Stellite 25 (Alloy L-605)
Introdução ao Stellite 25
O Stellite 25, também conhecido como Alloy L-605 ou UNS R30605, é uma superliga de alto desempenho à base de cobalto, desenvolvida para excelente resistência mecânica, resistência ao desgaste e estabilidade à oxidação em altas temperaturas. Diferentemente de outros graus Stellite otimizados para dureza extrema, o Stellite 25 oferece um perfil mecânico bem equilibrado — combinando dureza moderada com resistência superior à fluência (creep), maior vida em fadiga e excelente desempenho contra oxidação térmica até 1100°C.
Devido ao seu endurecimento por solução sólida com cromo, níquel e tungstênio, o Stellite 25 é amplamente utilizado em componentes estruturais sujeitos à fadiga térmica, cargas de alta pressão e condições quimicamente agressivas. Os componentes são normalmente forjados ou fundidos e depois acabados com precisão por meio de usinagem CNC, especialmente para aplicações aeroespaciais, de geração de energia e de processamento químico com tolerâncias apertadas.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Stellite 25
O Stellite 25 (UNS R30605 / AMS 5537 / ASTM F90) é uma liga de cobalto-níquel-cromo-tungstênio, conhecida por excelente resistência à tração e à fadiga em alta temperatura, além de resistência à corrosão e à oxidação.
Composição Química (Típica)
Elemento | Faixa de Composição (wt.%) | Função Principal |
|---|---|---|
Cobalto (Co) | Balanço (≥50.0) | Matriz para resistência em alta temperatura e resistência à oxidação |
Cromo (Cr) | 19.0–21.0 | Resistência à oxidação via formação de camada Cr₂O₃ |
Níquel (Ni) | 9.0–11.0 | Melhora ductilidade, tenacidade e resistência à corrosão |
Tungstênio (W) | 14.0–16.0 | Aumenta a resistência por endurecimento em solução sólida |
Ferro (Fe) | ≤3.0 | Elemento residual |
Carbono (C) | ≤0.10 | Limita a formação de carbonetos para manter a tenacidade |
Manganês (Mn) | ≤2.0 | Melhora a trabalhabilidade a quente e a uniformidade microestrutural |
Silício (Si) | ≤1.0 | Auxilia na resistência à oxidação e na fluidez de fundição |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 9.13 g/cm³ | ASTM B311 |
Faixa de Fusão | 1330–1410°C | ASTM E1268 |
Condutividade Térmica | 12.6 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividade Elétrica | 1.00 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansão Térmica | 13.1 µm/m·°C (20–400°C) | ASTM E228 |
Capacidade Calorífica Específica | 400 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo de Elasticidade | 210 GPa a 20°C | ASTM E111 |
Propriedades Mecânicas (Condição Forjada ou Tratada Termicamente)
Propriedade | Valor (Típico) | Norma de Ensaio |
|---|---|---|
Dureza | 25–32 HRC (recozido) / 33–40 HRC (envelhecido) | ASTM E18 |
Resistência à Tração | 930–1100 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0,2%) | 430–550 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | 25–35% | ASTM E8/E8M |
Resistência à Fadiga | ≥275 MPa (flexão rotativa em 10⁷ ciclos) | ASTM E466 |
Resistência à Ruptura por Fluência | 230 MPa a 870°C (1000h) | ASTM E139 |
Principais Características do Stellite 25
Excelente Resistência à Fadiga e à Fluência: Adequado para serviço de longo prazo a 800–1000°C sob carregamento mecânico cíclico ou sustentado.
Resistência Superior à Oxidação e à Sulfidação: Mantém a integridade da camada de óxido em ambientes agressivos como ar quente, vapor ou gases de combustão ricos em enxofre.
Boa Ductilidade e Facilidade de Fabricação: Facilmente trabalhável a frio ou a quente e soldável, tornando-o viável para projetos estruturais complexos.
Resistência à Corrosão em Meios Ácidos e Salinos: Resiste a ácido clorídrico, ácido nítrico e ambientes com cloretos sob tensão, ideal para componentes químicos e marítimos.
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Stellite 25
Desafios de Usinagem
Alta Tendência ao Encruamento
A dureza superficial aumenta rapidamente devido à densidade de discordâncias induzida por deformação durante a usinagem, levando à deflexão da ferramenta e vibração (chatter).
Desgaste de Ferramenta Devido à Matriz Tenaz
A matriz tenaz, endurecida por solução sólida, resiste ao cisalhamento, acelerando o desgaste das pastilhas e reduzindo a vida útil da ferramenta.
Instabilidade Dimensional por Expansão Térmica
Operações de usinagem de precisão exigem controle térmico rigoroso para manter tolerâncias dentro de ±0,01 mm devido aos altos coeficientes de expansão.
Estratégias de Usinagem Otimizadas
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Metal duro de grão fino (grau K30), cerâmica ou pastilhas CBN | Alta retenção de aresta e resistência ao desgaste |
Revestimento | AlTiN ou TiSiN (PVD 3–5 µm) | Reduz o calor de corte e o choque térmico |
Geometria | Ângulo de saída negativo com brunimento de aresta de 0,05 mm | Evita micro-lascamento em zonas encruadas |
Parâmetros de Corte (Conformidade ISO 3685)
Operação | Velocidade (m/min) | Avanço (mm/rev) | Profundidade de Corte (mm) | Pressão do Fluido (bar) |
|---|---|---|---|---|
Desbaste | 10–15 | 0.20–0.25 | 1.5–2.5 | 100–120 |
Acabamento | 18–25 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 120–150 |
Tratamento de Superfície para Peças de Stellite 25 Usinadas
Prensagem Isostática a Quente (HIP)
HIP elimina porosidade e aumenta a resistência à fadiga e à fluência de peças fundidas ou produzidas por processos aditivos.
Tratamento Térmico
Tratamento Térmico melhora a uniformidade de grão, a estabilidade dimensional e o alívio de tensões, especialmente após usinagem ou conformação.
Soldagem de Superligas
Soldagem de Superligas usando varetas de adição compatíveis garante integridade estrutural em juntas soldadas em sistemas de alta temperatura.
Revestimento de Barreira Térmica (TBC)
Revestimento TBC fornece isolamento térmico para componentes que operam acima de 1000°C, como hardware e liners de câmaras de combustão.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM)
EDM obtém acabamentos com tolerâncias sub-10 µm em superfícies endurecidas sem introduzir distorção térmica.
Furação Profunda
Furação Profunda para furos de precisão em componentes rotativos, passagens de refrigeração e estruturas de bicos com L/D > 20:1.
Ensaios e Análise de Materiais
Ensaios de Materiais incluem ensaios de tração, fluência, oxidação, perfil de microdureza e detecção de descontinuidades por ultrassom.
Aplicações Industriais de Componentes em Stellite 25
Combustão e Exaustão Aeroespacial
Suportes de chama (flame holders), dutos de transição e suportes de turbina que exigem resistência à fadiga e estabilidade à oxidação a 1000°C.
Sistemas de Reatores Nucleares
Hastes, sedes e vedações de válvulas expostas à radiação, vapor pressurizado e tensões de fluência de longo prazo.
Equipamentos de Processo Químico
Impulsores, vasos de reação e hardware de bombas sujeitos a cloretos ácidos e agentes oxidantes.
Implantes Médicos e Odontológicos
Componentes biocompatíveis, como stents cardiovasculares e instrumentos cirúrgicos, com longa vida ao desgaste e estabilidade à corrosão.
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