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Stellite 21

Le Stellite 21 est un alliage cobalt-chrome-molybdène optimisé pour la résistance aux chocs, au grippage et à la corrosion. Il est idéal pour les composants usinés CNC nécessitant ténacité, stabilité thermique et résistance à l’usure par glissement dans des environnements critiques.

Introduction à Stellite 21

Stellite 21 est un alliage corroyé à base de cobalt, reconnu pour sa ténacité exceptionnelle, sa résistance à la corrosion et sa stabilité mécanique à haute température. Contrairement à d’autres nuances Stellite qui privilégient la dureté et la résistance à l’abrasion, Stellite 21 est conçu pour des applications nécessitant une résistance à l’usure, une excellente tenue aux chocs et de bonnes performances face aux chocs thermiques. Sa composition équilibrée en cobalt, chrome, nickel et molybdène offre une excellente stabilité métallurgique et une résistance au grippage, ce qui le rend adapté au contact glissant et aux sollicitations mécaniques.

Stellite 21 est souvent obtenu par forgeage ou moulage, puis fini avec précision à l’aide de techniques avancées d’usinage CNC. Il est couramment utilisé dans les industries aérospatiale, nucléaire, pétrochimique et médicale pour des composants tels que sièges de soupape, chemises de moteur, implants articulaires et pièces de turbine — en particulier lorsque la stabilité dimensionnelle et un contact métal-métal à faible frottement sont essentiels.

Propriétés chimiques, physiques et mécaniques de Stellite 21

Stellite 21 (UNS R30021 / AMS 5385 / ISO 5832-3) est un alliage cobalt-chrome-molybdène résistant à la corrosion et à l’usure, avec une résistance accrue aux chocs et à la fatigue thermique. Il est disponible sous forme corroyée, moulée et en métallurgie des poudres.

Composition chimique (typique)

Élément	Plage de composition (en % masse)	Rôle clé
Cobalt (Co)	Équilibre (≥60,0)	Matrice de base pour la corrosion, la ténacité et la résistance thermique
Chrome (Cr)	26,0–30,0	Améliore la résistance à l’oxydation et forme une couche passive protectrice
Molybdène (Mo)	5,0–6,0	Augmente la résistance au piqûrage et à la corrosion en crevasses
Nickel (Ni)	2,0–4,0	Améliore la ténacité et la soudabilité
Carbone (C)	0,20–0,30	Forme des carbures pour la résistance à l’usure tout en conservant la ductilité
Fer (Fe)	≤3,0	Élément résiduel
Silicium (Si)	≤1,0	Améliore l’état de surface et l’écoulement lors de la coulée
Manganèse (Mn)	≤1,0	Affine la structure de grain et améliore l’aptitude au travail à chaud

Propriétés physiques

Propriété	Valeur (typique)	Norme/condition d’essai
Densité	8,33 g/cm³	ASTM B311
Plage de fusion	1385–1435°C	ASTM E1268
Conductivité thermique	14,0 W/m·K à 100°C	ASTM E1225
Résistivité électrique	0,98 µΩ·m à 20°C	ASTM B193
Dilatation thermique	13,4 µm/m·°C (20–400°C)	ASTM E228
Capacité calorifique massique	430 J/kg·K à 20°C	ASTM E1269
Module d’élasticité	210 GPa à 20°C	ASTM E111

Propriétés mécaniques (corroyé ou HIP + traitement thermique)

Propriété	Valeur (typique)	Norme d’essai
Dureté	30–35 HRC (recuite) / 35–42 HRC (vieillie)	ASTM E18
Résistance à la traction	900–1100 MPa	ASTM E8/E8M
Limite d’élasticité (0,2%)	400–600 MPa	ASTM E8/E8M
Allongement	8–15%	ASTM E8/E8M
Résilience aux chocs	≥80 J (Charpy V à TA)	ASTM E23
Résistance au grippage	Excellente	ASTM G98

Caractéristiques clés de Stellite 21

Grande ténacité et résistance à la fissuration : Supérieure à d’autres nuances Stellite grâce à une teneur plus faible en carbone, offrant une résistance à la fatigue thermique, aux chocs et aux sollicitations mécaniques.
Résistance à la corrosion en milieux chlorurés et acides : Excellente résistance au piqûrage et à la corrosion en crevasses grâce à la synergie molybdène-chrome.
Bonne résistance au grippage : Très bonnes performances en contact métal-métal sous pression sans lubrification.
Stabilité dimensionnelle à haute température : Fonctionne de manière fiable jusqu’à 850°C en environnements thermiques cycliques, avec une distorsion ou une dégradation minimales.

Défis et solutions d’usinage CNC pour Stellite 21

Défis d’usinage

Teneur modérée en carbures

Bien que moins abrasif que Stellite 6 ou 12, l’usure de l’outil reste un enjeu en raison des carbures dispersés et de la ténacité de l’alliage.

Faible conductivité thermique

Provoque un échauffement localisé et un risque d’écrouissage, notamment en finition ou lors d’engagements d’outil prolongés.

Retour élastique et déflexion de l’outil

Le module élevé et la résistance peuvent entraîner des vibrations (chatter) et des imprécisions dimensionnelles lors de l’ébauche et des découpes de profil.

Stratégies d’usinage optimisées

Choix de l’outil

Paramètre	Recommandation	Justification
Matériau de l’outil	Carbure revêtu PVD (K20–K30) ou CBN pour la finition	Équilibre la résistance à l’usure et la ténacité
Revêtement	TiSiN ou AlCrN (3–5 µm)	Réduit la température outil et le frottement
Géométrie	Angle neutre à légèrement négatif, arête rodée (0,03 mm)	Améliore l’intégrité de l’arête et l’état de surface

Paramètres de coupe (conformes ISO 3685)

Opération	Vitesse (m/min)	Avance (mm/tr)	Profondeur de passe (mm)	Pression de lubrifiant (bar)
Ébauche	12–18	0,15–0,25	1,5–2,5	100–120
Finition	20–28	0,05–0,10	0,5–1,0	120–150

Traitements de surface pour les pièces en Stellite 21 usinées

Pressage isostatique à chaud (HIP)

HIP améliore la durée de vie en fatigue et élimine la porosité interne, ce qui est particulièrement important pour les pièces moulées ou imprimées en 3D soumises à des charges dynamiques.

Traitement thermique

Traitement thermique stabilise la structure de grain et augmente la dureté tout en soulageant les contraintes résiduelles liées à l’usinage.

Soudage de superalliages

Soudage de superalliages avec métal d’apport correspondant (baguette Stellite 21) assure une forte intégrité de joint sans compromettre la résistance à la corrosion ni à l’usure.