Stellite 31
Introdução ao Stellite 31
O Stellite 31 é uma liga resistente ao desgaste à base de cobalto, conhecida por seu desempenho excepcional em ambientes de alta temperatura, alta carga e altamente corrosivos. Ele apresenta alto teor de carbono e cromo, com um volume significativo de carbonetos complexos, entregando excelente dureza, estabilidade térmica e resistência ao deslizamento metal-metal. Em comparação com outras ligas Stellite, o Stellite 31 oferece resistência superior ao desgaste abrasivo e melhor retenção de resistência em temperaturas elevadas, podendo operar até 1100°C.
Essa liga é normalmente fundida, processada por HIP ou aplicada como camada de hardfacing e, em seguida, acabada com precisão por meio de usinagem CNC para atender tolerâncias críticas. O Stellite 31 é amplamente utilizado nas indústrias aeroespacial, óleo & gás, nuclear e de processamento químico em trim de válvulas, anéis de sede, componentes de bombas e outras aplicações de alto desgaste e alta temperatura.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Stellite 31
O Stellite 31 (UNS R30031 / família baseada em ASTM F75) é projetado para abrasão extrema e resistência ao calor, com alto teor de carbonetos em uma matriz de solução sólida cobalto-cromo.
Composição Química (Típica)
Elemento | Faixa de Composição (wt.%) | Função Principal |
|---|---|---|
Cobalto (Co) | Balanço (≥50.0) | Matriz base para estabilidade térmica e resistência à corrosão |
Cromo (Cr) | 25.0–28.0 | Melhora a resistência à oxidação e à corrosão |
Carbono (C) | 2.4–3.0 | Promove alta formação de carbonetos para resistência ao desgaste |
Tungstênio (W) | 5.0–7.0 | Forma carbonetos ricos em W para dureza e proteção contra desgaste a quente |
Níquel (Ni) | ≤3.0 | Aumenta ductilidade e soldabilidade da liga |
Ferro (Fe) | ≤3.0 | Elemento residual |
Silício (Si) | ≤1.2 | Auxilia na fundição e na resistência à oxidação térmica |
Manganês (Mn) | ≤1.0 | Melhora a trabalhabilidade a quente e o controle de estrutura |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 8.65 g/cm³ | ASTM B311 |
Faixa de Fusão | 1320–1400°C | ASTM E1268 |
Condutividade Térmica | 13.5 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividade Elétrica | 0.94 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansão Térmica | 13.1 µm/m·°C (20–400°C) | ASTM E228 |
Capacidade Calorífica Específica | 420 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo de Elasticidade | 215 GPa a 20°C | ASTM E111 |
Propriedades Mecânicas (Fundido ou Tratado por HIP)
Propriedade | Valor (Típico) | Norma de Ensaio |
|---|---|---|
Dureza | 50–58 HRC | ASTM E18 |
Resistência à Tração | 1100–1250 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0,2%) | 600–750 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | 1.0–2.0% | ASTM E8/E8M |
Resistência ao Desgaste | >4× vs. aço inox 316 (ASTM G65) | ASTM G65 |
Temperatura de Operação | Até 1100°C | N/A |
Principais Características do Stellite 31
Resistência Extrema à Abrasão: Alto teor de carbonetos (~30–35% em volume) garante excelente resistência ao desgaste sob alta tensão e deslizamento a seco.
Desempenho em Alta Temperatura: Mantém dureza e integridade estrutural em temperaturas sustentadas até 1100°C.
Excelente Resistência a Gripping (Galling) e ao Atrito: Ideal para aplicações metal-metal com lubrificação limitada, como conjuntos de sede e haste de válvula.
Resistência Química e à Oxidação: Desempenho confiável em ácidos, vapor, gases de combustão e ambientes de alta salinidade.
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Stellite 31
Desafios de Usinagem
Desgaste Rápido de Ferramenta
A microestrutura com carbonetos complexos causa abrasão intensa nas ferramentas de corte, especialmente em operações com engajamento contínuo.
Altas Forças de Corte
Exige maior potência e rigidez das máquinas devido à alta resistência à tração e à baixa ductilidade da liga.
Risco de Trincas Superficiais
A geração excessiva de calor e a baixa condutividade térmica podem resultar em microtrincas superficiais ou lascamento de borda em cortes a seco ou com refrigeração insuficiente.
Estratégias de Usinagem Otimizadas
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Metal duro ultrafino (K40) ou cerâmica (SiAlON) para desbaste; CBN para acabamento | Fornece resistência ao desgaste sob cargas extremas |
Revestimento | AlTiN ou TiAlCrN (PVD, 3–5 µm) | Protege contra calor e atrito |
Geometria | Ângulo de saída negativo, raio de aresta brunida 0,05 mm | Reduz desgaste de aresta e falhas da ferramenta |
Parâmetros de Corte (Conformidade ISO 3685)
Operação | Velocidade (m/min) | Avanço (mm/rev) | Profundidade de Corte (mm) | Pressão do Fluido (bar) |
|---|---|---|---|---|
Desbaste | 8–12 | 0.20–0.30 | 1.5–2.0 | 100–120 |
Acabamento | 16–20 | 0.05–0.10 | 0.3–0.8 | 120–150 |
Tratamento de Superfície para Peças em Stellite 31 Usinadas
Prensagem Isostática a Quente (HIP)
HIP remove porosidade interna e melhora resistência à fadiga e consistência dimensional em peças fundidas ou impressas em 3D.
Tratamento Térmico
Tratamento Térmico melhora a uniformidade dos carbonetos e a estabilidade microestrutural, elevando a resistência ao desgaste após a usinagem.
Soldagem de Superligas
Soldagem de Superligas com metal de adição compatível mantém resistência ao desgaste e à oxidação em zonas de junta de alta temperatura.
Revestimento de Barreira Térmica (TBC)
Revestimento TBC fornece blindagem térmica adicional para peças expostas a gases de combustão acima de 1000°C.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM)
EDM permite trabalhos de alta precisão em regiões endurecidas sem deformação mecânica.
Furação Profunda
Furação Profunda cria canais e passagens internas com tolerância apertada em componentes de bombas e válvulas.
Ensaios e Análise de Materiais
Ensaios de Materiais incluem perfil de dureza, ensaio de desgaste G65, metalografia e detecção de defeitos por ultrassom.
Aplicações Industriais de Componentes em Stellite 31
Equipamentos de Óleo & Gás
Sedes de válvulas, válvulas esfera e ferramentas de fundo de poço expostas a areia, salmoura e ciclos de pressão.
Turbomáquinas Aeroespaciais
Anéis de vedação, tiras de desgaste e palhetas-guia que exigem longa vida ao desgaste e resistência à oxidação em alta altitude e temperatura.
Geração de Energia
Componentes de caldeiras, bicos de queimadores e válvulas de água de alimentação operando em vapor e ciclos térmicos.
Conformação de Metais & Mineração
Matrizes, punções e revestimentos (liners) para extrusão de metal e sistemas abrasivos de alto impacto.
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