Stellite 6K
Einführung in Stellite 6K
Stellite 6K ist eine schmiedebasierte Kobalt-Chrom-Legierung, die speziell für erhöhte Zähigkeit, Fressbeständigkeit (Galling) und Verschleißleistung bei Metall-auf-Metall-Kontaktanwendungen entwickelt wurde. Sie weist eine ähnliche chemische Zusammensetzung wie Stellite 6B auf, bietet jedoch aufgrund ihrer feinkörnigen, umgeformten Mikrostruktur eine höhere Duktilität und eine verbesserte Zerspanbarkeit. Die „K“-Variante ist für Gleitverschleiß unter Druck sowie für Anwendungen mit Stoß- und thermischer Belastung optimiert.
Stellite 6K ist ideal für CNC-bearbeitete Komponenten, bei denen sowohl Maßgenauigkeit als auch Beständigkeit gegen Festfressen, Riefenbildung (Scuffing) und Erosion entscheidend sind. Typische Anwendungen sind Buchsen, Lager, Pumpenhülsen und Ventilschäfte, die in der Luft- und Raumfahrt, in der Marine, in der Energiebranche sowie in der Öl- & Gasindustrie eingesetzt werden.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Stellite 6K
Stellite 6K (UNS R30016 / ASTM F90, AMS-5894-Derivat) ist eine durch Mischkristallhärtung verfestigte Kobaltlegierung, die durch Warmumformen, Schmieden oder Walzen hergestellt wird, um eine homogene, dichte Struktur mit überlegener mechanischer Integrität zu erzielen.
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Kobalt (Co) | Rest (≥58,0) | Basismatrix für Korrosions- und Hochtemperaturfestigkeit |
Chrom (Cr) | 28,0–32,0 | Sorgt für Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit |
Wolfram (W) | 4,5–6,5 | Bildet Karbide zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit |
Kohlenstoff (C) | 0,9–1,4 | Steuert die Karbidbildung zur Erhöhung der Fressbeständigkeit |
Nickel (Ni) | ≤3,0 | Erhöht Zähigkeit und Duktilität |
Eisen (Fe) | ≤3,0 | Restelement |
Mangan (Mn) | ≤1,0 | Unterstützt die Warmumformbarkeit |
Silizium (Si) | ≤1,2 | Verbessert Gießfließfähigkeit und Oberflächengüte |
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 | 0,96 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 (umgeformter Zustand)
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 |
Fressbeständigkeit | Ausgezeichnet, sogar gegen sich selbst | ASTM G98 |
Verschleißbeständigkeitsindex | >2,5× 316 Edelstahl | ASTM G65 |
Wesentliche Eigenschaften von Stellite 6K
Überlegene Fressbeständigkeit (Galling): Herausragende Leistung bei Metall-auf-Metall-Kontakt, selbst bei trockenen Gleitbedingungen.
Hohe Zähigkeit und Duktilität: In stoßbeanspruchten Umgebungen toleranter als gegossene Stellite-Sorten, wodurch das Risiko von Rissen oder Kantenausbrüchen reduziert wird.
Thermische und korrosive Stabilität: Hält Einsatztemperaturen bis 850°C stand und widersteht Lochkorrosion und Oxidation in chloridhaltigen Medien und Säuren.
Verbesserte Zerspanbarkeit: Im Vergleich zu gegossenem Stellite 6 bietet die umgeformte 6K-Variante eine bessere Maßkontrolle bei der CNC-Bearbeitung.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Stellite 6K
Bearbeitungsherausforderungen
Abrasive Karbidphasen
Die wolframreichen Karbide erhöhen den Werkzeugverschleiß, insbesondere bei langen Schruppdurchgängen.
Wärmeaufbau an der Werkzeug-Werkstück-Schnittstelle
Die geringe Wärmeleitfähigkeit staut die Wärme in der Schneidzone, was Werkzeugbeschichtungen und Genauigkeit beeinträchtigt.
Kaltverfestigung
Wiederholte Werkzeugdurchgänge können die Oberflächenhärte erhöhen, wodurch eine sorgfältige Passplanung und Werkzeugüberwachung erforderlich wird.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugmaterial | PVD-beschichtetes Hartmetall (K30–K40); CBN für enge Schlichttoleranzen | Bewältigt abrasiven Verschleiß bei gleichzeitig hoher Schneidkantenfestigkeit |
Beschichtung | AlTiN oder TiAlCrN (3–5 µm) | Senkt die Temperatur in der Schneidzone und verlängert die Werkzeugstandzeit |
Geometrie | Neutraler Spanwinkel (0°), verrundete Schneide 0,03 mm | Erhöht die Schneidkantenhaltbarkeit und verhindert Spananhaftung |
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-6K-Teile
Heißisostatisches Pressen (HIP)
HIP ist für umgeformtes Stellite 6K im Allgemeinen nicht erforderlich, kann jedoch bei pulvermetallurgischen oder additiv gefertigten Varianten eingesetzt werden, um die Ermüdungslebensdauer zu erhöhen.
Wärmebehandlung
Wärmebehandlung nach der Bearbeitung kann die Karbidverteilung optimieren und Eigenspannungen aus Umformung oder CNC-Zerspanung reduzieren.
Superlegierungs-Schweißen
Superlegierungs-Schweißen mit verdünnungsarmen PTA- oder WIG-Verfahren und passendem Zusatzwerkstoff hilft, Verschleiß- und Fressbeständigkeit über die Nahtbereiche hinweg zu erhalten.
Thermische Barrierebeschichtung (TBC)
TBC-Beschichtung schützt vor Heißgaserrosion und erhöht die Hochtemperaturdauerhaftigkeit bei rotierenden und hin- und hergehenden Bauteilen.
Funkenerodieren (EDM)
EDM gewährleistet eine präzise Endbearbeitung eng tolerierter Teile mit Ra <0,5 µm in gehärteten oder komplexen Geometrien.
Tieflochbohren
Tieflochbohren eignet sich zur Herstellung verschleißfester Buchsen und Durchflussregelkomponenten mit Schlankheitsverhältnissen >20:1.
Materialprüfung und Analyse
Materialprüfung umfasst Zugfestigkeit, Mikrohärte-Profile, metallografische Untersuchungen sowie ASTM-G98-Bewertungen zur Fressneigung (Galling).
Industrieanwendungen von Stellite-6K-Komponenten
Industrielle Ventilsysteme
Ventilschäfte, Führungen und Kegel-/Plug-Komponenten, die Fressen unter Druck und Temperaturextremen widerstehen müssen.
Luft- und Raumfahrtlager und Gestänge
Präzisionsbuchsen und Komponenten von Steuersystemen im trockenen oder geschmierten Gleitkontakt.
Öl- & Gas-Ausrüstung
Bohrkopf-Stabilisatoren, Pumpenhülsen und rotierende Dichtungen, die Schlammabrasion und korrosiven Medien ausgesetzt sind.
Energieerzeugung und Turbomaschinen
Verschleißpads im Heißbereich und Dichtflächen, die hoher thermischer und zyklischer Belastung ausgesetzt sind.
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