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Stellite 20

Le Stellite 20 est un alliage à base de cobalt résistant à la corrosion et à l’usure, conçu pour des composants usinés CNC fonctionnant dans des environnements chimiquement agressifs et thermiquement sévères. Il offre une dureté élevée, une résistance à l’oxydation et une excellente stabilité thermique.

Introduction à Stellite 20

Stellite 20 est un matériau à base de cobalt, fortement allié, conçu pour des conditions de service sévères impliquant des températures élevées, des environnements corrosifs et de l’usure mécanique. Se distinguant par une teneur renforcée en chrome et en tungstène, ainsi que par l’ajout de nickel et de molybdène, Stellite 20 offre une résistance à la corrosion supérieure, en particulier dans des atmosphères oxydantes et sulfureuses. Il est également reconnu pour conserver sa stabilité structurelle et sa dureté jusqu’à 1000°C.

Stellite 20 est généralement moulé ou appliqué par rechargement (hardfacing), puis fini par un usinage CNC de précision. Il est largement utilisé dans les vannes industrielles, joints d’étanchéité pour gaz chauds, composants de pompes et pièces de fours fonctionnant dans des environnements chimiquement agressifs ou thermiquement instables. La combinaison d’une forte résistance à l’usure, d’une excellente tolérance à la corrosion et d’une résistance mécanique à haute température en fait un choix de premier plan pour les secteurs de l’énergie, de l’aérospatiale et du traitement chimique.

Propriétés chimiques, physiques et mécaniques de Stellite 20

Stellite 20 (UNS R30605 / AMS 5382) est un alliage cobalt résistant à la corrosion offrant des caractéristiques d’usure hautes performances sur une large plage thermique. Son équilibre chimique apporte à la fois un durcissement par solution solide et une dispersion de carbures pour une durabilité sous charge et en milieu agressif.

Composition chimique (typique)

Élément	Plage de composition (en % masse)	Rôle clé
Cobalt (Co)	Équilibre (≥50,0)	Élément de base pour la résistance à la corrosion et la stabilité thermique
Chrome (Cr)	30,0–33,0	Résistance à l’oxydation et formation d’une couche passive
Tungstène (W)	4,0–6,0	Forme des carbures durs pour la résistance à l’usure
Nickel (Ni)	2,0–5,0	Améliore la résistance à la corrosion et la ductilité
Molybdène (Mo)	2,0–4,0	Améliore la résistance au piqûrage et à la corrosion en crevasses
Carbone (C)	1,0–1,4	Contribue à la dureté via un réseau de carbures
Fer (Fe)	≤3,0	Élément résiduel
Silicium (Si)	≤1,2	Améliore la fluidité de coulée
Manganèse (Mn)	≤1,0	Stabilise la structure austénitique

Propriétés physiques

Propriété	Valeur (typique)	Norme/condition d’essai
Densité	8,50 g/cm³	ASTM B311
Plage de fusion	1300–1380°C	ASTM E1268
Conductivité thermique	12,8 W/m·K à 100°C	ASTM E1225
Résistivité électrique	0,90 µΩ·m à 20°C	ASTM B193
Dilatation thermique	13,1 µm/m·°C (20–400°C)	ASTM E228
Capacité calorifique massique	430 J/kg·K à 20°C	ASTM E1269
Module d’élasticité	215 GPa à 20°C	ASTM E111

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

Propriété	Valeur (typique)	Norme d’essai
Dureté	42–50 HRC (à l’état coulé) / jusqu’à 53 HRC (traité HIP)	ASTM E18
Résistance à la traction	950–1100 MPa	ASTM E8/E8M
Limite d’élasticité (0,2%)	450–600 MPa	ASTM E8/E8M
Allongement	2,0–3,5%	ASTM E8/E8M
Résistance à l’oxydation	Stable jusqu’à 1000°C	ASTM G111
Résistance à la sulfuration	Excellente	NACE TM0177

Caractéristiques clés de Stellite 20

Résistance exceptionnelle à l’oxydation et à la sulfuration : Le chrome, le nickel et le molybdène permettent à Stellite 20 de conserver son intégrité face à la corrosion dans des atmosphères chimiques agressives, en particulier en environnements riches en soufre ou chargés en chlore.
Résistance et stabilité à haute température : Conserve sa résistance à l’usure et son intégrité mécanique jusqu’à 1000°C, ce qui le rend adapté aux applications liées aux fours et aux turbines.
Dureté élevée avec ductilité : Offre une résistance à l’abrasion supérieure avec une ténacité modérée, réduisant le risque de fissuration sous charges thermiques cycliques ou chocs.
Résistance à la corrosion en milieux acides et chlorures : Efficace contre l’acide chlorhydrique, le dioxyde de soufre et l’exposition à l’eau de mer, garantissant une longue durée de vie en applications chimiques et marines.

Défis et solutions d’usinage CNC pour Stellite 20

Défis d’usinage

Structures de carbures abrasifs

Les formations de carbures de tungstène sont très abrasives et dégradent rapidement les outils non revêtus ou de qualité insuffisante.

Écrouissage

Comme la plupart des alliages à base de cobalt, Stellite 20 présente un durcissement par déformation (écrouissage), augmentant la dureté de surface pendant l’usinage et provoquant des vibrations (chatter) ou une déflexion de l’outil.

Accumulation de chaleur

La faible conductivité thermique de l’alliage entraîne une surchauffe de l’outil, conduisant à un délaminage du revêtement ou à des microfissures au niveau de l’arête de coupe.

Stratégies d’usinage optimisées

Choix de l’outil

Paramètre	Recommandation	Justification
Matériau de l’outil	Carbure à grains fins (K30–K40) ou plaquettes PCD/CBN	Résiste à l’usure due aux carbures et maintient la stabilité de l’arête
Revêtement	TiAlN ou AlCrN, appliqué par PVD (3–5 µm)	Minimise la diffusion thermique et le frottement
Géométrie	Angle de coupe négatif avec émoussage d’arête de 0,05 mm	Équilibre la résistance de l’outil et réduit l’encochage

Paramètres de coupe (conformité ISO 3685)

Opération	Vitesse (m/min)	Avance (mm/tr)	Profondeur de passe (mm)	Pression de lubrifiant (bar)
Ébauche	10–16	0,20–0,25	1,5–2,5	100–120
Finition	18–24	0,05–0,10	0,5–1,0	120–150

Traitements de surface pour les pièces en Stellite 20 usinées

Pressage isostatique à chaud (HIP)

HIP améliore les propriétés mécaniques en supprimant les vides internes, ce qui renforce la résistance à la fatigue et l’uniformité de la dureté.

Traitement thermique

Traitement thermique optimise la microstructure et améliore la résistance aux fissures thermiques ainsi qu’à la dérive dimensionnelle après usinage.

Soudage de superalliages

Soudage de superalliages utilisant des métaux d’apport compatibles Stellite 20 préserve les performances d’usure et de corrosion dans les assemblages.