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Stellite F

Le Stellite F est un alliage à base de cobalt haute performance, idéal pour les pièces usinées CNC soumises au grippage, à la fatigue thermique et à la corrosion dans des environnements à haute vitesse et haute température. Il offre un excellent équilibre entre résistance à l’usure, intégrité structurelle et aptitude à l’usinage.

Introduction à Stellite F

Stellite F est un alliage moulé à base de cobalt, spécifiquement conçu pour des applications à haute résistance et haute température nécessitant une résistance au grippage (galling), une stabilité en fatigue thermique et de bonnes performances en corrosion. Il est couramment utilisé pour des composants à grande vitesse tels que les rotors de vannes, les garnitures d’étanchéité et les pièces de turbines à vapeur, où l’exposition aux cycles thermiques, à l’usure par frottement et à des milieux de procédé agressifs est continue et sévère.

Stellite F présente une excellente aptitude à la mise en œuvre et une bonne homogénéité mécanique en tant que matériau hybride moulé–corroyé, ce qui le rend idéal pour des opérations de post-traitement par usinage CNC avancé. Il conserve sa dureté jusqu’à 1000°C et offre des performances remarquables en glissement métal-métal, notamment dans les applications de rotation ou d’étanchéité.

Propriétés chimiques, physiques et mécaniques de Stellite F

Stellite F (UNS R30665) se caractérise par une teneur modérée en carbone et une matrice bien équilibrée en chrome et tungstène, offrant une forte résistance au grippage, à l’oxydation et aux chocs à chaud.

Composition chimique (typique)

Élément	Plage de composition (en % masse)	Rôle clé
Cobalt (Co)	Équilibre (≥50,0)	Matrice pour la résistance à chaud et la résistance à la corrosion
Chrome (Cr)	25,0–28,0	Améliore la résistance à l’oxydation et forme des couches protectrices en surface
Tungstène (W)	4,5–6,5	Forme des phases carbures dures pour la protection contre l’usure
Carbone (C)	0,9–1,2	Contrôle le volume de carbures pour la résistance et la dureté
Fer (Fe)	≤3,0	Élément résiduel
Nickel (Ni)	≤2,5	Améliore la ductilité et les propriétés de coulée
Silicium (Si)	≤1,2	Aide à la résistance à l’oxydation et à l’écoulement en moulage
Manganèse (Mn)	≤1,0	Améliore la ductilité à chaud et l’intégrité microstructurale

Propriétés physiques

Propriété	Valeur (typique)	Norme/condition d’essai
Densité	8,7 g/cm³	ASTM B311
Plage de fusion	1300–1385°C	ASTM E1268
Conductivité thermique	13,0 W/m·K à 100°C	ASTM E1225
Résistivité électrique	0,96 µΩ·m à 20°C	ASTM B193
Dilatation thermique	12,8 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 moulé ou traité HIP)

Propriété	Valeur (typique)	Norme d’essai
Dureté	40–47 HRC (moulé) / jusqu’à 50 HRC (HIP)	ASTM E18
Résistance à la traction	980–1100 MPa	ASTM E8/E8M
Limite d’élasticité (0,2%)	520–640 MPa	ASTM E8/E8M
Allongement	3,0–4,0%	ASTM E8/E8M
Résistance au grippage	Excellente	ASTM G98
Température de service	Jusqu’à 1000°C	N/A

Caractéristiques clés de Stellite F

Forte résistance au grippage et à l’usure : Conçu pour le glissement sous pression, Stellite F résiste à l’adhérence et au transfert de matière en conditions sèches ou lubrifiées.
Résistance en fatigue thermique : Bon comportement en cycles répétés de chauffage/refroidissement, avec une dérive dimensionnelle minimale et peu d’endommagement de surface.
Résistance à la corrosion et à l’oxydation : Efficace face aux environnements de procédé acides et oxydants, y compris la vapeur haute pression et les gaz de combustion.
Résistance aux chocs et à la cavitation : Supporte les contraintes cycliques et les forces de cavitation dans les systèmes rotatifs à grande vitesse, tels que pompes et turbines.

Défis et solutions d’usinage CNC pour Stellite F

Défis d’usinage

Grippage lors de l’engagement outil

En raison de ses caractéristiques d’adhérence, les outils peuvent « frotter » au lieu de cisailler, entraînant du broutage (chatter) ou la formation d’arête rapportée (built-up edge).

Faible conductivité thermique

La chaleur générée pendant la coupe s’accumule à la pointe de l’outil, augmentant le risque de microfissures ou de dégradation thermique des plaquettes carbure.

Réseau de carbures abrasif

Une teneur modérée en carbures use les outils de manière agressive, en particulier pendant l’ébauche ou les coupes interrompues.

Stratégies d’usinage optimisées

Choix de l’outil

Paramètre	Recommandation	Justification
Matériau de l’outil	Carbure grade K30 ou plaquettes CBN	Bon compromis entre dureté et ténacité à la rupture
Revêtement	AlCrN ou TiSiN (PVD 3–5 µm)	Protection thermique et réduction de la friction
Géométrie	Angle neutre avec arête rodée 0,05 mm	Renforce l’intégrité de coupe et limite l’ébrèchement

Paramètres de coupe (conformes ISO 3685)

Opération	Vitesse (m/min)	Avance (mm/tr)	Profondeur de passe (mm)	Pression de lubrifiant (bar)
Ébauche	10–14	0,20–0,30	1,5–2,0	100–120
Finition	18–22	0,05–0,10	0,5–1,0	120–150

Traitements de surface pour pièces usinées en Stellite F

Pressage isostatique à chaud (HIP)

HIP améliore la résistance à la fatigue et au fluage tout en éliminant la porosité interne des pièces moulées.

Traitement thermique

Traitement thermique stabilise la structure carbure, détend les contraintes et améliore l’uniformité de dureté dans les zones usinées.

Soudage de superalliages

Soudage de superalliages avec des métaux d’apport de chimie équivalente garantit l’intégrité des joints dans les systèmes à forte usure ou corrosifs.

Revêtement barrière thermique (TBC)

Revêtement TBC apporte une isolation supplémentaire pour les surfaces opérant dans des flux de gaz chauds au-delà de 950°C.

Usinage par électroérosion (EDM)

EDM convient parfaitement pour atteindre des tolérances ±0,01 mm sur des caractéristiques de vannes, orifices et contours complexes.

Perçage profond

Perçage profond permet de réaliser des alésages profonds ou des canaux de refroidissement sans compromettre la stabilité structurelle.

Essais et analyse des matériaux

Essais matériaux incluent la mesure de dureté, la validation microstructurale, des essais de résistance au grippage et des contrôles non destructifs (UT, PT).