Stellite 4
Introducción a Stellite 4
Stellite 4 es una aleación de cobalto-cromo-tungsteno desarrollada para aplicaciones que requieren excelente resistencia al desgaste, resistencia al agarrotamiento (galling) y resistencia a la corrosión bajo cargas elevadas y condiciones térmicas moderadas. Situada entre Stellite 1 y Stellite 6 en cuanto a dureza y tenacidad, ofrece un equilibrio entre maquinabilidad y durabilidad.
Stellite 4 se utiliza ampliamente en piezas mecanizadas por CNC expuestas al deslizamiento metal con metal, al desgaste por fretting y a entornos de impacto moderado. Su microestructura consiste en una matriz de cobalto tenaz reforzada con fases de carburo duro, lo que la hace adecuada tanto para servicio en estado colado como para servicio posterior al mecanizado en los sectores aeroespacial, energético, marino y de petróleo y gas.
Propiedades químicas, físicas y mecánicas de Stellite 4
Stellite 4 (UNS R30004 / AMS 5387 / grupo ISO 5832-4) es una aleación de cobalto de carbono medio diseñada para resistir el desgaste y la corrosión en entornos de alta presión, corrosivos y con carga térmica moderada.
Composición química (típica)
Elemento | Rango de composición (en peso %) | Función clave |
|---|---|---|
Cobalto (Co) | Balance (≥50.0) | Elemento base para dureza en caliente y resistencia a la corrosión |
Cromo (Cr) | 28.0–32.0 | Aporta resistencia a la oxidación y a ataques químicos |
Tungsteno (W) | 12.0–15.0 | Mejora la resistencia al desgaste y a la abrasión |
Carbono (C) | 1.5–2.0 | Forma carburos para aumentar la dureza |
Níquel (Ni) | ≤3.0 | Aumenta la ductilidad |
Hierro (Fe) | ≤3.0 | Elemento residual menor |
Silicio (Si) | ≤1.2 | Mejora las características de colada |
Manganeso (Mn) | ≤1.0 | Ayuda a la trabajabilidad en caliente |
Propiedades físicas
Propiedad | Valor (típico) | Norma/condición de ensayo |
|---|---|---|
Densidad | 8.75 g/cm³ | ASTM B311 |
Rango de fusión | 1260–1345°C | ASTM E1268 |
Conductividad térmica | 12.0 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividad eléctrica | 0.95 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 (en estado colado o HIP + tratamiento térmico)
Propiedad | Valor (típico) | Norma de ensayo |
|---|---|---|
Dureza | 43–48 HRC (colado) / hasta 50 HRC (tratado por HIP) | ASTM E18 |
Resistencia a la tracción | 950–1150 MPa | ASTM E8/E8M |
Límite elástico (0,2%) | 550–700 MPa | ASTM E8/E8M |
Elongación | 1.5–3.5% | ASTM E8/E8M |
Índice de resistencia al desgaste | >2× el acero inoxidable 316 | ASTM G65 |
Características clave de Stellite 4
Equilibrio entre resistencia al desgaste y tenacidad: Ofrece alta protección frente al desgaste sin la fragilidad de los grados Stellite más duros, lo que lo hace ideal para contacto deslizante y componentes propensos a impactos.
Dureza moderada con buena maquinabilidad: Más fácil de mecanizar que Stellite 1 o 3, manteniendo una durabilidad superficial superior.
Resistencia a la corrosión: Resistente a entornos ácidos, salinos y oxidantes hasta 900°C, lo que lo hace adecuado para componentes internos de válvulas y bombas.
Estabilidad dimensional: Mantiene la integridad estructural y tolerancias ajustadas en piezas expuestas a presión, fricción y calor moderado.
Retos y soluciones de mecanizado CNC para Stellite 4
Retos de mecanizado
Desgaste abrasivo en herramientas
El volumen moderado de carburos sigue provocando desgaste de flanco en herramientas sin recubrimiento o mal seleccionadas.
Filo recrecido (BUE) y embadurnamiento
Un refrigerante insuficiente o un ángulo de desprendimiento inadecuado puede causar adhesión, reduciendo el acabado superficial y el control de tolerancias.
Generación de calor
La baja conductividad térmica concentra el calor en la interfaz de corte, lo que provoca degradación del filo de la herramienta.
Estrategias de mecanizado optimizadas
Selección de herramientas
Parámetro | Recomendación | Justificación |
|---|---|---|
Material de la herramienta | Carburo recubierto por PVD (K20–K30) o CBN para acabado | Soporta el desgaste abrasivo y mantiene la integridad del filo |
Recubrimiento | TiAlN o AlCrN (3–5 µm) | Reduce el calor y la fricción |
Geometría | Desprendimiento positivo a neutro (5° a 0°), filo redondeado 0,03 mm | Controla la fuerza de corte y evita el astillado |
Parámetros de corte (ISO 3685)
Operación | Velocidad (m/min) | Avance (mm/rev) | Profundidad de corte (mm) | Presión de refrigerante (bar) |
|---|---|---|---|---|
Desbaste | 10–18 | 0.20–0.30 | 2.0–3.0 | 100–120 |
Acabado | 20–28 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 120–150 |
Tratamiento superficial para piezas de Stellite 4 mecanizadas
Prensado isostático en caliente (HIP)
HIP a 1150°C y 150 MPa refina la microestructura, reduciendo la porosidad y mejorando la resistencia a la fatiga y al desgaste.
Tratamiento térmico
El tratamiento térmico puede utilizarse después del mecanizado para aliviar tensiones residuales y estabilizar los carburos.
Soldadura de superaleaciones
La soldadura de superaleaciones permite recargues sin grietas mediante métodos TIG o PTA con precalentamiento y temperatura entre pasadas controlada.
Recubrimiento de barrera térmica (TBC)
El recubrimiento TBC protege piezas expuestas a la erosión por gases calientes en sistemas de alta velocidad y alta temperatura.
Mecanizado por descarga eléctrica (EDM)
El EDM se recomienda para el acabado de piezas de Stellite 4 endurecidas con tolerancias ±0.005 mm y Ra <0.6 µm.
Taladrado profundo
El taladrado profundo es ideal para fabricar características de orificio resistentes al desgaste en jaulas y camisas de válvula.
Ensayos y análisis de materiales
Los ensayos de materiales incluyen pruebas de dureza, simulación de desgaste (ASTM G65) y mapeo metalográfico de carburos.
Aplicaciones industriales de componentes de Stellite 4
Asientos y vástagos de válvula
Piezas mecanizadas por CNC para componentes internos de válvulas de alta presión que operan en servicios corrosivos y erosivos.
Petróleo y gas
Orificios, camisas y trim de válvulas de estrangulación expuestos a flujo con lodos, fluidos con arena o estrangulamiento de gas.
Ingeniería marina
Camisas de eje, componentes de bomba y bujes resistentes a la bioincrustación y a la erosión por agua salada.
Energía y generación eléctrica
Zapatas deslizantes y anillos de desgaste en turbinas de vapor y sistemas con ciclos térmicos.
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