Stellite 6K
ステライト6Kの概要
ステライト6Kは、金属同士の接触用途において靭性、耐かじり性、耐摩耗性能を高めるために特別に設計された、展伸（鍛造）コバルト‐クロム合金です。ステライト6Bと近い化学成分を持ちながら、微細粒の展伸組織により延性が高く、被削性も向上しています。「K」バリアントは、圧力下の摺動摩耗、衝撃、熱応力を伴う用途に最適化されています。
ステライト6Kは、寸法精度と、焼付き（seizing）、擦傷（scuffing）、エロージョンに対する耐性の両方が重要となるCNC加工部品に理想的です。代表的な用途には、航空宇宙、海洋、エネルギー、石油・ガス産業で使用されるブッシュ、ベアリング、ポンプスリーブ、バルブステムなどがあります。
ステライト6Kの化学的・物理的・機械的特性
ステライト6K（UNS R30016 / ASTM F90、AMS 5894派生材）は、固溶強化型コバルト合金で、熱間加工、鍛造、または圧延によって製造され、均質で緻密な組織と優れた機械的健全性を実現します。
化学成分（代表値）
元素 | 組成範囲（wt.%） | 主な役割 |
|---|---|---|
コバルト（Co） | バランス（≥58.0） | 耐食性と高温強度のための母相 |
クロム（Cr） | 28.0–32.0 | 耐酸化性および耐食性を付与 |
タングステン（W） | 4.5–6.5 | 炭化物を形成し、耐摩耗性を向上 |
炭素（C） | 0.9–1.4 | 炭化物形成を制御して耐かじり性を確保 |
ニッケル（Ni） | ≤3.0 | 靭性と延性を向上 |
鉄（Fe） | ≤3.0 | 残留元素 |
マンガン（Mn） | ≤1.0 | 熱間加工性を補助 |
ケイ素（Si） | ≤1.2 | 鋳造流動性と表面仕上げを改善 |
物理特性
特性 | 値（代表値） | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.42 g/cm³ | ASTM B311 |
融点範囲 | 1320–1395°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 13.0 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 0.96 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
熱膨張 | 13.2 µm/m·°C（20–400°C） | ASTM E228 |
比熱容量 | 420 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
弾性率 | 205 GPa（20°C） | ASTM E111 |
機械的特性（展伸材状態）
特性 | 値（代表値） | 試験規格 |
|---|---|---|
硬さ | 33–43 HRC（焼鈍）/ 最大45 HRC（時効） | ASTM E18 |
引張強さ | 1050–1200 MPa | ASTM E8/E8M |
降伏強さ（0.2%） | 550–700 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | 10–20% | ASTM E8/E8M |
耐かじり性 | 極めて良好（同材同士でも良好） | ASTM G98 |
耐摩耗指数 | >2.5× 316ステンレス鋼 | ASTM G65 |
ステライト6Kの主要特性
優れた耐かじり性：乾式摺動条件でも、金属同士の接触下で卓越した性能を発揮します。
高い靭性と延性：鋳造ステライト系グレードよりも衝撃を受けやすい環境で扱いやすく、割れやエッジ欠けのリスクを低減します。
耐熱・耐食安定性：最大850°Cまでの使用温度に耐え、塩化物や酸性環境での孔食および酸化に抵抗します。
被削性の向上：鋳造ステライト6と比較して、展伸6KはCNC加工中の寸法管理がより容易です。
ステライト6KのCNC加工における課題と解決策
加工上の課題
研磨性の高い炭化物相
タングステンリッチな炭化物により工具摩耗が増加し、特に荒加工の長時間パスで顕著になります。
工具‐被削材界面での熱蓄積
熱伝導率が低いため切削域に熱が滞留し、工具コーティングと加工精度を劣化させます。
加工硬化
工具の繰り返し通過により表面硬さが上昇するため、工程設計（パス計画）と工具監視を慎重に行う必要があります。
最適化された加工戦略
工具選定
パラメータ | 推奨 | 根拠 |
|---|---|---|
工具材種 | PVDコーティング超硬（K30–K40）；厳しい仕上げ公差にはCBN | 研磨摩耗に対応しつつ、刃先強度を維持 |
コーティング | AlTiN または TiAlCrN（3–5 µm） | 切削域温度を低下させ、工具寿命を延長 |
形状 | 中立すくい（0°）、ホーニング刃先 0.03 mm | 刃先耐久性を高め、切りくず付着を防止 |
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 | 10–18 | 0.20–0.30 | 2.0–3.0 | 100–120 |
仕上げ加工 | 20–28 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 120–150 |
ステライト6K加工部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）
HIPは一般に展伸ステライト6Kには不要ですが、粉末冶金材や積層造形材では、疲労寿命を向上させる目的で使用される場合があります。
熱処理
熱処理を加工後に実施することで、炭化物分布の最適化や、成形・CNC切削による残留応力の低減が可能です。
超合金溶接
超合金溶接では、低希釈のPTAまたはTIG溶接手法と同等の溶加材を用いることで、接合部全体で耐摩耗性と耐かじり性を保持できます。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは、高温ガスによるエロージョンから保護し、回転部品および往復部品における高温耐久性を向上させます。
放電加工（EDM）
EDMは、硬化材または複雑形状における厳しい公差部品を高精度に仕上げ、Ra <0.5 µmを実現します。
深穴加工
深穴加工は、アスペクト比>20:1の耐摩耗ブッシュや流量制御部品の加工に適しています。
材料試験・分析
材料試験には、引張強度、マイクロ硬さプロファイル、金属組織観察、ならびにASTM G98の耐かじり評価が含まれます。
ステライト6K部品の産業用途
産業用バルブシステム
圧力および温度極限下でかじりに耐える必要があるバルブステム、ガイド、プラグ部品。
航空宇宙用ベアリングおよびリンク機構
乾式または潤滑下の摺動接触で作動する精密ブッシュおよび制御系部品。
石油・ガス機器
スラリーによる摩耗と腐食性流体にさらされるドリルヘッドスタビライザ、ポンプスリーブ、回転シール。
発電およびターボ機械
高い熱負荷および繰り返し負荷にさらされる高温部のウェアパッドとシール面。
