Stellite 4
Introdução ao Stellite 4
O Stellite 4 é uma liga de cobalto-cromo-tungstênio desenvolvida para aplicações que exigem excelente resistência ao desgaste, resistência ao engripamento (galling) e resistência à corrosão sob cargas elevadas e condições térmicas moderadas. Posicionado entre o Stellite 1 e o Stellite 6 em termos de dureza e tenacidade, ele equilibra usinabilidade e durabilidade.
O Stellite 4 é amplamente utilizado em peças usinadas por CNC expostas ao deslizamento metal-metal, desgaste por fretting e ambientes de impacto moderado. Sua microestrutura consiste em uma matriz de cobalto tenaz reforçada por fases de carbonetos duros, tornando-o adequado tanto para uso no estado fundido quanto após usinagem nos setores aeroespacial, energia, marítimo e óleo & gás.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Stellite 4
O Stellite 4 (UNS R30004 / AMS 5387 / grupo ISO 5832-4) é uma liga de cobalto de médio teor de carbono projetada para resistir ao desgaste e à corrosão em ambientes de alta pressão, corrosivos e levemente térmicos.
Composição Química (Típica)
Elemento | Faixa de Composição (wt.%) | Função Principal |
|---|---|---|
Cobalto (Co) | Balanço (≥50.0) | Elemento base para dureza a quente e resistência à corrosão |
Cromo (Cr) | 28.0–32.0 | Proporciona resistência à oxidação e a agentes químicos |
Tungstênio (W) | 12.0–15.0 | Melhora a resistência ao desgaste e à abrasão |
Carbono (C) | 1.5–2.0 | Forma carbonetos para aumentar a dureza |
Níquel (Ni) | ≤3.0 | Aumenta a ductilidade |
Ferro (Fe) | ≤3.0 | Elemento residual menor |
Silício (Si) | ≤1.2 | Melhora as características de fundição |
Manganês (Mn) | ≤1.0 | Auxilia na trabalhabilidade a quente |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 8.75 g/cm³ | ASTM B311 |
Faixa de Fusão | 1260–1345°C | ASTM E1268 |
Condutividade Térmica | 12.0 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividade Elétrica | 0.95 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 ou HIP + Tratamento Térmico)
Propriedade | Valor (Típico) | Norma de Ensaio |
|---|---|---|
Dureza | 43–48 HRC (fundido) / até 50 HRC (tratado por HIP) | ASTM E18 |
Resistência à Tração | 950–1150 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0,2%) | 550–700 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | 1.5–3.5% | ASTM E8/E8M |
Índice de Resistência ao Desgaste | >2× aço inoxidável 316 | ASTM G65 |
Principais Características do Stellite 4
Equilíbrio entre Resistência ao Desgaste e Tenacidade: Oferece alta proteção contra desgaste sem a fragilidade das classes Stellite mais duras, sendo ideal para contato deslizante e componentes sujeitos a impacto.
Dureza Moderada com Boa Usinabilidade: Mais fácil de usinar do que Stellite 1 ou 3, mantendo excelente durabilidade superficial.
Resistência à Corrosão: Resistente a ambientes ácidos, salinos e oxidantes até 900°C, adequado para componentes internos de válvulas e bombas.
Estabilidade Dimensional: Mantém integridade estrutural e tolerâncias rigorosas em peças expostas a pressão, atrito e calor moderado.
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Stellite 4
Desafios de Usinagem
Desgaste Abrasivo nas Ferramentas
O volume moderado de carbonetos ainda provoca desgaste de flanco em ferramentas sem revestimento ou mal selecionadas.
Aresta Postiça e Arraste
Refrigeração insuficiente ou ângulo de saída inadequado pode causar aderência, reduzindo o acabamento superficial e o controle dimensional.
Geração de Calor
A baixa condutividade térmica concentra calor na interface de corte, levando à degradação da aresta da ferramenta.
Estratégias de Usinagem Otimizadas
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Metal duro revestido por PVD (K20–K30) ou CBN para acabamento | Suporta desgaste abrasivo e mantém a integridade da aresta |
Revestimento | TiAlN ou AlCrN (3–5 µm) | Reduz calor e atrito |
Geometria | Ângulo de saída positivo a neutro (5° a 0°), aresta lapidada 0,03 mm | Controla a força de corte e evita lascamento |
Parâmetros de Corte (ISO 3685)
Operação | Velocidade (m/min) | Avanço (mm/rev) | DOC (mm) | Pressão do Fluido (bar) |
|---|---|---|---|---|
Desbaste | 10–18 | 0.20–0.30 | 2.0–3.0 | 100–120 |
Acabamento | 20–28 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 120–150 |
Tratamentos de Superfície para Peças de Stellite 4 Usinadas
Prensagem Isostática a Quente (HIP)
HIP a 1150°C e 150 MPa refina a microestrutura, reduzindo a porosidade e melhorando a resistência à fadiga e ao desgaste.
Tratamento Térmico
Tratamento Térmico pode ser aplicado após a usinagem para aliviar tensões residuais e estabilizar os carbonetos.
Soldagem de Superligas
Soldagem de Superligas permite sobreposição sem trincas usando métodos TIG ou PTA, com pré-aquecimento e controle da temperatura entre passes.
Revestimento de Barreira Térmica (TBC)
Revestimento TBC protege peças expostas à erosão por gases quentes em sistemas de alta velocidade e alta temperatura.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM)
EDM é recomendada para o acabamento de peças de Stellite 4 endurecidas, com tolerâncias de ±0,005 mm e Ra <0,6 µm.
Furação Profunda
Furação Profunda é ideal para a fabricação de furos resistentes ao desgaste em gaiolas e luvas de válvulas.
Ensaios e Análise de Materiais
Ensaios de Materiais incluem testes de dureza, simulação de desgaste (ASTM G65) e mapeamento metalográfico de carbonetos.
Aplicações Industriais dos Componentes em Stellite 4
Sedes e Hastes de Válvulas
Peças usinadas por CNC para componentes internos de válvulas de alta pressão que operam em serviços corrosivos e erosivos.
Óleo e Gás
Orifícios, luvas e componentes de válvulas choke expostos a fluxo de lama, fluidos com areia ou estrangulamento de gás.
Engenharia Marítima
Luvas de eixo, componentes de bombas e buchas resistentes à bioincrustação e à erosão por água salgada.
Energia e Geração de Potência
Placas deslizantes e anéis de desgaste em turbinas a vapor e sistemas sujeitos a ciclos térmicos.
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