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Stellite 21

Stellite 21 es una aleación de cobalto-cromo-molibdeno optimizada para resistencia al impacto, al agarrotamiento y a la corrosión. Es ideal para componentes mecanizados por CNC que requieren tenacidad, estabilidad térmica y buen desempeño en desgaste por deslizamiento en entornos críticos.

Introducción a Stellite 21

Stellite 21 es una aleación forjada a base de cobalto conocida por su excepcional tenacidad, resistencia a la corrosión y estabilidad mecánica a alta temperatura. A diferencia de otras calidades de Stellite que priorizan la dureza y la resistencia a la abrasión, Stellite 21 está diseñada para aplicaciones que requieren resistencia al desgaste, excelente comportamiento frente a impactos y rendimiento ante choque térmico. Su composición equilibrada de cobalto, cromo, níquel y molibdeno proporciona una excelente estabilidad metalúrgica y resistencia al agarrotamiento (galling), lo que la hace adecuada para contacto deslizante y choque mecánico.

Stellite 21 suele producirse mediante forja o colada y luego se acaba con precisión mediante técnicas avanzadas de mecanizado CNC. Se utiliza comúnmente en las industrias aeroespacial, nuclear, petroquímica y médica para componentes como asientos de válvula, camisas de motor, implantes articulares y herrajes de turbinas, especialmente cuando la estabilidad dimensional y el contacto metal-metal de baja fricción son esenciales.

Propiedades químicas, físicas y mecánicas de Stellite 21

Stellite 21 (UNS R30021 / AMS 5385 / ISO 5832-3) es una aleación de cobalto-cromo-molibdeno resistente a la corrosión y al desgaste, con mayor resistencia al impacto y a la fatiga térmica. Está disponible en formas forjada, colada y de metalurgia de polvos.

Composición química (típica)

Elemento	Rango de composición (en peso %)	Función clave
Cobalto (Co)	Balance (≥60.0)	Matriz base para corrosión, tenacidad y resistencia térmica
Cromo (Cr)	26.0–30.0	Mejora la resistencia a la oxidación y forma una capa protectora pasiva
Molibdeno (Mo)	5.0–6.0	Aumenta la resistencia a la corrosión por picadura y por rendija
Níquel (Ni)	2.0–4.0	Mejora la tenacidad y la soldabilidad
Carbono (C)	0.20–0.30	Forma carburos para resistencia al desgaste manteniendo la ductilidad
Hierro (Fe)	≤3.0	Elemento residual
Silicio (Si)	≤1.0	Mejora el acabado superficial y el flujo durante la colada
Manganeso (Mn)	≤1.0	Refina la estructura de grano y mejora la trabajabilidad en caliente

Propiedades físicas

Propiedad	Valor (típico)	Norma/condición de ensayo
Densidad	8.33 g/cm³	ASTM B311
Rango de fusión	1385–1435°C	ASTM E1268
Conductividad térmica	14.0 W/m·K a 100°C	ASTM E1225
Resistividad eléctrica	0.98 µΩ·m a 20°C	ASTM B193
Expansión térmica	13.4 µm/m·°C (20–400°C)	ASTM E228
Capacidad calorífica específica	430 J/kg·K a 20°C	ASTM E1269
Módulo elástico	210 GPa a 20°C	ASTM E111

Propiedades mecánicas (forjado o HIP + tratamiento térmico)

Propiedad	Valor (típico)	Norma de ensayo
Dureza	30–35 HRC (recocido) / 35–42 HRC (envejecido)	ASTM E18
Resistencia a la tracción	900–1100 MPa	ASTM E8/E8M
Límite elástico (0,2%)	400–600 MPa	ASTM E8/E8M
Elongación	8–15%	ASTM E8/E8M
Tenacidad al impacto	≥80 J (Charpy con entalla en V a temperatura ambiente)	ASTM E23
Resistencia al agarrotamiento (galling)	Excelente	ASTM G98

Características clave de Stellite 21

Alta tenacidad y resistencia a la fisuración: Superior a otras calidades de Stellite debido a su menor contenido de carbono, lo que permite resistir fatiga térmica, cargas de impacto y choques mecánicos.
Resistencia a la corrosión en medios con cloruros y ácidos: Excelente resistencia a la picadura y a la corrosión por rendija gracias a la sinergia entre molibdeno y cromo.
Buena resistencia al agarrotamiento: Se comporta bien en aplicaciones de contacto metal-metal bajo presión sin lubricación.
Estabilidad dimensional a alta temperatura: Opera de forma fiable hasta 850°C en entornos térmicos cíclicos, con mínima distorsión o degradación.

Retos y soluciones de mecanizado CNC para Stellite 21

Retos de mecanizado

Contenido moderado de carburos

Aunque es menos abrasivo que Stellite 6 o 12, el desgaste de herramienta sigue siendo un problema debido a los carburos distribuidos y a la tenacidad de la aleación.

Baja conductividad térmica

Provoca calentamiento localizado y riesgo de endurecimiento por deformación, especialmente en operaciones de acabado o durante compromisos prolongados de la herramienta.

Recuperación elástica y deflexión de la herramienta

El alto módulo y la resistencia pueden generar vibraciones (chatter) e inexactitudes dimensionales durante el desbaste y el mecanizado de perfiles.

Estrategias de mecanizado optimizadas

Selección de herramientas

Parámetro	Recomendación	Justificación
Material de la herramienta	Carburo con recubrimiento PVD (K20–K30) o CBN para acabado	Equilibra la resistencia al desgaste y la tenacidad
Recubrimiento	TiSiN o AlCrN (3–5 µm)	Reduce la temperatura de la herramienta y la fricción
Geometría	Desprendimiento neutro a ligeramente negativo, filo redondeado (0.03 mm)	Mejora la integridad del filo y el acabado superficial

Parámetros de corte (cumplimiento ISO 3685)

Operación	Velocidad (m/min)	Avance (mm/rev)	Profundidad de corte (mm)	Presión de refrigerante (bar)
Desbaste	12–18	0.15–0.25	1.5–2.5	100–120
Acabado	20–28	0.05–0.10	0.5–1.0	120–150

Tratamiento superficial para piezas mecanizadas de Stellite 21

Prensado isostático en caliente (HIP)

El HIP mejora la vida a fatiga y elimina la porosidad interna, especialmente importante para piezas coladas o impresas en 3D sometidas a cargas dinámicas.

Tratamiento térmico

El tratamiento térmico estabiliza la estructura de grano y mejora la dureza, al tiempo que alivia las tensiones residuales del mecanizado.

Soldadura de superaleaciones

La soldadura de superaleaciones usando material de aporte equivalente (varilla de Stellite 21) garantiza una alta integridad de la unión sin comprometer la resistencia a la corrosión o al desgaste.