Stellite SF12
Einführung in Stellite SF12
Stellite SF12 ist eine kobaltbasisierte Legierung, die für extreme Verschleiß-, Hitze- und Korrosionsbeständigkeit entwickelt wurde, insbesondere für Anwendungen mit Metall-auf-Metall-Kontakt, thermischen Zyklen und Flüssigkeitserosion. Sie kombiniert einen moderaten Kohlenstoffgehalt mit erhöhten Anteilen an Wolfram und Chrom und bildet so eine zähe, verschleißfeste Matrix, die durch harte Karbide verstärkt ist.
Im Vergleich zu konventionellen Stellite-Legierungen wie Stellite 6 oder Stellite 12 ist SF12 auf verbesserte Schweißbarkeit und erhöhte Zähigkeit ausgelegt, ohne die Härte zu beeinträchtigen. Es wird häufig durch Auftragsschweißen, Gießen oder Pulvermetallurgie eingesetzt und anschließend präzise über CNC-Bearbeitung fertiggestellt, um in der Luft- und Raumfahrt, Energieerzeugung, Petrochemie sowie in industriellen Ventilsystemen verwendet zu werden.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Stellite SF12
Stellite SF12 (auch als AWS ERCoCr-A-Analog bezeichnet) ist eine verschleißfeste Kobalt-Chrom-Wolfram-Legierung, die für erhöhte Temperaturen und korrosive Umgebungen mit häufigem Gleit- oder Erosionskontakt ausgelegt ist.
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Kobalt (Co) | Balance (≥50,0) | Sorgt für thermische und chemische Stabilität |
Chrom (Cr) | 27,0–30,0 | Verbessert Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit |
Wolfram (W) | 3,5–5,0 | Erhöht die Härte durch Karbidbildung |
Kohlenstoff (C) | 1,2–1,5 | Ermöglicht Verschleißfestigkeit durch Karbidverteilung |
Nickel (Ni) | ≤3,0 | Verbessert Zähigkeit und thermische Ermüdungsbeständigkeit |
Eisen (Fe) | ≤3,0 | Restbestandteil |
Silizium (Si) | ≤1,2 | Verbessert Gießfluss und Oberflächenqualität |
Mangan (Mn) | ≤1,0 | Unterstützt Desoxidation und Erstarrungskontrolle |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm/Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 8,55 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 1315–1395 °C | ASTM E1268 |
Wärmeleitfähigkeit | 13,2 W/m·K bei 100 °C | ASTM E1225 |
Elektrischer Widerstand | 0,95 µΩ·m bei 20 °C | ASTM B193 |
Thermische Ausdehnung | 13,0 µm/m·°C (20–400 °C) | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 425 J/kg·K bei 20 °C | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 210 GPa bei 20 °C | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (gegossen oder Auftragsschweißzustand)
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm |
|---|---|---|
Härte | 45–52 HRC | ASTM E18 |
Zugfestigkeit | 1050–1200 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2 %) | 580–680 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | 2,0–3,5 % | ASTM E8/E8M |
Fressbeständigkeit | Ausgezeichnet | ASTM G98 |
Betriebstemperatur | Bis zu 1050 °C | N/A |
Haupteigenschaften von Stellite SF12
Optimierte Verschleißfestigkeit mit verbesserter Schweißbarkeit: SF12 erreicht eine hohe Härte durch Karbidverteilung und behält gleichzeitig eine gute thermische Duktilität sowie geringere Eigenspannungen im Vergleich zu Stellite 12.
Thermische Stabilität unter Ermüdungsbedingungen: Beibehaltung von Härte und mechanischer Integrität auch nach wiederholten thermischen Zyklen, z. B. in Ventilen und Brennkammern.
Hervorragende Metall-auf-Metall-Gleitbeständigkeit: Geringe Reibung und kein adhäsiver Verschleiß bei Grenzschmierung oder Trockenlauf.
Korrosionsbeständigkeit in sauren und alkalischen Medien: Die chromreiche Matrix widersteht Oxidation, Korrosion und Dampferosion über ein breites pH-Spektrum.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Stellite SF12
Bearbeitungsherausforderungen
Hohe Härte und Karbiddichte
Während der Erstarrung gebildete Karbide reduzieren die Werkzeugstandzeit erheblich, insbesondere bei grober Zerspanung oder unterbrochenen Schnitten.
Geringe Wärmeleitfähigkeit
Schlechte Wärmeabfuhr führt zu lokaler thermischer Überlastung und beschleunigtem Verschleiß unbeschichteter Hartmetallwerkzeuge.
Kaltverfestigung
Verformungsbedingte Oberflächenverfestigung tritt schnell auf und verursacht Werkzeugablenkung, Vibrationen und reduzierte Oberflächengenauigkeit.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugmaterial | K40-Feinstkornhartmetall oder CBN/PCBN-Wendeschneidplatten | Hohe Beständigkeit gegen Karbidabrasion |
Beschichtung | TiAlN oder AlCrN (3–5 µm PVD) | Verbesserte Hitzebeständigkeit und Schmierwirkung |
Geometrie | Neutraler Spanwinkel mit 0,03–0,05 mm Schneidkantenverrundung | Erhöht die Schneidkantenstabilität und reduziert Ausbrüche |
Schnittparameter (ISO 3685-konform)
Operation | Geschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Schnitttiefe (mm) | Kühlmitteldruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 10–14 | 0,20–0,25 | 1,5–2,5 | 100–120 |
Schlichten | 16–22 | 0,05–0,10 | 0,3–1,0 | 120–150 |
Oberflächenbehandlung für bearbeitete Stellite-SF12-Bauteile
Heißisostatisches Pressen (HIP)
HIP verdichtet die innere Struktur, verbessert die Ermüdungsfestigkeit und beseitigt Mikroporen in gegossenen oder additiv gefertigten Komponenten.
Wärmebehandlung
Wärmebehandlung stabilisiert die Karbidverteilung und baut Eigenspannungen nach der Bearbeitung ab.
Superlegierungs-Schweißen
Superlegierungs-Schweißen erhält die mechanische Integrität und chemische Beständigkeit in hochverschleißbeanspruchten Fügestellen.
Thermische Barrierebeschichtung (TBC)
TBC-Beschichtung isoliert exponierte Bauteile gegen Flammen- oder Abgasströme mit Temperaturen über 950 °C.
Funkenerodieren (EDM)
EDM ermöglicht hochpräzise Bearbeitung von SF12-Auftragschichten oder hartbeschichteten Geometrien.
Tieflochbohren
Tieflochbohren eignet sich für kritische Öl- oder Dampfkanäle mit L/D > 20:1 und hohen Rundheitsanforderungen.
Materialprüfung und -analyse
Materialprüfung umfasst Karbidanalyse, XRD-Phasenverifikation, Rockwell-Härtemapping und Ultraschall-Fehlerprüfung.
Industrielle Anwendungen von Stellite-SF12-Komponenten
Regelventile und Regler
Sitze, Spindeln und Kegel arbeiten unter Kavitation, Hochgeschwindigkeitserosion und thermischem Schock.
Luft- und Raumfahrt-Brennkammer-Systeme
Turbinenabschirmungen, Verschleißpads und Schaufelkanten sind oxidierenden Gasströmen und abrasiven Partikeln ausgesetzt.
Chemische und dampfbasierte Prozessanlagen
Pumpenhülsen, Laufräder und Rückplatten in niedrigem pH-Wert oder hochsalinen Medien unter rotierendem Verschleiß.
Öl- und Gas-Feldausrüstung
Bohrlochwerkzeuge, Ventilinnenteile und Bohrmeißel widerstehen Stößen, Sanderosion und chemischer Belastung.
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