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Stellite 3

Un alliage à base de cobalt ultra-dur, idéal pour les environnements à forte abrasion et usure thermique. Convient aux composants usinés CNC nécessitant une dureté extrême, une résistance à l’érosion et une stabilité dimensionnelle à haute température.

Introduction au Stellite 3

Le Stellite 3 est un alliage à base de cobalt conçu pour des applications exigeant une résistance extrême à l’usure, une dureté élevée et une bonne stabilité à la corrosion, notamment à température élevée. Il contient davantage de carbone et de tungstène que le Stellite 1, ce qui lui confère une structure plus riche en carbures, donc plus résistante à l’abrasion. Le Stellite 3 offre une excellente protection contre le grippage (galling), l’usure en glissement et l’érosion — en particulier sous forte pression et forte charge thermique.

En raison de sa dureté et de sa fragilité, le Stellite 3 est généralement utilisé pour des composants usinés CNC où la précision dimensionnelle, la stabilité thermique et une longue durée de service sous contact mécanique sévère sont essentielles. Les applications courantes incluent des garnitures de vannes (trim) très dures, des plaques à orifices, des lames de coupe et des matrices exposées à une abrasion ou à des chocs intenses.

Propriétés chimiques, physiques et mécaniques du Stellite 3

Le Stellite 3 (UNS R30003 / AMS 5382 / famille ISO 5832-4) est l’un des alliages cobalt les plus durs disponibles commercialement. Il est généralement produit par fonderie, métallurgie des poudres ou rechargement dur, puis fini par usinage CNC.

Composition chimique (typique)

Élément	Plage de composition (pds.%)	Rôle clé
Cobalt (Co)	Équilibre (≥50,0)	Matrice de base assurant la dureté à chaud et la résistance à l’oxydation
Chrome (Cr)	27,0–32,0	Améliore la résistance à la corrosion, surtout en milieux oxydants
Tungstène (W)	13,0–16,0	Augmente la résistance à l’abrasion via des carbures de tungstène durs
Carbone (C)	2,4–3,3	Accroît la fraction de carbures pour la protection contre l’usure
Nickel (Ni)	≤3,0	Améliore la ténacité de la matrice
Fer (Fe)	≤3,0	Élément résiduel
Silicium (Si)	≤1,2	Améliore l’aptitude à la fonderie et l’état de surface
Manganèse (Mn)	≤1,0	Stabilité microstructurale pendant la solidification

Propriétés physiques

Propriété	Valeur (typique)	Norme/condition d’essai
Densité	8,75 g/cm³	ASTM B311
Plage de fusion	1265–1355°C	ASTM E1268
Conductivité thermique	11,0 W/m·K à 100°C	ASTM E1225
Résistivité électrique	0,98 µΩ·m à 20°C	ASTM B193
Dilatation thermique	12,5 µm/m·°C (20–400°C)	ASTM E228
Capacité calorifique massique	410 J/kg·K à 20°C	ASTM E1269
Module d’élasticité	210 GPa à 20°C	ASTM E111

Propriétés mécaniques (état coulé ou HIP + traité thermiquement)

Propriété	Valeur (typique)	Norme d’essai
Dureté	50–55 HRC (coulé) / jusqu’à 58 HRC (traité HIP)	ASTM E18
Résistance à la traction	1100–1250 MPa	ASTM E8/E8M
Limite d’élasticité (0,2%)	600–750 MPa	ASTM E8/E8M
Allongement	0,5–1,5% (très faible)	ASTM E8/E8M
Indice de résistance à l’usure	>3× celui de l’acier inoxydable 316	ASTM G65

Caractéristiques clés du Stellite 3

Résistance extrême à l’abrasion : la forte proportion de carbures durs le rend idéal pour les applications avec particules abrasives ou usure métal-métal importante.
Excellente dureté à chaud : conserve >50 HRC jusqu’à environ 800°C, assurant une protection durable contre l’usure sous cycles thermiques.
Stabilité à la corrosion et à l’érosion : bon comportement en milieux acides, riches en chlorures et oxydants — adapté aux équipements de procédés chimiques et de contrôle des flux.
Faible ductilité : excellent pour des composants fixes, mais déconseillé pour les flexions dynamiques ou des charges cycliques à fort impact.

Défis et solutions d’usinage CNC pour le Stellite 3

Défis d’usinage

Usure outil induite par les carbures

La forte teneur en carbures provoque une usure abrasive des dépouilles et des arêtes, même à faible vitesse de coupe.

Fragilité

La ductilité limitée implique que des avances inadaptées ou des passes interrompues peuvent entraîner fissuration ou ébrèchement.

Risque de dégradation thermique

La faible conductivité thermique concentre la chaleur dans la zone de coupe, ce qui dégrade les revêtements d’outils et peut nuire à la précision dimensionnelle.

Stratégies d’usinage optimisées

Choix des outils

Paramètre	Recommandation	Justification
Matériau d’outil	CBN ou céramique ; carbure revêtu PVD pour la finition	Supporte l’extrême dureté et l’abrasion
Revêtement	AlTiN ou TiSiN (3–5 µm)	Réduit les contraintes thermiques et l’usure en dépouille
Géométrie	Neutre ou légèrement négative (0° à -5°), arête rodée 0,03–0,05 mm	Améliore la stabilité et évite les micro-ébrèchements

Paramètres de coupe (ISO 3685)

Opération	Vitesse (m/min)	Avance (mm/tr)	Profondeur de passe (mm)	Pression de lubrifiant (bar)
Ébauche	8–12	0,15–0,25	1,5–2,5	80–100
Finition	15–22	0,05–0,10	0,3–1,0	100–120

Traitements de surface pour pièces en Stellite 3 usinées

Pressage isostatique à chaud (HIP)

HIP à 1150°C et 150 MPa améliore l’uniformité microstructurale et la résistance à l’usure des pièces issues de fonderie ou de fabrication additive.

Traitement thermique

Traitement thermique après usinage peut détendre les contraintes résiduelles et optimiser la distribution des carbures afin de conserver la dureté sur le long terme.

Soudage de superalliages

Soudage de superalliages : le soudage TIG avec préchauffage du substrat et faible dilution aide à obtenir des assemblages sans fissures et des zones d’usure homogènes.

Revêtement barrière thermique (TBC)

Revêtement TBC améliore la tenue thermique des composants soumis à des charges 850–1050°C avec risque d’abrasion.

Usinage par décharge électrique (EDM)

EDM est essentiel pour des profils complexes ou des pièces durcies nécessitant des tolérances ±0,005 mm et un état de surface Ra <0,6 µm.

Perçage profond

Perçage profond permet des caractéristiques longues et rectilignes dans des bagues et chemises d’usure en Stellite, notamment en présence de fluides abrasifs.