Stellite F
Introducción a Stellite F
Stellite F es una aleación a base de cobalto de colada, diseñada específicamente para aplicaciones de alta resistencia y alta temperatura que requieren resistencia al agarrotamiento (galling), estabilidad frente a fatiga térmica y buen desempeño frente a la corrosión. Se utiliza comúnmente en componentes de alta velocidad como rotores de válvulas, sellos y piezas de turbinas de vapor, donde la exposición a ciclos térmicos, desgaste por fricción y medios de proceso agresivos es continua y severa.
Stellite F presenta buena trabajabilidad y uniformidad mecánica como material híbrido de colada-proceso, lo que lo hace ideal para el posprocesado mediante mecanizado CNC avanzado. Mantiene la dureza hasta 1000°C y ofrece un rendimiento excepcional en contacto deslizante metal-metal, especialmente en aplicaciones rotativas o de sellado.
Propiedades químicas, físicas y mecánicas de Stellite F
Stellite F (UNS R30665) se caracteriza por un contenido moderado de carbono con una matriz bien equilibrada de cromo y tungsteno, ofreciendo alta resistencia al agarrotamiento, a la oxidación y al impacto bajo temperatura.
Composición química (típica)
Elemento | Rango de composición (en peso %) | Función clave |
|---|---|---|
Cobalto (Co) | Balance (≥50.0) | Matriz para resistencia a alta temperatura y resistencia a la corrosión |
Cromo (Cr) | 25.0–28.0 | Mejora la resistencia a la oxidación y forma capas protectoras en superficie |
Tungsteno (W) | 4.5–6.5 | Forma fases de carburos duros para protección frente al desgaste |
Carbono (C) | 0.9–1.2 | Controla el volumen de carburos para resistencia y dureza |
Hierro (Fe) | ≤3.0 | Elemento residual |
Níquel (Ni) | ≤2.5 | Mejora la ductilidad y las propiedades de colada |
Silicio (Si) | ≤1.2 | Ayuda a la resistencia a la oxidación y al flujo en colada |
Manganeso (Mn) | ≤1.0 | Mejora la ductilidad en caliente y la integridad microestructural |
Propiedades físicas
Propiedad | Valor (típico) | Norma/condición de ensayo |
|---|---|---|
Densidad | 8.7 g/cm³ | ASTM B311 |
Rango de fusión | 1300–1385°C | ASTM E1268 |
Conductividad térmica | 13.0 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividad eléctrica | 0.96 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansión térmica | 12.8 µm/m·°C (20–400°C) | ASTM E228 |
Capacidad calorífica específica | 420 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo elástico | 210 GPa a 20°C | ASTM E111 |
Propiedades mecánicas (fundido o tratado por HIP)
Propiedad | Valor (típico) | Norma de ensayo |
|---|---|---|
Dureza | 40–47 HRC (fundido) / hasta 50 HRC (HIP) | ASTM E18 |
Resistencia a la tracción | 980–1100 MPa | ASTM E8/E8M |
Límite elástico (0,2%) | 520–640 MPa | ASTM E8/E8M |
Elongación | 3.0–4.0% | ASTM E8/E8M |
Resistencia al agarrotamiento (galling) | Excelente | ASTM G98 |
Temperatura de operación | Hasta 1000°C | N/A |
Características clave de Stellite F
Alta resistencia al agarrotamiento y al desgaste: Diseñado para contacto deslizante bajo presión, Stellite F resiste la adhesión y la transferencia de material en condiciones secas y lubricadas.
Resistencia a la fatiga térmica: Funciona bien bajo ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento, con mínima deriva dimensional o daño superficial.
Resistencia a la corrosión y a la oxidación: Eficaz frente a ambientes de proceso ácidos y oxidantes, incluyendo vapor a alta presión y gases de combustión.
Resistencia a impacto y cavitación: Soporta esfuerzos cíclicos y fuerzas de cavitación en sistemas rotativos de alta velocidad como bombas y turbinas.
Retos y soluciones de mecanizado CNC para Stellite F
Retos de mecanizado
Agarrotamiento durante el contacto de la herramienta
Debido a sus propiedades de resistencia a la adhesión, las herramientas pueden experimentar más rozamiento que cizallamiento, lo que provoca vibración (chatter) o formación de filo recrecido.
Baja conductividad térmica
El calor generado durante el corte se acumula en la punta de la herramienta, aumentando el riesgo de microgrietas o degradación térmica de insertos de carburo.
Red abrasiva de carburos
El contenido moderado de carburos desgasta las herramientas de forma agresiva, especialmente en desbaste o cortes interrumpidos.
Estrategias de mecanizado optimizadas
Selección de herramientas
Parámetro | Recomendación | Justificación |
|---|---|---|
Material de la herramienta | Carburo grado K30 o insertos de CBN | Equilibrio entre dureza y tenacidad a la fractura |
Recubrimiento | AlCrN o TiSiN (PVD 3–5 µm) | Protección térmica y menor fricción |
Geometría | Ángulo de desprendimiento neutro con bruñido del filo de 0.05 mm | Mejora la integridad del corte y reduce el astillado del filo |
Parámetros de corte (cumplimiento ISO 3685)
Operación | Velocidad (m/min) | Avance (mm/rev) | Profundidad de corte (mm) | Presión de refrigerante (bar) |
|---|---|---|---|---|
Desbaste | 10–14 | 0.20–0.30 | 1.5–2.0 | 100–120 |
Acabado | 18–22 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 120–150 |
Tratamiento superficial para piezas mecanizadas de Stellite F
Prensado isostático en caliente (HIP)
El HIP mejora la resistencia a fatiga y a fluencia (creep) y elimina la porosidad interna en piezas fundidas.
Tratamiento térmico
El tratamiento térmico estabiliza la estructura de carburos, alivia tensiones y mejora la uniformidad de dureza en las zonas mecanizadas.
Soldadura de superaleaciones
La soldadura de superaleaciones con materiales de aporte de química equivalente asegura la integridad de la unión en sistemas de alto desgaste o corrosivos.
Recubrimiento de barrera térmica (TBC)
El recubrimiento TBC aporta aislamiento adicional para superficies que operan en flujos de gas caliente por encima de 950°C.
Mecanizado por descarga eléctrica (EDM)
El EDM es ideal para lograr tolerancias de ±0.01 mm en características de válvulas, orificios y contornos complejos.
Taladrado profundo
El taladrado profundo permite fabricar taladros profundos o canales de refrigeración sin comprometer la estabilidad estructural.
Ensayos y análisis de materiales
Los ensayos de materiales incluyen pruebas de dureza, validación microestructural, ensayos de resistencia al agarrotamiento y ensayos no destructivos (UT, PT).
Aplicaciones industriales de componentes de Stellite F
Componentes para turbinas y plantas de vapor
Rotores de válvula, anillos deflectores y caras de asiento que operan a temperaturas extremas y altas velocidades de rotación.
Componentes de sellado a alta presión
Sellos deslizantes, camisas de bomba y uniones rotativas en los sectores químico, generación de energía y aeroespacial.
Equipos marinos y de desalinización
Carcasas de bombas, camisas de eje y placas de desgaste expuestas a salmuera, cavitación y fluctuación térmica.
Petróleo y gas
Internos de válvulas, anillos guía y herramientas de corte sometidos a erosión por arena, ataque químico y ciclos de presión.
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