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Stellite 21

Stellite 21 é uma liga de cobalto-cromo-molibdênio otimizada para resistência a impactos, engripamento e corrosão. É ideal para componentes usinados em CNC que exigem tenacidade, estabilidade térmica e bom desempenho em desgaste por deslizamento em ambientes críticos.

Introdução ao Stellite 21

O Stellite 21 é uma liga forjada à base de cobalto, conhecida por sua excepcional tenacidade, resistência à corrosão e estabilidade mecânica em altas temperaturas. Diferentemente de outros graus Stellite que priorizam dureza e resistência à abrasão, o Stellite 21 é projetado para aplicações que exigem resistência ao desgaste, excelente desempenho ao impacto e à fadiga térmica (choque térmico). Sua composição equilibrada de cobalto, cromo, níquel e molibdênio oferece excelente estabilidade metalúrgica e resistência ao gripamento (galling), tornando-o adequado para contato deslizante e choques mecânicos.

O Stellite 21 é frequentemente produzido por forjamento ou fundição e, em seguida, acabado com precisão por meio de técnicas avançadas de usinagem CNC. É comumente utilizado nas indústrias aeroespacial, nuclear, petroquímica e médica em componentes como sedes de válvulas, camisas de motor, implantes articulares e hardware de turbinas — especialmente onde estabilidade dimensional e contato metal-metal de baixo atrito são essenciais.

Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Stellite 21

O Stellite 21 (UNS R30021 / AMS 5385 / ISO 5832-3) é uma liga de cobalto-cromo-molibdênio resistente à corrosão e ao desgaste, com maior resistência ao impacto e à fadiga térmica. Está disponível nas formas forjada, fundida e por metalurgia do pó.

Composição Química (Típica)

Elemento	Faixa de Composição (wt.%)	Função Principal
Cobalto (Co)	Balanço (≥60.0)	Matriz base para resistência à corrosão, tenacidade e resistência térmica
Cromo (Cr)	26.0–30.0	Melhora a resistência à oxidação e forma uma camada protetora passiva
Molibdênio (Mo)	5.0–6.0	Aumenta a resistência à corrosão por pites e em frestas
Níquel (Ni)	2.0–4.0	Melhora a tenacidade e a soldabilidade
Carbono (C)	0.20–0.30	Forma carbonetos para resistência ao desgaste mantendo a ductilidade
Ferro (Fe)	≤3.0	Elemento residual
Silício (Si)	≤1.0	Melhora o acabamento superficial e o escoamento durante a fundição
Manganês (Mn)	≤1.0	Refina a estrutura de grão e melhora a trabalhabilidade a quente

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor (Típico)	Norma/Condição de Ensaio
Densidade	8.33 g/cm³	ASTM B311
Faixa de Fusão	1385–1435°C	ASTM E1268
Condutividade Térmica	14.0 W/m·K a 100°C	ASTM E1225
Resistividade Elétrica	0.98 µΩ·m a 20°C	ASTM B193
Expansão Térmica	13.4 µm/m·°C (20–400°C)	ASTM E228
Capacidade Calorífica Específica	430 J/kg·K a 20°C	ASTM E1269
Módulo de Elasticidade	210 GPa a 20°C	ASTM E111

Propriedades Mecânicas (Forjado ou HIP + Tratamento Térmico)

Propriedade	Valor (Típico)	Norma de Ensaio
Dureza	30–35 HRC (recozido) / 35–42 HRC (envelhecido)	ASTM E18
Resistência à Tração	900–1100 MPa	ASTM E8/E8M
Limite de Escoamento (0,2%)	400–600 MPa	ASTM E8/E8M
Alongamento	8–15%	ASTM E8/E8M
Tenacidade ao Impacto	≥80 J (Charpy V-notch a TA)	ASTM E23
Resistência ao Gripamento (Galling)	Excelente	ASTM G98

Principais Características do Stellite 21

Alta Tenacidade e Resistência a Trincas: Superior a outros graus Stellite devido ao menor teor de carbono, permitindo resistência à fadiga térmica, carregamentos de impacto e choques mecânicos.
Resistência à Corrosão em Meios Cloretados e Ácidos: Excelente resistência à corrosão por pites e em frestas graças à sinergia entre molibdênio e cromo.
Boa Resistência ao Gripamento (Galling): Desempenha-se bem em aplicações de contato metal-metal sob pressão sem lubrificação.
Estabilidade Dimensional em Alta Temperatura: Opera de forma confiável até 850°C em ambientes térmicos cíclicos, com mínima distorção ou degradação.

Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Stellite 21

Desafios de Usinagem

Teor Moderado de Carbonetos

Embora menos abrasivo do que Stellite 6 ou 12, o desgaste de ferramenta ainda é um problema devido aos carbonetos distribuídos e à tenacidade da liga.

Baixa Condutividade Térmica

Causa aquecimento localizado e risco de encruamento, especialmente em operações de acabamento ou durante engates prolongados da ferramenta.

Retorno Elástico e Deflexão da Ferramenta

O alto módulo e a elevada resistência podem levar a vibração (chatter) e imprecisões dimensionais durante desbaste e cortes de perfil.

Estratégias de Usinagem Otimizadas

Seleção de Ferramentas

Parâmetro	Recomendação	Justificativa
Material da Ferramenta	Metal duro com revestimento PVD (K20–K30) ou CBN para acabamento	Equilibra resistência ao desgaste e tenacidade
Revestimento	TiSiN ou AlCrN (3–5 µm)	Reduz a temperatura da ferramenta e o atrito
Geometria	Ângulo de saída neutro a levemente negativo, aresta brunida (0,03 mm)	Melhora a integridade da aresta e o acabamento superficial

Parâmetros de Corte (Conformidade ISO 3685)

Operação	Velocidade (m/min)	Avanço (mm/rev)	Profundidade de Corte (mm)	Pressão do Fluido (bar)
Desbaste	12–18	0.15–0.25	1.5–2.5	100–120
Acabamento	20–28	0.05–0.10	0.5–1.0	120–150

Tratamento de Superfície para Peças de Stellite 21 Usinadas

Prensagem Isostática a Quente (HIP)

HIP melhora a vida em fadiga e remove porosidade interna, sendo especialmente importante para peças fundidas ou impressas em 3D sob carregamento dinâmico.

Tratamento Térmico

Tratamento Térmico estabiliza a estrutura de grão e aumenta a dureza enquanto alivia tensões residuais da usinagem.

Soldagem de Superligas

Soldagem de Superligas usando material de adição compatível (vareta Stellite 21) garante alta integridade da junta sem comprometer a resistência à corrosão ou ao desgaste.