Stellite F
Introdução ao Stellite F
O Stellite F é uma liga fundida à base de cobalto, projetada especificamente para aplicações de alta resistência e alta temperatura que exigem resistência ao engripamento (galling), estabilidade à fadiga térmica e bom desempenho contra corrosão. É comumente utilizada em componentes de alta velocidade, como rotores de válvulas, vedações e peças de turbinas a vapor, onde a exposição a ciclos térmicos, desgaste por atrito e meios de processo agressivos é contínua e severa.
O Stellite F apresenta boa trabalhabilidade e uniformidade mecânica como um material híbrido fundido–trabalhado, tornando-o ideal para pós-processamento com usinagem CNC avançada. Ele retém dureza até 1000°C e tem desempenho excepcional em contato deslizante metal-metal, especialmente em aplicações rotativas ou de vedação.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Stellite F
O Stellite F (UNS R30665) é caracterizado por teor moderado de carbono e uma matriz bem balanceada de cromo e tungstênio, oferecendo alta resistência ao galling, à oxidação e ao impacto sob aquecimento.
Composição Química (Típica)
Elemento | Faixa de Composição (wt.%) | Função Principal |
|---|---|---|
Cobalto (Co) | Balanço (≥50.0) | Matriz para resistência em alta temperatura e à corrosão |
Cromo (Cr) | 25.0–28.0 | Aumenta a resistência à oxidação e forma camadas protetoras na superfície |
Tungstênio (W) | 4.5–6.5 | Forma fases de carbonetos duros para proteção contra desgaste |
Carbono (C) | 0.9–1.2 | Controla o volume de carbonetos para resistência e dureza |
Ferro (Fe) | ≤3.0 | Elemento residual |
Níquel (Ni) | ≤2.5 | Melhora ductilidade e propriedades de fundição |
Silício (Si) | ≤1.2 | Auxilia na resistência à oxidação e no fluxo de fundição |
Manganês (Mn) | ≤1.0 | Melhora ductilidade a quente e integridade microestrutural |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 8.7 g/cm³ | ASTM B311 |
Faixa de Fusão | 1300–1385°C | ASTM E1268 |
Condutividade Térmica | 13.0 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividade Elétrica | 0.96 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansão Térmica | 12.8 µm/m·°C (20–400°C) | ASTM E228 |
Capacidade Calorífica Específica | 420 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo de Elasticidade | 210 GPa a 20°C | ASTM E111 |
Propriedades Mecânicas (Fundido ou Tratado por HIP)
Propriedade | Valor (Típico) | Norma de Ensaio |
|---|---|---|
Dureza | 40–47 HRC (fundido) / até 50 HRC (HIP) | ASTM E18 |
Resistência à Tração | 980–1100 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0,2%) | 520–640 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | 3.0–4.0% | ASTM E8/E8M |
Resistência ao Galling | Excelente | ASTM G98 |
Temperatura de Operação | Até 1000°C | N/A |
Principais Características do Stellite F
Alta Resistência ao Galling e ao Desgaste: Projetado para contato deslizante sob pressão, o Stellite F resiste à adesão e à transferência de material em condições secas e lubrificadas.
Resistência à Fadiga Térmica: Desempenho sólido sob ciclos repetidos de aquecimento e resfriamento, com mínima deriva dimensional ou dano superficial.
Resistência à Corrosão e à Oxidação: Eficaz contra ambientes de processo ácidos e oxidantes, incluindo vapor de alta pressão e gases de combustão.
Resistência a Impacto e Cavitação: Suporta tensões cíclicas e forças de cavitação em sistemas rotativos de alta velocidade, como bombas e turbinas.
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Stellite F
Desafios de Usinagem
Galling Durante o Engajamento da Ferramenta
Devido às propriedades de resistência à adesão, as ferramentas podem sofrer mais atrito (rubbing) do que cisalhamento, causando trepidação (chatter) ou formação de aresta postiça.
Baixa Condutividade Térmica
O calor gerado no corte se concentra na ponta da ferramenta, aumentando o risco de microtrincas ou degradação térmica em pastilhas de metal duro.
Rede Abrasiva de Carbonetos
O teor moderado de carbonetos acelera o desgaste de ferramentas, principalmente no desbaste ou em cortes interrompidos.
Estratégias de Usinagem Otimizadas
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Metal duro grau K30 ou pastilhas de CBN | Equilibra dureza e tenacidade à fratura |
Revestimento | AlCrN ou TiSiN (PVD 3–5 µm) | Proteção térmica e menor atrito |
Geometria | Ângulo de saída neutro com brunimento de aresta 0,05 mm | Suporta integridade de corte e reduz lascamento |
Parâmetros de Corte (Conformidade ISO 3685)
Operação | Velocidade (m/min) | Avanço (mm/rev) | Profundidade de Corte (mm) | Pressão do Fluido (bar) |
|---|---|---|---|---|
Desbaste | 10–14 | 0.20–0.30 | 1.5–2.0 | 100–120 |
Acabamento | 18–22 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 120–150 |
Tratamento de Superfície para Peças em Stellite F Usinadas
Prensagem Isostática a Quente (HIP)
HIP melhora resistência à fadiga e à fluência, além de eliminar porosidade interna em peças fundidas.
Tratamento Térmico
Tratamento Térmico estabiliza a estrutura de carbonetos, alivia tensões e melhora a uniformidade de dureza nas regiões usinadas.
Soldagem de Superligas
Soldagem de Superligas com consumíveis de química compatível garante integridade de junta em sistemas de alto desgaste ou corrosivos.
Revestimento de Barreira Térmica (TBC)
Revestimento TBC adiciona isolamento para superfícies operando em escoamentos de gás quente acima de 950°C.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM)
EDM é ideal para atingir tolerâncias de ±0,01 mm em geometrias de válvulas, orifícios e contornos complexos.
Furação Profunda
Furação Profunda permite fabricar furos profundos de sede ou canais de refrigeração sem comprometer a estabilidade estrutural.
Ensaios e Análise de Materiais
Ensaios de Materiais incluem ensaio de dureza, validação microestrutural, testes de resistência ao galling e ensaios não destrutivos (UT, PT).
Aplicações Industriais de Componentes em Stellite F
Turbinas e Equipamentos de Plantas a Vapor
Rotores de válvula, anéis defletores e faces de sede operando em temperaturas extremas e altas rotações.
Componentes de Vedação de Alta Pressão
Vedações deslizantes, camisas de bomba e juntas rotativas em setores químico, geração de energia e aeroespacial.
Equipamentos Marítimos & Dessalinização
Carcaças de bomba, camisas de eixo e placas de desgaste expostas a salmoura, cavitação e variações térmicas.
Óleo & Gás
Internos de válvulas, anéis guia e ferramentas de corte sujeitos a erosão por areia, ataque químico e ciclos de pressão.
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