Stellite 20
Introdução ao Stellite 20
O Stellite 20 é um material de alta liga, à base de cobalto, projetado para condições severas de serviço envolvendo temperaturas elevadas, ambientes corrosivos e desgaste mecânico. Destaca-se pelo teor elevado de cromo e tungstênio, além da adição de níquel e molibdênio, oferecendo resistência superior à corrosão, especialmente em atmosferas oxidantes e sulfidantes. Também é conhecido por manter estabilidade estrutural e dureza até 1000°C.
O Stellite 20 é normalmente fundido ou aplicado por hardfacing e, em seguida, acabado por usinagem CNC de precisão. É amplamente utilizado em válvulas industriais, vedações de gás quente, componentes de bombas e peças de fornos que operam em ambientes quimicamente agressivos ou termicamente instáveis. A combinação de alta resistência ao desgaste, excelente tolerância à corrosão e resistência em alta temperatura faz dele uma escolha de ponta para os setores de energia, aeroespacial e processamento químico.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Stellite 20
O Stellite 20 (UNS R30605 / AMS 5382) é uma liga de cobalto resistente à corrosão que oferece características de desgaste de alto desempenho em uma ampla faixa térmica. Seu balanço químico proporciona tanto endurecimento por solução sólida quanto dispersão de carbonetos para durabilidade sob carga e ataque químico.
Composição Química (Típica)
Elemento | Faixa de Composição (wt.%) | Função Principal |
|---|---|---|
Cobalto (Co) | Balanço (≥50.0) | Elemento base para estabilidade térmica e resistência à corrosão |
Cromo (Cr) | 30.0–33.0 | Resistência à oxidação e formação de camada passiva |
Tungstênio (W) | 4.0–6.0 | Forma carbonetos duros para resistência ao desgaste |
Níquel (Ni) | 2.0–5.0 | Melhora a resistência à corrosão e a ductilidade |
Molibdênio (Mo) | 2.0–4.0 | Melhora a resistência à corrosão por pites e em frestas |
Carbono (C) | 1.0–1.4 | Contribui para a dureza via rede de carbonetos |
Ferro (Fe) | ≤3.0 | Elemento residual |
Silício (Si) | ≤1.2 | Melhora a fluidez de fundição |
Manganês (Mn) | ≤1.0 | Estabiliza a estrutura austenítica |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 8.50 g/cm³ | ASTM B311 |
Faixa de Fusão | 1300–1380°C | ASTM E1268 |
Condutividade Térmica | 12.8 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividade Elétrica | 0.90 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansão Térmica | 13.1 µm/m·°C (20–400°C) | ASTM E228 |
Capacidade Calorífica Específica | 430 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo de Elasticidade | 215 GPa a 20°C | ASTM E111 |
Propriedades Mecânicas (Fundido ou HIP + Tratamento Térmico)
Propriedade | Valor (Típico) | Norma de Ensaio |
|---|---|---|
Dureza | 42–50 HRC (fundido) / até 53 HRC (tratado por HIP) | ASTM E18 |
Resistência à Tração | 950–1100 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0,2%) | 450–600 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | 2.0–3.5% | ASTM E8/E8M |
Resistência à Oxidação | Estável até 1000°C | ASTM G111 |
Resistência à Sulfidação | Excelente | NACE TM0177 |
Principais Características do Stellite 20
Excepcional Resistência à Oxidação e à Sulfidação: Cromo, níquel e molibdênio permitem que o Stellite 20 mantenha integridade contra corrosão em atmosferas químicas agressivas, especialmente em ambientes ricos em enxofre ou com cloro.
Resistência e Estabilidade Térmicas: Mantém resistência ao desgaste e integridade mecânica até 1000°C, tornando-o adequado para aplicações relacionadas a fornos e turbinas.
Alta Dureza com Ductilidade: Oferece resistência superior à abrasão com tenacidade moderada, reduzindo o risco de trincas sob cargas térmicas cíclicas ou impacto.
Resistência à Corrosão em Ácidos e Cloretos: Eficaz na resistência ao ácido clorídrico, dióxido de enxofre e exposição à água do mar, garantindo longevidade em aplicações químicas e marítimas.
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Stellite 20
Desafios de Usinagem
Estruturas Abrasivas de Carbonetos
As formações de carboneto de tungstênio são altamente abrasivas, degradando rapidamente ferramentas sem revestimento ou de baixa qualidade.
Encruamento
Como a maioria das ligas à base de cobalto, o Stellite 20 apresenta encruamento por deformação, aumentando a dureza superficial durante a usinagem e causando vibração (chatter) ou deflexão da ferramenta.
Acúmulo de Calor
A baixa condutividade térmica da liga resulta em superaquecimento da ferramenta, levando à delaminação do revestimento ou microtrincas na aresta de corte.
Estratégias de Usinagem Otimizadas
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Metal duro de grão fino (K30–K40) ou pastilhas PCD/CBN | Resiste ao desgaste por carbonetos e mantém estabilidade da aresta |
Revestimento | TiAlN ou AlCrN, aplicado por PVD (3–5 µm) | Minimiza difusão térmica e atrito |
Geometria | Ângulo de saída negativo com brunimento de aresta de 0,05 mm | Equilibra a resistência da ferramenta e reduz entalhamento |
Parâmetros de Corte (Conformidade ISO 3685)
Operação | Velocidade (m/min) | Avanço (mm/rev) | Profundidade de Corte (mm) | Pressão do Fluido (bar) |
|---|---|---|---|---|
Desbaste | 10–16 | 0.20–0.25 | 1.5–2.5 | 100–120 |
Acabamento | 18–24 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 120–150 |
Tratamentos de Superfície para Peças de Stellite 20 Usinadas
Prensagem Isostática a Quente (HIP)
HIP melhora as propriedades mecânicas ao remover vazios internos, aumentando a resistência à fadiga e a uniformidade de dureza.
Tratamento Térmico
Tratamento Térmico otimiza a microestrutura e melhora a resistência a trincas térmicas e à deriva dimensional após a usinagem.
Soldagem de Superligas
Soldagem de Superligas usando metais de adição compatíveis com Stellite 20 preserva o desempenho de desgaste e corrosão em conjuntos.
Revestimento de Barreira Térmica (TBC)
Revestimento TBC protege superfícies expostas em ambientes de gás quente ou combustão, estendendo a vida útil da peça a >950°C.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM)
EDM é ideal para controle preciso de geometria e integridade superficial em estruturas de alto desgaste.
Furação Profunda
Furação Profunda permite usinagem precisa de furos-guia e orifícios de bocal com relações comprimento/diâmetro >20:1.
Ensaios e Análise de Materiais
Ensaios de Materiais incluem ensaio de desgaste G65, análise de corrosão, validação de dureza e inspeção ultrassônica de defeitos.
Aplicações Industriais dos Componentes em Stellite 20
Equipamentos de Processos Químicos
Trims de válvulas, luvas de bombas e eixos de agitadores resistentes a químicos ácidos e oxidantes.
Fornos Industriais de Alta Temperatura
Bicos de queimadores, escudos e tubos-guia que exigem estabilidade em ambientes com alto ciclo térmico.
Marítimo e Offshore
Componentes expostos à água do mar, vapores ricos em cloretos ou salmouras corrosivas em sistemas de energia ou dessalinização.
Óleo & Gás
Ferramentas de fundo de poço, insertos de preventor de explosão (BOP) e hardware de perfuração submetidos à erosão por areia e gás ácido (sour gas).
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