Stellite 1
Введение в Stellite 1
Stellite 1 — кобальт-хром-вольфрамовый сплав, известный выдающейся износостойкостью, высокой твёрдостью, а также отличной коррозионной и окалиностойкостью при повышенных температурах. Он относится к семейству сплавов Stellite и предназначен для тяжёлых условий эксплуатации, где критичны механический износ и термостабильность. Stellite 1 особенно выделяется высокой стойкостью к контактному износу «металл-металл», задирам (galling), эрозии и термической усталости. Он отлично подходит для наплавки (hardfacing) и деталей, обрабатываемых на ЧПУ, работающих в режимах экстремального износа.
Сплав широко применяется в отраслях, где требуются высокоэффективные износостойкие поверхности: авиация, нефтегаз, энергетика и производство арматуры. Типичные детали из Stellite 1 после ЧПУ-обработки — седла клапанов, плунжеры насосов, режущий инструмент и подшипниковые элементы для коррозионных и абразивных сред.
Химические, физические и механические свойства Stellite 1
Stellite 1 (UNS R30001 / AMS 5385 / семейство ASTM F75 как базовая группа) — литой или деформируемый кобальтовый сплав с исключительной износостойкостью и высокой механической прочностью, включая работу при температурах выше 800°C.
Химический состав (типовой)
Элемент | Диапазон содержания (мас.%) | Ключевая роль |
|---|---|---|
Кобальт (Co) | Баланс (≥55.0) | Матрица, обеспечивающая прочность при высоких температурах |
Хром (Cr) | 28.0–32.0 | Повышает коррозионную и окалиностойкость |
Вольфрам (W) | 11.0–14.0 | Увеличивает горячую твёрдость и износостойкость |
Углерод (C) | 2.4–3.0 | Образует карбиды для экстремальной абразивной стойкости |
Никель (Ni) | ≤3.0 | Повышает вязкость |
Железо (Fe) | ≤3.0 | Контроль примесей |
Кремний (Si) | ≤1.2 | Улучшает литейные свойства |
Марганец (Mn) | ≤1.0 | Стабилизирует структуру при кристаллизации |
Физические свойства
Свойство | Значение (типичное) | Стандарт/условие испытаний |
|---|---|---|
Плотность | 8.70 g/cm³ | ASTM B311 |
Диапазон плавления | 1260–1350°C | ASTM E1268 |
Теплопроводность | 13.0 W/m·K при 100°C | ASTM E1225 |
Электрическое сопротивление | 0.94 µΩ·m при 20°C | ASTM B193 |
Тепловое расширение | 12.6 µm/m·°C (20–400°C) | ASTM E228 |
Удельная теплоёмкость | 410 J/kg·K при 20°C | ASTM E1269 |
Модуль упругости | 210 GPa при 20°C | ASTM E111 |
Механические свойства (литое состояние или HIP + термообработка)
Свойство | Значение (типичное) | Стандарт испытаний |
|---|---|---|
Твёрдость | 47–53 HRC (литое) / до 55 HRC (после HIP) | ASTM E18 |
Предел прочности при растяжении | 1000–1200 MPa | ASTM E8/E8M |
Предел текучести (0.2%) | 580–720 MPa | ASTM E8/E8M |
Относительное удлинение | 1–3% (типично низкая пластичность) | ASTM E8/E8M |
Индекс износостойкости | >2.5× по сравнению с нержавеющей сталью 316 | ASTM G65 |
Ключевые характеристики Stellite 1
Выдающаяся стойкость к износу и задирам: отлично работает при контакте металл-металл, в условиях эрозии и абразивного износа — подходит для арматуры и втулок насосов.
Высокая твёрдость: сохраняет ≥47 HRC даже при повышенных температурах (до 800°C), обеспечивая стабильность размеров при термоциклировании.
Окалиностойкость и коррозионная стойкость: надёжно работает в кислых и хлоридных средах; выдерживает окисление в воздухе до 1100°C.
Устойчивость к термоударам: подходит для режимов с повторяющимися циклами нагрев/охлаждение (паровая арматура, высокоскоростной инструмент).
Сложности и решения ЧПУ-обработки Stellite 1
Сложности обработки
Высокая твёрдость и карбидная составляющая
Абразивные карбиды (например, Cr₇C₃, W₆C) в матрице снижают стойкость инструмента и вызывают быстрый износ по задней поверхности.
Низкая пластичность
При обработке возможны сколы/трещины, если не контролировать усилия резания и вибрации.
Налипание (BUE)
Материал может налипать на режущую кромку при недостаточной смазке или неверной геометрии инструмента.
Оптимизированные стратегии обработки
Выбор инструмента
Параметр | Рекомендация | Обоснование |
|---|---|---|
Материал инструмента | CBN или PVD-покрытый твёрдый сплав (K30–K40) | Выдерживает абразивное действие карбидов |
Покрытие | TiAlN или AlCrN (3–5 µm) | Снижает тепловую нагрузку и износ |
Геометрия | Нейтральный/слегка отрицательный передний угол (-5°…5°), притупление кромки 0.02–0.05 мм | Снижает риск скола и разрушения кромки |
Режимы резания (ISO 3685)
Операция | Скорость (m/min) | Подача (mm/rev) | DOC (mm) | Давление СОЖ (bar) |
|---|---|---|---|---|
Черновая обработка | 10–15 | 0.15–0.25 | 1.5–2.5 | 80–100 |
Чистовая обработка | 20–25 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 100–120 |
Послеобработка/поверхностная обработка деталей из Stellite 1
Горячее изостатическое прессование (HIP)
HIP при 1150°C и 100–200 MPa повышает плотность и ресурс износа литых или аддитивных деталей из Stellite 1.
Термообработка
Термообработка оптимизирует распределение карбидов для равномерной твёрдости и износостойкости.
Сварка суперсплавов
Сварка суперсплавов с применением GTAW с низким тепловложением позволяет выполнять наплавки Stellite и соединения без трещинообразования и потери твёрдости.
Теплозащитное покрытие (TBC)
Покрытие TBC увеличивает срок службы деталей, подверженных термоусталости в турбинах, клапанах и режущем инструменте.
Электроэрозионная обработка (EDM)
EDM критична для высоких допусков в закалённых деталях: точность до ±0.005 мм и Ra <0.5 µm.
Глубокое сверление
Глубокое сверление обеспечивает прямолинейность канала и гладкие стенки в износонагруженных деталях (втулки, сопла, калиброванные отверстия).
Испытания и анализ материала
Испытания материала включают металлографический анализ карбидов, измерение твёрдости по ASTM E18 и валидацию износостойкости.
Отраслевые применения компонентов из Stellite 1
Арматура и управление потоками
Седла, штоки и клетки (cages) паровой, нефтехимической и ядерной арматуры, работающей при высоком износе и эрозии.
Нефтегаз
Элементы бурового инструмента, ограничители потока и эрозионностойкие сопла для суспензий и сред с песком.
Авиация
Обечайки (shrouds), лопатки/направляющие (vanes) и износные накладки в двигателях при 800–1000°C и эрозии высокоскоростным потоком.
Промышленный режущий инструмент
Наплавки (hardfacing) и режущие вставки, где термоусталость и контакт металл-металл быстро разрушают более мягкие материалы.
Изучить связанные блоги
