritimen Umgebungen.
Luft- und Raumfahrt-Aktuierung und Lager
Buchsen und Verschleißringe in Turbinen- oder Hydraulikbaugruppen, bei denen Fressen (Galling) und Fretting kritisch sind.
Pumpenkomponenten
Hülsen, Plunger und Laufräder, die in Hochdruck-Fluidströmen Widerstand gegen Kavitation und Erosion benötigen.
Downhole-Ölfeldwerkzeuge
Untertägige Verschleißpads, Führungshülsen und Ventilkörper, die Sand, Fluidreibung und thermischen Lastwechseln ausgesetzt sind.
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