Stellite 1
Stellite 1の概要
Stellite 1は、優れた耐摩耗性・高硬度・高温域での耐食性および耐酸化性で知られるコバルト-クロム-タングステン系合金です。Stellite合金ファミリーの中でも、特に過酷な摺動摩耗や熱サイクルを伴う環境での使用を想定して設計されており、金属同士の接触摩耗、かじり（ガリング）、エロージョン、熱疲労に対して高い抵抗性を示します。極めて厳しい摩耗環境に曝されるハードフェーシング材およびCNC加工部品に適した材料です。
航空宇宙、石油・ガス、発電、バルブ製造など、高性能な表面特性が要求される産業で広く用いられます。Stellite 1のCNC加工部品の代表例としては、バルブシート、ポンププランジャー、切削工具、腐食性・研磨性環境向けベアリング部品などが挙げられます。
Stellite 1の化学的・物理的・機械的特性
Stellite 1（UNS R30001 / AMS 5385 / ASTM F75系ファミリー）は、鋳造または展伸（wrought）形態で供給されるコバルト基合金で、800°Cを超える高温域でも優れた耐摩耗性と機械的強度を維持します。
化学成分（代表値）
元素 | 組成範囲（wt.%） | 主な役割 |
|---|---|---|
コバルト（Co） | 残部（≥55.0） | 高温強度を担う母相（マトリクス）元素 |
クロム（Cr） | 28.0–32.0 | 耐食性・耐酸化性を向上 |
タングステン（W） | 11.0–14.0 | 高温硬さ（ホットハードネス）と耐摩耗性を強化 |
炭素（C） | 2.4–3.0 | 炭化物形成により極めて高い耐摩耗性を付与 |
ニッケル（Ni） | ≤3.0 | 靭性を補助的に向上 |
鉄（Fe） | ≤3.0 | 不純物として管理 |
ケイ素（Si） | ≤1.2 | 鋳造性を改善 |
マンガン（Mn） | ≤1.0 | 凝固過程での組織安定化 |
物理特性
特性 | 代表値（典型） | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.70 g/cm³ | ASTM B311 |
融解温度範囲 | 1260–1350°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 13.0 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 0.94 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
熱膨張係数 | 12.6 µm/m·°C（20–400°C） | ASTM E228 |
比熱容量 | 410 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
ヤング率（弾性率） | 210 GPa（20°C） | ASTM E111 |
機械的特性（鋳造状態またはHIP＋熱処理）
特性 | 代表値（典型） | 試験規格 |
|---|---|---|
硬さ | 47–53 HRC（鋳造）／最大55 HRC（HIP処理） | ASTM E18 |
引張強さ | 1000–1200 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 580–720 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | 1–3%（一般に延性は低い） | ASTM E8/E8M |
耐摩耗指数 | >2.5×（316ステンレス比） | ASTM G65 |
Stellite 1の主な特長
優れた耐摩耗性・耐かじり性：金属同士の摺動接触、エロージョン、研磨摩耗環境に強く、バルブトリムやポンプブッシングなどに適します。
高硬度の維持：高温域（最大800°C程度）でも≥47 HRCを維持しやすく、熱サイクル下でも寸法安定性を確保します。
耐酸化・耐食性：酸性媒体や塩化物リッチ環境で高い耐性を示し、大気中では最大1100°Cまでの耐酸化性が期待されます。
耐熱衝撃性：蒸気バルブや高速切削工具など、加熱・冷却の繰り返しがある用途に適します。
Stellite 1のCNC加工における課題と解決策
加工上の課題
高硬度・高炭化物含有
マトリクス中の研磨性炭化物（例：Cr₇C₃、W₆C）が工具寿命を短縮し、逃げ面摩耗が急速に進行します。
低延性
切削抵抗の制御が不十分だと、加工中に欠け・割れが生じやすい傾向があります。
構成刃先（BUE）
潤滑不足や工具形状が不適切な場合、材料が工具に凝着し、面粗さ・寸法精度を悪化させます。
最適化された加工戦略
工具選定
項目 | 推奨 | 理由 |
|---|---|---|
工具材質 | CBN、またはPVD被膜超硬（K30–K40）インサート | 炭化物による研磨摩耗に耐える |
コーティング | TiAlN または AlCrN（3–5 µm） | 熱の蓄積と摩耗を抑制 |
形状 | 中立〜弱ネガ（-5°〜5°）、刃先ホーニング（0.02–0.05 mm） | 欠け・工具破損を抑制 |
切削条件（ISO 3685）
加工 | 速度（m/min） | 送り（mm/rev） | 切込み（DOC）（mm） | クーラント圧（bar） |
|---|---|---|---|---|
荒加工 | 10–15 | 0.15–0.25 | 1.5–2.5 | 80–100 |
仕上げ加工 | 20–25 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 100–120 |
加工済みStellite 1部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）
HIP（1150°C、100–200 MPa）は、鋳造またはAM（積層造形）品の緻密化を促進し、耐摩耗寿命を向上させます。
熱処理
熱処理により炭化物分布を最適化し、均一な硬さと耐摩耗性の安定化を図ります。
超合金溶接
超合金溶接は、低入熱GTAWなどにより、割れや硬さ低下を抑えつつStelliteオーバーレイや接合を可能にします。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは、タービン、バルブ、切削工具など熱疲労を受ける部品の寿命延長に有効です。
放電加工（EDM）
EDMは、硬化材の高精度加工に有効で、±0.005 mm級の精度とRa <0.5 µmの面粗さを実現できます。
深穴加工（Deep Hole Drilling）
深穴加工は、スリーブやオリフィスなど耐摩耗要求の高い部品で、直進性と内面品質の高い穴加工を実現します。
材料試験・分析
材料試験には、炭化物の金属組織評価、ASTM E18硬さ試験、耐摩耗性能の検証が含まれます。
Stellite 1部品の産業用途
バルブ／流体制御
蒸気、石油化学、原子力バルブで高摩耗・エロージョンを受けるシート、ステム、ケージ。
石油・ガス
スラリーや砂を含む流体に曝されるドリル部品、流量制限部品、耐エロージョンノズル。
航空宇宙
800–1000°C域で高速気流によるエロージョンを受けるジェットエンジン向けのタービンシュラウド、ベーン、ウェアパッド。
産業用切削工具
熱疲労や金属接触により軟質材が劣化する環境でのハードフェーシングオーバーレイや切削インサート。
