Stellite 1
Introdução ao Stellite 1
Stellite 1 é uma liga de cobalto-cromo-tungstênio conhecida por sua excelente resistência ao desgaste, alta dureza e ótima resistência à corrosão e à oxidação em temperaturas elevadas. Ela faz parte da família de ligas Stellite e foi projetada para ambientes de serviço severo, onde o desgaste mecânico e a estabilidade térmica são críticos. O Stellite 1 se destaca por sua resistência superior ao contato metal-metal, ao engripamento (galling), à erosão e à fadiga térmica. Por isso, é altamente indicado tanto para aplicações de revestimento duro (hardfacing) quanto para componentes usinados em CNC expostos a desgaste extremo.
Essa liga é amplamente utilizada em setores que exigem superfícies de alto desempenho, incluindo aeroespacial, petróleo e gás, geração de energia e fabricação de válvulas. Peças usinadas em CNC em Stellite 1 normalmente incluem sedes de válvula, êmbolos de bomba, ferramentas de corte e mancais para ambientes corrosivos e abrasivos.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Stellite 1
Stellite 1 (UNS R30001 / AMS 5385 / família base ASTM F75) é uma liga de cobalto fundida ou trabalhada, com resistência excepcional ao desgaste e elevada resistência mecânica, mesmo em temperaturas acima de 800°C.
Composição Química (Típica)
Elemento | Faixa de Composição (em massa, %) | Função Principal |
|---|---|---|
Cobalto (Co) | Balanço (≥55,0) | Elemento da matriz, fornece resistência em altas temperaturas |
Cromo (Cr) | 28,0–32,0 | Melhora a resistência à corrosão e à oxidação |
Tungstênio (W) | 11,0–14,0 | Aumenta a dureza a quente e a resistência ao desgaste |
Carbono (C) | 2,4–3,0 | Forma carbonetos para resistência extrema à abrasão |
Níquel (Ni) | ≤3,0 | Melhora a tenacidade |
Ferro (Fe) | ≤3,0 | Controle de impurezas |
Silício (Si) | ≤1,2 | Melhora a fundibilidade |
Manganês (Mn) | ≤1,0 | Estabiliza a estrutura durante a solidificação |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 8,70 g/cm³ | ASTM B311 |
Faixa de Fusão | 1260–1350°C | ASTM E1268 |
Condutividade Térmica | 13,0 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividade Elétrica | 0,94 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansão Térmica | 12,6 µm/m·°C (20–400°C) | ASTM E228 |
Capacidade Calorífica Específica | 410 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo de Elasticidade | 210 GPa a 20°C | ASTM E111 |
Propriedades Mecânicas (Fundido / HIP + Tratado Termicamente)
Propriedade | Valor (Típico) | Norma de Ensaio |
|---|---|---|
Dureza | 47–53 HRC (fundido) / até 55 HRC (tratado por HIP) | ASTM E18 |
Resistência à Tração | 1000–1200 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0,2%) | 580–720 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | 1–3% (baixa ductilidade típica) | ASTM E8/E8M |
Índice de Resistência ao Desgaste | >2,5× o aço inox 316 | ASTM G65 |
Principais Características do Stellite 1
Excelente Resistência ao Desgaste e ao Engripamento: Desempenho superior em contato metal-metal, erosão e desgaste abrasivo — ideal para trims de válvula e buchas de bomba.
Alta Dureza: Mantém ≥47 HRC mesmo em temperaturas elevadas (até 800°C), preservando estabilidade dimensional sob ciclos térmicos.
Resistência à Oxidação e à Corrosão: Ótimo desempenho em meios ácidos e ricos em cloretos; suporta oxidação até 1100°C em ar.
Tolerância a Choque Térmico: Adequado para aplicações com aquecimento e resfriamento repetidos, como válvulas de vapor e ferramentas de corte de alta velocidade.
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Stellite 1
Desafios de Usinagem
Alta Dureza e Alto Teor de Carbonetos
Carbonetos abrasivos (ex.: Cr₇C₃, W₆C) na matriz reduzem a vida da ferramenta e causam desgaste rápido de flanco.
Baixa Ductilidade
Tende a lascar ou trincar durante a usinagem se as forças de corte não forem cuidadosamente controladas.
Aresta Postiça (BUE)
Há tendência de aderência do material à ferramenta sob lubrificação insuficiente ou geometria incorreta.
Estratégias de Usinagem Otimizadas
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Insertos de CBN ou metal duro com revestimento PVD (K30–K40) | Resiste à abrasão causada por carbonetos |
Revestimento | TiAlN ou AlCrN (3–5 µm) | Reduz acúmulo de calor e desgaste |
Geometria | Saída neutra a levemente negativa (-5° a 5°), aresta honed (0,02–0,05 mm) | Evita lascamento e fratura da ferramenta |
Parâmetros de Corte (ISO 3685)
Operação | Velocidade (m/min) | Avanço (mm/rev) | DOC (mm) | Pressão do Refrigerante (bar) |
|---|---|---|---|---|
Desbaste | 10–15 | 0,15–0,25 | 1,5–2,5 | 80–100 |
Acabamento | 20–25 | 0,05–0,10 | 0,5–1,0 | 100–120 |
Tratamentos de Superfície para Peças em Stellite 1 Usinadas
Prensagem Isostática a Quente (HIP)
HIP a 1150°C e 100–200 MPa melhora a densidade e a vida útil ao desgaste de peças em Stellite 1 fundidas ou fabricadas por AM.
Tratamento Térmico
Tratamento Térmico otimiza a distribuição de carbonetos para dureza e resistência ao desgaste mais uniformes.
Soldagem de Superligas
Soldagem de Superligas com técnicas GTAW de baixo aporte térmico permite overlays de Stellite e união sem trincas ou perda de dureza.
Revestimento Barreira Térmica (TBC)
Revestimento TBC aumenta a vida útil em peças sujeitas à fadiga térmica em turbinas, válvulas e ferramentas de corte.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM)
EDM é essencial para tolerâncias apertadas em peças endurecidas, com precisão até ±0,005 mm e Ra <0,5 µm.
Furação Profunda
Furação Profunda garante alinhamento de furo e paredes lisas em peças críticas ao desgaste, como camisas e orifícios.
Ensaios e Análise de Materiais
Ensaios de Materiais incluem análise metalográfica de carbonetos, ensaio de dureza ASTM E18 e validação de desempenho ao desgaste.
Aplicações Industriais de Componentes em Stellite 1
Válvulas e Controle de Fluxo
Sedes, hastes e gaiolas para válvulas de vapor, petroquímicas e nucleares sujeitas a alto desgaste e erosão.
Petróleo e Gás
Componentes de brocas, restritores de fluxo e bicos resistentes à erosão expostos a lamas e meios com areia.
Aeroespacial
Defletores, palhetas e pastilhas de desgaste para motores a jato operando a 800–1000°C com erosão por fluxo de ar em alta velocidade.
Ferramentas de Corte Industriais
Revestimentos duros (hardfacing) e insertos de corte onde a fadiga térmica e o contato metal-metal degradam ligas mais macias.
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