Stellite 1
Introducción a Stellite 1
Stellite 1 es una aleación de cobalto-cromo-tungsteno conocida por su sobresaliente resistencia al desgaste, alta dureza y excelente resistencia a la corrosión y a la oxidación a temperaturas elevadas. Forma parte de la familia de aleaciones Stellite y está diseñada para entornos de servicio severo donde el desgaste mecánico y la estabilidad térmica son críticos. Stellite 1 destaca por su resistencia superior al contacto metal-metal, al agarrotamiento (galling), a la erosión y a la fatiga térmica. Es muy adecuada para recargue duro (hardfacing) y componentes mecanizados por CNC expuestos a desgaste extremo.
Esta aleación se utiliza ampliamente en industrias que requieren superficies de alto rendimiento, incluyendo aeroespacial, petróleo y gas, generación de energía y fabricación de válvulas. Las piezas mecanizadas por CNC en Stellite 1 suelen incluir asientos de válvula, émbolos de bomba, herramientas de corte y rodamientos para entornos corrosivos y abrasivos.
Propiedades químicas, físicas y mecánicas de Stellite 1
Stellite 1 (UNS R30001 / AMS 5385 / familia base ASTM F75) es una aleación de cobalto colada o trabajada (wrought) con resistencia excepcional al desgaste y alta resistencia mecánica, incluso a temperaturas superiores a 800°C.
Composición química (típica)
Elemento | Rango de composición (p.% en peso) | Función clave |
|---|---|---|
Cobalto (Co) | Balance (≥55.0) | Elemento de matriz que aporta resistencia a alta temperatura |
Cromo (Cr) | 28.0–32.0 | Mejora la resistencia a la corrosión y a la oxidación |
Tungsteno (W) | 11.0–14.0 | Aumenta la dureza en caliente y la resistencia al desgaste |
Carbono (C) | 2.4–3.0 | Forma carburos para resistencia extrema a la abrasión |
Níquel (Ni) | ≤3.0 | Mejora la tenacidad |
Hierro (Fe) | ≤3.0 | Control de impurezas |
Silicio (Si) | ≤1.2 | Mejora la colabilidad |
Manganeso (Mn) | ≤1.0 | Estabiliza la estructura durante la solidificación |
Propiedades físicas
Propiedad | Valor (típico) | Norma/condición de ensayo |
|---|---|---|
Densidad | 8.70 g/cm³ | ASTM B311 |
Rango de fusión | 1260–1350°C | ASTM E1268 |
Conductividad térmica | 13.0 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividad eléctrica | 0.94 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansión térmica | 12.6 µm/m·°C (20–400°C) | ASTM E228 |
Capacidad calorífica específica | 410 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo elástico | 210 GPa a 20°C | ASTM E111 |
Propiedades mecánicas (colado o HIP + tratado térmicamente)
Propiedad | Valor (típico) | Norma de ensayo |
|---|---|---|
Dureza | 47–53 HRC (colado) / hasta 55 HRC (tratado por HIP) | ASTM E18 |
Resistencia a la tracción | 1000–1200 MPa | ASTM E8/E8M |
Límite elástico (0.2%) | 580–720 MPa | ASTM E8/E8M |
Elongación | 1–3% (ductilidad baja típica) | ASTM E8/E8M |
Índice de resistencia al desgaste | >2.5× acero inoxidable 316 | ASTM G65 |
Características clave de Stellite 1
Resistencia sobresaliente al desgaste y al agarrotamiento: Excelente en contacto metal-metal, erosión y desgaste abrasivo—ideal para componentes como internos de válvulas (trim) y casquillos de bomba.
Alta dureza: Mantiene ≥47 HRC incluso a temperaturas elevadas (hasta 800°C), conservando estabilidad dimensional bajo ciclos térmicos.
Resistencia a la oxidación y a la corrosión: Excelente desempeño en medios ácidos y ricos en cloruros; resiste oxidación hasta 1100°C en aire.
Tolerancia al choque térmico: Adecuada para aplicaciones con calentamiento/enfriamiento repetidos, como válvulas de vapor y herramientas de corte de alta velocidad.
Desafíos y soluciones de mecanizado CNC para Stellite 1
Desafíos de mecanizado
Alta dureza y contenido de carburos
Carburos abrasivos (p. ej., Cr₇C₃, W₆C) en la matriz reducen la vida de herramienta y provocan desgaste rápido del flanco.
Baja ductilidad
Tiende a astillarse o agrietarse durante el mecanizado si las fuerzas de corte no se controlan cuidadosamente.
Filo recrecido (BUE)
Tendencia del material a adherirse a la herramienta con lubricación insuficiente o geometría de herramienta incorrecta.
Estrategias de mecanizado optimizadas
Selección de herramientas
Parámetro | Recomendación | Justificación |
|---|---|---|
Material de herramienta | Insertos de CBN o carburo con recubrimiento PVD (K30–K40) | Soporta la abrasión causada por carburos |
Recubrimiento | TiAlN o AlCrN (3–5 µm) | Reduce acumulación de calor y desgaste |
Geometría | Desprendimiento neutro a ligeramente negativo (-5° a 5°), filo bruñido (0.02–0.05 mm) | Evita astillado y fractura de la herramienta |
Parámetros de corte (ISO 3685)
Operación | Velocidad (m/min) | Avance (mm/rev) | DOC (mm) | Presión de refrigerante (bar) |
|---|---|---|---|---|
Desbaste | 10–15 | 0.15–0.25 | 1.5–2.5 | 80–100 |
Acabado | 20–25 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 100–120 |
Tratamiento superficial para piezas mecanizadas en Stellite 1
Prensado isostático en caliente (HIP)
HIP a 1150°C y 100–200 MPa mejora la densidad y la vida al desgaste de piezas Stellite 1 coladas o fabricadas por AM.
Tratamiento térmico
Tratamiento térmico optimiza la distribución de carburos para una dureza y resistencia al desgaste uniformes.
Soldadura de superaleaciones
Soldadura de superaleaciones mediante técnicas GTAW de bajo aporte térmico permite recargues Stellite y uniones sin fisuración ni pérdida de dureza.
Recubrimiento barrera térmica (TBC)
Recubrimiento TBC incrementa la vida útil en piezas expuestas a fatiga térmica en turbinas, válvulas y herramientas de corte.
Mecanizado por descarga eléctrica (EDM)
EDM es esencial para tolerancias estrictas en piezas endurecidas, ofreciendo precisión hasta ±0.005 mm y Ra <0.5 µm.
Taladrado profundo
Taladrado profundo asegura alineación recta del taladro y paredes lisas en piezas críticas al desgaste como camisas y orificios.
Ensayos y análisis de materiales
Ensayos de materiales incluyen análisis metalográfico de carburos, dureza ASTM E18 y validación del desempeño al desgaste.
Aplicaciones industriales de componentes de Stellite 1
Válvulas y control de flujo
Asientos, vástagos y jaulas para válvulas de vapor, petroquímicas y nucleares sometidas a alto desgaste y erosión.
Petróleo y gas
Componentes de brocas, restrictoras de flujo y boquillas resistentes a la erosión expuestas a lodos y medios cargados de arena.
Aeroespacial
Anillos de rozamiento, álabes y “wear pads” para motores a reacción que operan a 800–1000°C con erosión por flujo de aire a alta velocidad.
Herramientas de corte industriales
Recargues duros y plaquitas de corte donde la fatiga térmica y el contacto metal-metal degradan aleaciones más blandas.
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