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Stellite 12

Un alliage cobalt-chrome-tungstène à haute dureté, conçu pour résister à l’usure thermique et abrasive. Le Stellite 12 est idéal pour les composants usinés CNC nécessitant une excellente tenue des arêtes, des performances à haute température et une grande précision dimensionnelle en conditions extrêmes.

Introduction à Stellite 12

Stellite 12 est un alliage à base de cobalt, résistant à l’usure, conçu pour fonctionner dans des conditions mécaniques et thermiques extrêmes. Grâce à un équilibre unique entre dureté élevée, tenue du tranchant et résistance modérée aux chocs, il convient idéalement aux composants exposés à une abrasion sévère, à un frottement à haute température et à des attaques chimiques. Positionné entre le Stellite 1 (extrêmement dur mais fragile) et le Stellite 6 (ductile mais moins résistant à l’usure), le Stellite 12 offre une solution optimale pour les applications exigeant à la fois durabilité et stabilité dimensionnelle.

Généralement appliqué par moulage, métallurgie des poudres ou rechargements (hardfacing), le Stellite 12 est ensuite fini avec précision via des procédés avancés d’usinage CNC. L’alliage est fréquemment utilisé pour les outils de coupe, sièges de vannes, filières d’extrusion à chaud et composants d’étanchéité aérospatiaux, notamment lorsque l’usure par glissement et la fatigue thermique sont des facteurs de performance critiques. Sa capacité à conserver son intégrité structurelle et de surface à des températures proches de 850°C en fait un choix privilégié pour les ingénieurs et les acheteurs des secteurs de l’aéronautique, du pétrole & gaz, de la production d’énergie et du traitement thermique.

Propriétés chimiques, physiques et mécaniques de Stellite 12

Stellite 12 (UNS R30012 / AMS 5387 / famille ISO 5832-4) présente une excellente stabilité dimensionnelle, une résistance au grippage et de très bonnes performances d’usure thermique dans des conditions de service sévères.

Composition chimique (typique)

Élément	Plage de composition (en % masse)	Rôle clé
Cobalt (Co)	Équilibre (≥50,0)	Apporte la résistance mécanique à haute température et la résistance à la corrosion
Chrome (Cr)	28,0–32,0	Améliore la résistance à l’oxydation et à la corrosion aqueuse
Tungstène (W)	8,0–10,0	Forme des carbures durs pour la résistance à l’abrasion
Carbone (C)	1,4–1,9	Contrôle la teneur en carbures pour améliorer la résistance à l’usure des arêtes
Nickel (Ni)	≤3,0	Améliore la ténacité à la rupture et la soudabilité
Fer (Fe)	≤3,0	Élément résiduel à l’état de trace
Silicium (Si)	≤1,2	Améliore la fluidité de coulée et la propreté métallurgique
Manganèse (Mn)	≤1,0	Améliore la ductilité à chaud lors de la solidification

Propriétés physiques

Propriété	Valeur (typique)	Norme/condition d’essai
Densité	8,70 g/cm³	ASTM B311
Plage de fusion	1275–1350°C	ASTM E1268
Conductivité thermique	12,5 W/m·K à 100°C	ASTM E1225
Résistivité électrique	0,96 µΩ·m à 20°C	ASTM B193
Dilatation thermique	12,7 µm/m·°C (20–400°C)	ASTM E228
Capacité calorifique massique	420 J/kg·K à 20°C	ASTM E1269
Module d’élasticité	210 GPa à 20°C	ASTM E111

Propriétés mécaniques (à l’état coulé ou HIP + traitement thermique)

Propriété	Valeur (typique)	Norme d’essai
Dureté	45–50 HRC (à l’état coulé) / jusqu’à 52 HRC (traité HIP)	ASTM E18
Résistance à la traction	950–1150 MPa	ASTM E8/E8M
Limite d’élasticité (0,2%)	500–650 MPa	ASTM E8/E8M
Allongement	1,0–2,0%	ASTM E8/E8M
Résistance à l’abrasion	>3× supérieure à l’inox 316 (sable sec/roue caoutchouc)	ASTM G65
Température de service	Jusqu’à 850°C (intermittent)	N/A

Caractéristiques clés de Stellite 12

Résistance supérieure à l’abrasion : La forte teneur en carbures de tungstène (20–30% en volume) offre d’excellentes performances en boues abrasives, fluides chargés de sable ou scénarios d’usure par contact.
Dureté à chaud : Conserve l’intégrité structurelle et une dureté de surface élevée à des températures proches de 850°C, surpassant la plupart des aciers à outils et des alliages inox austénitiques.
Résistance à la corrosion : Résiste aux environnements acides et oxydants ; résiste à la corrosion sous contrainte induite par les chlorures et au piqûrage.
Stabilité dimensionnelle : Excellente résistance aux déformations thermiques, avec un fluage et une dilatation minimaux en service cyclique.

Défis et solutions d’usinage CNC pour Stellite 12

Défis d’usinage

Taux d’usure d’outil élevés

Le réseau de carbures abrasifs accélère l’usure en dépouille et en cratère des outils carbure conventionnels. Un outillage inadapté entraîne une dérive des tolérances et un mauvais état de surface.

Comportement fragile

Le faible allongement augmente le risque de micro-ébréchures ou d’éclatement d’arête lors d’engagements agressifs, en particulier sur des sections à parois minces.

Gestion thermique

La faible conductivité thermique provoque une accumulation de chaleur à l’interface outil-copeau, augmentant le risque d’écrouissage et de microfissures en surface.

Stratégies d’usinage optimisées

Choix de l’outil

Paramètre	Recommandation	Justification
Matériau de l’outil	Carbure à grains ultrafins (K30–K40) ou CBN pour le semi-finition	Résiste à l’abrasion extrême tout en maintenant la stabilité de l’arête
Revêtement	Revêtements PVD AlTiN ou TiSiN (épaisseur : 3–5 µm)	La barrière thermique réduit le transfert de chaleur et le frottement
Géométrie	Angle de coupe neutre, rayon d’arête arrondi 0,03–0,05 mm	Résiste à l’ébréchure et maintient l’intégrité de l’arête

Paramètres de coupe (conformes ISO 3685)

Opération	Vitesse (m/min)	Avance (mm/tr)	Profondeur de passe (mm)	Pression de lubrifiant (bar)
Ébauche	8–14	0,15–0,25	1,5–2,5	100–120
Finition	18–25	0,05–0,10	0,5–1,0	120–150

Traitements de surface pour les pièces en Stellite 12 usinées

Pressage isostatique à chaud (HIP)

HIP à 1150–1200°C et 100–150 MPa élimine la porosité des composants moulés ou issus de la métallurgie des poudres, améliorant la résistance à la fatigue et l’uniformité de la répartition des carbures.

Traitement thermique

Traitement thermique optimise la dureté et détend les contraintes résiduelles après ébauche ou soudage. Des cycles de vieillissement peuvent améliorer les performances d’usure.

Soudage de superalliages

Soudage de superalliages via rechargements TIG ou PTA avec métal d’apport Stellite 12 correspondant préserve la résistance à l’usure et à l’oxydation au niveau des assemblages.

Revêtement barrière thermique (TBC)

Revêtement TBC est recommandé pour les pièces fonctionnant au-delà de 800°C, telles que les sièges de vannes, inserts de buses et limiteurs d’écoulement de turbine.

Usinage par électroérosion (EDM)

EDM atteint des tolérances inférieures à 10 µm et des finitions miroir (Ra <0,5 µm) sur des composants durcis.

Perçage profond

Perçage profond s’applique aux orifices, ouvertures de régulation (throttle) et canaux de guidage de sièges avec des rapports profondeur/diamètre >20:1.

Essais et analyse des matériaux

Essais matériaux incluent la dureté ASTM E18, l’usure par abrasion ASTM G65, l’analyse microstructurale et les contrôles non destructifs (UT/PT/RT).

Applications industrielles des composants en Stellite 12

Outils de coupe rotatifs et fixes

Lames de couteaux, matrices de cisaillement et lames de débroussailleuse (bush hog) bénéficient d’une longue durée de vie du tranchant et d’une déformation minimale sous chaleur et impact.