Русский

Stellite 20

Stellite 20 — кобальтовый сплав, устойчивый к коррозии и износу, предназначенный для ЧПУ-компонентов, работающих в химически агрессивных и термически нагруженных средах. Обладает высокой твёрдостью, стойкостью к окислению и термической стабильностью.

Введение в Stellite 20

Stellite 20 — кобальтовый высоколегированный материал, разработанный для тяжелых условий эксплуатации, включающих повышенные температуры, коррозионно-активные среды и механический износ. Отличаясь повышенным содержанием хрома и вольфрама, а также добавками никеля и молибдена, Stellite 20 обеспечивает превосходную коррозионную стойкость, особенно в окислительных и сульфидирующих атмосферах. Он также известен тем, что сохраняет структурную стабильность и твердость до 1000°C.

Stellite 20 обычно получают литьем или наносят наплавкой, а затем доводят с помощью прецизионной обработки на станках с ЧПУ. Он широко применяется в промышленной арматуре, уплотнениях горячих газов, компонентах насосов и деталях печей, работающих в химически агрессивных или термически нестабильных условиях. Сочетание высокой износостойкости, отличной коррозионной стойкости и прочности при повышенных температурах делает его одним из лучших выборов для энергетики, аэрокосмической отрасли и химической переработки.

Химические, физические и механические свойства Stellite 20

Stellite 20 (UNS R30605 / AMS 5382) — коррозионностойкий кобальтовый сплав, обеспечивающий высокие характеристики износостойкости в широком диапазоне температур. Его химический баланс сочетает упрочнение твердым раствором и дисперсию карбидов для долговечности под нагрузкой и при агрессивном воздействии.

Химический состав (типичный)

Элемент	Диапазон содержания (мас.%)	Ключевая роль
Кобальт (Co)	Остальное (≥50.0)	Базовый элемент для коррозионной и термической стабильности
Хром (Cr)	30.0–33.0	Стойкость к окислению и формирование пассивной пленки
Вольфрам (W)	4.0–6.0	Формирует твердые карбиды для износостойкости
Никель (Ni)	2.0–5.0	Повышает коррозионную стойкость и пластичность
Молибден (Mo)	2.0–4.0	Повышает стойкость к питтингу и щелевой коррозии
Углерод (C)	1.0–1.4	Способствует твердости за счет карбидной сетки
Железо (Fe)	≤3.0	Остаточный элемент
Кремний (Si)	≤1.2	Повышает литейную текучесть
Марганец (Mn)	≤1.0	Стабилизирует аустенитную структуру

Физические свойства

Свойство	Значение (типичное)	Стандарт/условие испытания
Плотность	8.50 г/см³	ASTM B311
Диапазон плавления	1300–1380°C	ASTM E1268
Теплопроводность	12.8 Вт/м·К при 100°C	ASTM E1225
Удельное электрическое сопротивление	0.90 µΩ·м при 20°C	ASTM B193
Тепловое расширение	13.1 µм/м·°C (20–400°C)	ASTM E228
Удельная теплоемкость	430 Дж/кг·К при 20°C	ASTM E1269
Модуль упругости	215 ГПа при 20°C	ASTM E111

Механические свойства (литое состояние или HIP + термообработка)

Свойство	Значение (типичное)	Стандарт испытания
Твердость	42–50 HRC (литое) / до 53 HRC (после HIP)	ASTM E18
Предел прочности при растяжении	950–1100 МПа	ASTM E8/E8M
Предел текучести (0.2%)	450–600 МПа	ASTM E8/E8M
Относительное удлинение	2.0–3.5%	ASTM E8/E8M
Стойкость к окислению	Стабильна до 1000°C	ASTM G111
Стойкость к сульфидации	Отличная	NACE TM0177

Ключевые характеристики Stellite 20

Исключительная стойкость к окислению и сульфидации: хром, никель и молибден позволяют Stellite 20 сохранять коррозионную целостность в агрессивных химических атмосферах, особенно в средах с высоким содержанием серы или хлора.
Термическая прочность и стабильность: сохраняет износостойкость и механическую целостность до 1000°C, что делает сплав подходящим для печного и турбинного применения.
Высокая твердость при сохранении пластичности: обеспечивает превосходную абразивную стойкость при умеренной вязкости, снижая риск растрескивания при циклических термических нагрузках или ударе.
Коррозионная стойкость в кислотах и хлоридах: эффективно противостоит воздействию соляной кислоты, диоксида серы и морской воды, обеспечивая долговечность в химических и морских применениях.

Сложности и решения при обработке Stellite 20 на станках с ЧПУ

Сложности обработки

Абразивные карбидные структуры

Вольфрамокарбидные образования обладают высокой абразивностью и быстро разрушают непокрытые или низкокачественные инструменты.

Наклеп

Как и большинство кобальтовых сплавов, Stellite 20 склонен к деформационному упрочнению, повышая твердость поверхности при обработке и вызывая вибрации или прогиб инструмента.

Накопление тепла

Низкая теплопроводность сплава приводит к перегреву инструмента, что вызывает отслаивание покрытия или микротрещины на режущей кромке.

Оптимизированные стратегии обработки

Выбор инструмента

Параметр	Рекомендация	Обоснование
Материал инструмента	Мелкозернистый твердый сплав (K30–K40) или пластины PCD/CBN	Противостоит износу от карбидов и сохраняет стабильность режущей кромки
Покрытие	TiAlN или AlCrN, нанесение PVD (3–5 µm)	Минимизирует термодиффузию и трение
Геометрия	Отрицательный передний угол с притуплением кромки 0.05 мм	Балансирует прочность инструмента и снижает склонность к выкрашиванию/надрезу

Режимы резания (соответствие ISO 3685)

Операция	Скорость (м/мин)	Подача (мм/об)	Глубина резания (мм)	Давление СОЖ (бар)
Черновая обработка	10–16	0.20–0.25	1.5–2.5	100–120
Чистовая обработка	18–24	0.05–0.10	0.5–1.0	120–150

Поверхностная обработка деталей из Stellite 20 после мехобработки

Горячее изостатическое прессование (HIP)

HIP улучшает механические свойства за счет устранения внутренних пустот, повышая усталостную прочность и равномерность твердости.

Термообработка

Термообработка оптимизирует микроструктуру и повышает устойчивость к терморастрескиванию и размерному дрейфу после мехобработки.

Сварка сверхсплавов

Сварка сверхсплавов с применением присадочных материалов, совместимых со Stellite 20, сохраняет износо- и коррозионную стойкость в сборочных узлах.

Теплозащитное покрытие (TBC)

Покрытие TBC защищает открытые поверхности в среде горячих газов или горения, увеличивая ресурс деталей при >950°C.

Электроэрозионная обработка (EDM)

EDM идеально подходит для обеспечения точной геометрии и контроля целостности поверхности в износонагруженных структурах.

Глубокое сверление

Глубокое сверление позволяет точно обрабатывать направляющие отверстия и сопловые дроссели с отношением длины к диаметру >20:1.

Испытания и анализ материала

Испытания материалов включают испытания износа по G65, коррозионный анализ, подтверждение твердости и ультразвуковой контроль дефектов.

Отраслевые применения компонентов из Stellite 20

Оборудование для химических процессов

Элементы арматуры, насосные втулки и валы мешалок устойчивы к кислым и окислительным химикатам.

Высокотемпературные промышленные печи

Сопла горелок, экраны и направляющие трубы требуют стабильности в условиях высокотемпературной цикличности.

Морские и офшорные применения

Компоненты, подвергающиеся воздействию морской воды, паров с высоким содержанием хлоридов или коррозионных рассолов в энергетических или опреснительных системах.