Русский

Stellite 21

Stellite 21 — кобальт-хром-молибденовый сплав, оптимизированный для ударной прочности, стойкости к заеданию и коррозии. Подходит для ЧПУ-компонентов, требующих высокой вязкости, термической стабильности и стойкости к скользящему износу в ответственных условиях.

Введение в Stellite 21

Stellite 21 — деформируемый кобальтовый сплав, известный исключительной вязкостью, коррозионной стойкостью и механической стабильностью при высоких температурах. В отличие от других марок Stellite, где приоритетом являются твердость и абразивная износостойкость, Stellite 21 разработан для применений, требующих износостойкости, высокой ударной прочности и устойчивости к термоударам. Сбалансированный состав на основе кобальта, хрома, никеля и молибдена обеспечивает отличную металлургическую стабильность и стойкость к задирам (galling), что делает сплав пригодным для скользящего контакта и механических ударных нагрузок.

Stellite 21 часто изготавливают ковкой или литьем, а затем выполняют прецизионную доводку с применением передовых технологий обработки на станках с ЧПУ. Он широко используется в аэрокосмической, ядерной, нефтехимической и медицинской отраслях для таких компонентов, как седла клапанов, гильзы двигателей, суставные имплантаты и турбинная оснастка — особенно там, где критичны размерная стабильность и низкофрикционный контакт металл-металл.

Химические, физические и механические свойства Stellite 21

Stellite 21 (UNS R30021 / AMS 5385 / ISO 5832-3) — коррозионно- и износостойкий кобальт-хром-молибденовый сплав с повышенной ударной прочностью и стойкостью к термической усталости. Доступен в деформируемом, литом и порошково-металлургическом исполнениях.

Химический состав (типичный)

Элемент	Диапазон содержания (мас.%)	Ключевая роль
Кобальт (Co)	Остальное (≥60.0)	Базовая матрица для коррозионной стойкости, вязкости и термической прочности
Хром (Cr)	26.0–30.0	Повышает стойкость к окислению и формирует пассивный защитный слой
Молибден (Mo)	5.0–6.0	Увеличивает стойкость к питтингу и щелевой коррозии
Никель (Ni)	2.0–4.0	Повышает вязкость и свариваемость
Углерод (C)	0.20–0.30	Образует карбиды для износостойкости при сохранении пластичности
Железо (Fe)	≤3.0	Остаточный элемент
Кремний (Si)	≤1.0	Улучшает качество поверхности и текучесть при литье
Марганец (Mn)	≤1.0	Уточняет зернистую структуру и улучшает горячую деформируемость

Физические свойства

Свойство	Значение (типичное)	Стандарт/условие испытания
Плотность	8.33 г/см³	ASTM B311
Диапазон плавления	1385–1435°C	ASTM E1268
Теплопроводность	14.0 Вт/м·К при 100°C	ASTM E1225
Удельное электрическое сопротивление	0.98 µΩ·м при 20°C	ASTM B193
Тепловое расширение	13.4 µм/м·°C (20–400°C)	ASTM E228
Удельная теплоемкость	430 Дж/кг·К при 20°C	ASTM E1269
Модуль упругости	210 ГПа при 20°C	ASTM E111

Механические свойства (деформированное состояние или HIP + термообработка)

Свойство	Значение (типичное)	Стандарт испытания
Твердость	30–35 HRC (после отжига) / 35–42 HRC (после старения)	ASTM E18
Предел прочности при растяжении	900–1100 МПа	ASTM E8/E8M
Предел текучести (0.2%)	400–600 МПа	ASTM E8/E8M
Относительное удлинение	8–15%	ASTM E8/E8M
Ударная вязкость	≥80 Дж (Charpy V-notch при комнатной температуре)	ASTM E23
Стойкость к задирам (galling)	Отличная	ASTM G98

Ключевые характеристики Stellite 21

Высокая вязкость и трещиностойкость: превосходит другие марки Stellite благодаря более низкому содержанию углерода, обеспечивая устойчивость к термической усталости, ударным нагрузкам и механическим шокам.
Коррозионная стойкость в хлоридных и кислых средах: отличная стойкость к питтингу и щелевой коррозии благодаря синергии молибдена и хрома.
Хорошая стойкость к задирам: эффективно работает в условиях контакта металл-металл под давлением без смазки.
Размерная стабильность при высоких температурах: надежно работает до 850°C в циклических термических режимах с минимальными деформациями и деградацией.

Сложности и решения при обработке Stellite 21 на станках с ЧПУ

Сложности обработки

Умеренное содержание карбидов

Хотя сплав менее абразивен, чем Stellite 6 или 12, износ инструмента остается проблемой из-за распределенных карбидов и высокой вязкости сплава.

Низкая теплопроводность

Вызывает локальный перегрев и риск наклепа, особенно при чистовой обработке или длительном контакте инструмента.

Упругий возврат и прогиб инструмента

Высокий модуль и прочность могут приводить к вибрациям и размерным отклонениям при черновой обработке и контурном резании.

Оптимизированные стратегии обработки

Выбор инструмента

Параметр	Рекомендация	Обоснование
Материал инструмента	Твердый сплав с PVD-покрытием (K20–K30) или CBN для чистовой обработки	Балансирует износостойкость и вязкость
Покрытие	TiSiN или AlCrN (3–5 µm)	Снижает температуру инструмента и трение
Геометрия	Нейтральный или слегка отрицательный передний угол, притупленная кромка (0.03 мм)	Повышает стойкость кромки и качество поверхности

Режимы резания (соответствие ISO 3685)

Операция	Скорость (м/мин)	Подача (мм/об)	Глубина резания (мм)	Давление СОЖ (бар)
Черновая обработка	12–18	0.15–0.25	1.5–2.5	100–120
Чистовая обработка	20–28	0.05–0.10	0.5–1.0	120–150

Поверхностная обработка деталей из Stellite 21 после мехобработки

Горячее изостатическое прессование (HIP)

HIP улучшает усталостную долговечность и удаляет внутреннюю пористость, что особенно важно для литых или 3D-печатных деталей при динамических нагрузках.

Термообработка

Термообработка стабилизирует зернистую структуру и повышает твердость, одновременно снимая остаточные напряжения после мехобработки.

Сварка сверхсплавов

Сварка сверхсплавов с применением присадки соответствующего состава (пруток Stellite 21) обеспечивает высокую прочность соединения без ухудшения коррозионной или износостойкости.