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Stellite 31

Stellite 31 es una aleación a base de cobalto con alto contenido de carbono y cromo, diseñada para componentes mecanizados por CNC expuestos a desgaste extremo, altas temperaturas y ataques químicos. Ofrece alta dureza, fiabilidad estructural y excelente resistencia a la corrosión para aplicaciones críticas.

Introducción a Stellite 31

Stellite 31 es una aleación a base de cobalto resistente al desgaste, conocida por su rendimiento excepcional en entornos de alta temperatura, alta carga y alta corrosión. Presenta un alto contenido de carbono y cromo, con un volumen significativo de carburos complejos, lo que aporta una dureza sobresaliente, estabilidad térmica y gran resistencia al deslizamiento metal-metal. En comparación con otras aleaciones Stellite, Stellite 31 ofrece una resistencia superior al desgaste abrasivo y mantiene su resistencia mecánica a temperaturas elevadas de hasta 1100°C.

Esta aleación suele producirse por fundición, procesado HIP o como recargue duro (hardfacing) y posteriormente se termina con precisión mediante mecanizado CNC avanzado para cumplir tolerancias críticas. Stellite 31 se utiliza habitualmente en las industrias aeroespacial, petróleo y gas, nuclear y de procesamiento químico para trims de válvulas, anillos de asiento, componentes de bombas y otras aplicaciones de alto desgaste y alta temperatura.

Propiedades químicas, físicas y mecánicas de Stellite 31

Stellite 31 (UNS R30031 / familia basada en ASTM F75) está diseñada para una resistencia extrema a la abrasión y al calor, con un alto contenido de carburos dentro de una matriz de solución sólida de cobalto-cromo.

Composición química (típica)

Elemento	Rango de composición (en peso %)	Función clave
Cobalto (Co)	Balance (≥50.0)	Matriz base para estabilidad térmica y resistencia a la corrosión
Cromo (Cr)	25.0–28.0	Mejora la resistencia a la oxidación y a la corrosión
Carbono (C)	2.4–3.0	Favorece la formación de carburos de alto volumen para resistencia al desgaste
Tungsteno (W)	5.0–7.0	Forma carburos ricos en W para dureza y protección frente al desgaste en caliente
Níquel (Ni)	≤3.0	Mejora la ductilidad y la soldabilidad de la aleación
Hierro (Fe)	≤3.0	Elemento residual
Silicio (Si)	≤1.2	Ayuda a la colabilidad y a la resistencia a la oxidación térmica
Manganeso (Mn)	≤1.0	Mejora la trabajabilidad en caliente y el control estructural

Propiedades físicas

Propiedad	Valor (típico)	Norma/condición de ensayo
Densidad	8.65 g/cm³	ASTM B311
Rango de fusión	1320–1400°C	ASTM E1268
Conductividad térmica	13.5 W/m·K a 100°C	ASTM E1225
Resistividad eléctrica	0.94 µΩ·m a 20°C	ASTM B193
Expansión térmica	13.1 µm/m·°C (20–400°C)	ASTM E228
Capacidad calorífica específica	420 J/kg·K a 20°C	ASTM E1269
Módulo elástico	215 GPa a 20°C	ASTM E111

Propiedades mecánicas (fundido o tratado por HIP)

Propiedad	Valor (típico)	Norma de ensayo
Dureza	50–58 HRC	ASTM E18
Resistencia a la tracción	1100–1250 MPa	ASTM E8/E8M
Límite elástico (0,2%)	600–750 MPa	ASTM E8/E8M
Elongación	1.0–2.0%	ASTM E8/E8M
Resistencia al desgaste	>4× vs. 316 SS (ASTM G65)	ASTM G65
Temperatura de operación	Hasta 1100°C	N/A

Características clave de Stellite 31

Resistencia extrema a la abrasión: El alto contenido de carburos (~30–35% en volumen) proporciona una resistencia excepcional al desgaste bajo altas tensiones y deslizamiento en seco.
Rendimiento a alta temperatura: Mantiene la dureza y la integridad estructural a temperaturas sostenidas de hasta 1100°C.
Excelente resistencia al agarrotamiento (galling) y a la fricción: Ideal para aplicaciones metal-metal con lubricación limitada, como combinaciones de asiento y vástago de válvula.
Resistencia química y a la oxidación: Funciona de forma fiable en ácidos, vapor, gases de combustión y ambientes de alta salinidad.

Retos y soluciones de mecanizado CNC para Stellite 31

Retos de mecanizado

Desgaste rápido de la herramienta

La microestructura de carburos complejos causa una abrasión intensa sobre las herramientas de corte, especialmente en operaciones de contacto continuo.

Altas fuerzas de corte

Requiere mayor potencia y rigidez de máquina debido a la alta resistencia a tracción de la aleación y su limitada ductilidad.

Riesgo de fisuración superficial

La generación excesiva de calor y la baja conductividad térmica pueden provocar microgrietas superficiales o desconchados en aristas durante el corte en seco o con refrigeración insuficiente.

Estrategias de mecanizado optimizadas

Selección de herramientas

Parámetro	Recomendación	Justificación
Material de la herramienta	Carburo ultrafino (K40) o cerámica (SiAlON) para desbaste; CBN para acabado	Aporta resistencia al desgaste bajo cargas extremas
Recubrimiento	AlTiN o TiAlCrN (PVD, 3–5 µm)	Protege frente al calor y la fricción
Geometría	Desprendimiento negativo, radio de filo bruñido 0.05 mm	Evita desgaste del filo y fallos de herramienta

Parámetros de corte (cumplimiento ISO 3685)

Operación	Velocidad (m/min)	Avance (mm/rev)	Profundidad de corte (mm)	Presión de refrigerante (bar)
Desbaste	8–12	0.20–0.30	1.5–2.0	100–120
Acabado	16–20	0.05–0.10	0.3–0.8	120–150

Tratamiento superficial para piezas mecanizadas de Stellite 31

Prensado isostático en caliente (HIP)

El HIP elimina la porosidad interna y mejora la resistencia a fatiga y la consistencia dimensional en piezas fundidas o impresas en 3D.

Tratamiento térmico

El tratamiento térmico mejora la uniformidad de carburos y la estabilidad microestructural, incrementando la resistencia al desgaste después del mecanizado.

Soldadura de superaleaciones

La soldadura de superaleaciones con material de aporte compatible mantiene la resistencia al desgaste y a la oxidación en zonas de unión de alta temperatura.

Recubrimiento de barrera térmica (TBC)

El recubrimiento TBC proporciona un blindaje térmico adicional para piezas expuestas a gases de combustión por encima de 1000°C.

Mecanizado por descarga eléctrica (EDM)

El EDM permite trabajos de alta precisión en secciones endurecidas sin deformación mecánica.

Taladrado profundo

El taladrado profundo ofrece canales e internos de tolerancia estricta en componentes de bombas y válvulas.

Ensayos y análisis de materiales

Los ensayos de materiales incluyen perfilado de dureza, pruebas de desgaste G65, metalografía y detección ultrasónica de defectos.

Aplicaciones industriales de componentes de Stellite 31

Equipos de petróleo y gas

Asientos de válvula, válvulas de bola y herramientas de fondo (downhole) expuestas a arena, salmueras y ciclos de presión.

Turbomaquinaria aeroespacial

Anillos de sellado, bandas de desgaste y álabes guía que requieren larga vida útil al desgaste y resistencia a la oxidación a altas altitudes y temperaturas.