Stellite 6
Introduction à Stellite 6
Stellite 6 est l’alliage cobalt-chrome le plus largement utilisé de la famille Stellite, grâce à une combinaison équilibrée de résistance à l’usure, de résistance à la corrosion et de dureté modérée. Il offre d’excellentes performances en contact métal sur métal, dans des environnements à faible conductivité thermique et en présence de fluides corrosifs. Réputé pour sa résistance au grippage (galling) et sa stabilité à haute température, Stellite 6 convient particulièrement aux composants de vannes, pièces de pompe et paliers/bagues qui doivent supporter un frottement continu et des attaques corrosives.
Cet alliage est idéal pour les pièces usinées CNC nécessitant une longue durée de vie et une précision dimensionnelle dans des assemblages mécaniques exposés à l’usure par glissement et à des agents chimiques. Son adaptabilité, son usinabilité (par rapport aux nuances Stellite plus dures) et la constance de ses performances en ont fait un matériau privilégié dans les industries aérospatiale, nucléaire, pétrochimique et maritime.
Propriétés chimiques, physiques et mécaniques de Stellite 6
Stellite 6 (UNS R30006 / AMS 5387 / ISO 5832-4) est un alliage à base de cobalt généralement produit par moulage, rechargement par soudage (overlay) ou métallurgie des poudres avant finition par usinage CNC.
Composition chimique (typique)
Élément | Plage de composition (en % masse) | Rôle clé |
|---|---|---|
Cobalt (Co) | Équilibre (≥55,0) | Phase matrice apportant la dureté à chaud et la résistance à la corrosion |
Chrome (Cr) | 27,0–32,0 | Résistance à l’oxydation et passivation en milieux corrosifs |
Tungstène (W) | 4,5–6,5 | Renforcement par carbures pour la résistance à l’usure |
Carbone (C) | 1,0–1,4 | Teneur modérée en carbures pour un comportement anti-grippage |
Nickel (Ni) | ≤3,0 | Augmente la ténacité et la ductilité |
Fer (Fe) | ≤3,0 | Élément d’alliage résiduel |
Silicium (Si) | ≤1,2 | Améliore la fluidité et l’état de surface lors du moulage |
Manganèse (Mn) | ≤1,0 | Améliore l’aptitude au travail à chaud |
Propriétés physiques
Propriété | Valeur (typique) | Norme/condition d’essai |
|---|---|---|
Densité | 8,65 g/cm³ | ASTM B311 |
Plage de fusion | 1240–1345°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 | 415 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 | 38–44 HRC (à l’état coulé) / jusqu’à 46 HRC (traité HIP) | ASTM E18 |
Résistance à la traction | 800–1000 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite d’élasticité (0,2%) | 500–600 MPa | ASTM E8/E8M |
Allongement | 3–5% | ASTM E8/E8M |
Indice de résistance à l’usure | >2× l’acier inoxydable 316 | ASTM G65 |
Caractéristiques clés de Stellite 6
Excellente résistance au grippage et à l’usure par glissement : Idéal pour des surfaces soumises à un frottement continu, même sans lubrification.
Excellente résistance à la corrosion : Adapté au service en milieux acides, salins et oxydants, y compris l’eau de mer et les produits chimiques de procédé.
Stabilité thermique : Fonctionne de manière fiable jusqu’à 800°C, en conservant la dureté et les tolérances dimensionnelles.
Avantage en usinabilité : Plus facile à usiner CNC que des nuances plus dures comme Stellite 3 ou Stellite 12, tout en offrant d’excellentes performances d’usure.
Défis et solutions d’usinage CNC pour Stellite 6
Défis d’usinage
Phases de carbures abrasifs
Les carbures de tungstène peuvent émousser rapidement les outils, en particulier en usinage à grande vitesse ou en cas de revêtement d’outil inadapté.
Formation d’arête rapportée
Un arrosage important (flooding) ou une adhérence matière peut se produire sans lubrifiant approprié et sans géométrie d’arête correcte, ce qui impacte les tolérances et l’état de surface.
Écrouissage modéré
Des passes d’outil répétées peuvent augmenter la dureté de surface, rendant les passes de finition plus difficiles si la séquence d’usinage n’est pas correctement planifiée.
Stratégies d’usinage optimisées
Choix de l’outil
Paramètre | Recommandation | Justification |
|---|---|---|
Matériau de l’outil | Carbure (K30–K40), revêtement PVD ; CBN pour la finition | Résiste aux carbures abrasifs tout en assurant la tenue de l’arête |
Revêtement | AlTiN ou TiAlCrN (3–5 µm) | Réduit l’usure thermique et le frottement |
Géométrie | Angle de coupe neutre (0° à +5°), rayon d’arête arrondi 0,02–0,05 mm | Minimise les efforts de coupe et l’écaillage des outils |
Paramètres de coupe (ISO 3685)
Opération | Vitesse (m/min) | Avance (mm/tr) | Profondeur de passe (mm) | Pression de lubrifiant (bar) |
|---|---|---|---|---|
Ébauche | 12–18 | 0,20–0,30 | 2,0–3,0 | 100–120 |
Finition | 22–30 | 0,05–0,10 | 0,5–1,0 | 120–150 |
Traitements de surface pour les pièces en Stellite 6 usinées
Pressage isostatique à chaud (HIP)
HIP à 1150°C et 150 MPa élimine la porosité et améliore l’homogénéité microstructurale, renforçant à la fois la résistance à la fatigue et à l’usure.
Traitement thermique
Traitement thermique peut être utilisé pour détendre les contraintes et ajuster finement la répartition des carbures, assurant une stabilité à long terme.
Soudage de superalliages
Soudage de superalliages via rechargements TIG ou PTA garantit que les zones d’usure restent robustes après l’usinage CNC final.
Revêtement barrière thermique (TBC)
Revêtement TBC augmente les performances des pièces exposées à l’érosion par vapeur ou gaz à des températures élevées.
Usinage par électroérosion (EDM)
EDM permet des détails précis et des tolérances serrées sur des pièces durcies, avec Ra <0,6 µm.
Perçage profond
Perçage profond garantit des profils d’alésage précis dans les sièges de vannes, buses et chemises critiques vis-à-vis de l’usure.
Essais et analyse des matériaux
Essais matériaux incluent les essais d’usure ASTM G65, l’analyse microstructurale et la vérification de la dureté (ASTM E18).
Applications industrielles des composants en Stellite 6
Sièges, disques et guides de vannes
Étanchéité fiable et performances anti-grippage pour les vannes de service vapeur, chimique et marin.
Bagues et roues (impellers) de pompes
Résiste à la cavitation et à l’érosion par particules dans des environnements de boues (slurry) et de fluides de procédé.
Systèmes d’énergie nucléaire
Plaques d’usure de barres de commande et internes de vannes fonctionnant sous irradiation et haute pression.
Équipements marins et pétroliers
Chemises d’arbre, sièges de vannes à opercule et garnitures (trim) résistantes à l’usure exposées à l’eau salée et aux fluides de forage.
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