Stellite 3
Stellite 3 简介
Stellite 3 是一种钴基合金，专为在高温条件下仍需极端耐磨、高硬度与耐腐蚀稳定性的工况而设计。相较于 Stellite 1，Stellite 3 含有更高的碳与钨，使其形成更“富碳化物”的组织结构，从而显著提升抗磨粒磨损能力。Stellite 3 在高压力与热载荷下对咬合（galling）、滑动磨损与冲蚀具有极强的防护能力。
由于硬度高且韧性较低，Stellite 3 通常用于对尺寸精度、热稳定性与寿命要求极高的 CNC 精密零件，尤其适合在强摩擦接触、强磨损环境中的固定/定位部件。典型应用包括高硬阀内件、孔板/节流件、切割刀片以及耐磨模具等。
Stellite 3 的化学、物理与机械性能
Stellite 3（UNS R30003 / AMS 5382 / ISO 5832-4 家族）是商业化钴基合金中硬度非常高的一类，通常通过铸造、粉末冶金或堆焊硬面等工艺制备，再进行 CNC 精加工以获得关键尺寸与表面质量。
化学成分（典型）
元素 | 成分范围（wt.%） | 关键作用 |
|---|---|---|
钴（Co） | 余量（≥50.0） | 基体提供高温硬度与抗氧化性能 |
铬（Cr） | 27.0–32.0 | 提升耐腐蚀性，尤其在氧化性介质中 |
钨（W） | 13.0–16.0 | 通过钨碳化物增强抗磨粒磨损能力 |
碳（C） | 2.4–3.3 | 提高碳化物体积分数，提供极强耐磨保护 |
镍（Ni） | ≤3.0 | 改善基体韧性 |
铁（Fe） | ≤3.0 | 残余元素/杂质控制 |
硅（Si） | ≤1.2 | 改善铸造性与表面成形质量 |
锰（Mn） | ≤1.0 | 凝固过程组织稳定 |
物理性能
性能 | 典型值 | 测试标准/条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.75 g/cm³ | ASTM B311 |
熔化温度范围 | 1265–1355°C | ASTM E1268 |
导热系数 | 11.0 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
电阻率 | 0.98 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
热膨胀系数 | 12.5 µm/m·°C（20–400°C） | ASTM E228 |
比热容 | 410 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
弹性模量 | 210 GPa（20°C） | ASTM E111 |
机械性能（铸态或 HIP + 热处理后）
性能 | 典型值 | 测试标准 |
|---|---|---|
硬度 | 50–55 HRC（铸态）/ 最高约 58 HRC（HIP 后） | ASTM E18 |
抗拉强度 | 1100–1250 MPa | ASTM E8/E8M |
屈服强度（0.2%） | 600–750 MPa | ASTM E8/E8M |
延伸率 | 0.5–1.5%（非常低） | ASTM E8/E8M |
耐磨指数 | > 316 不锈钢的 3× | ASTM G65 |
Stellite 3 的关键特性
极端抗磨粒磨损能力：高体积分数硬质碳化物使其适用于重颗粒磨损或强金属接触磨损场景。
高温硬度保持性：在高温（可达约 800°C）环境仍可保持 >50 HRC，适合热循环工况的长寿命耐磨需求。
耐腐蚀与抗冲蚀稳定：在酸性、富氯与氧化性介质中表现优秀，适用于流体控制与化工过程设备。
低延性：更适合固定位置部件，不建议用于需要动态弯曲或高冲击循环载荷的结构。
Stellite 3 的 CNC 加工挑战与解决方案
加工挑战
碳化物导致的刀具磨损
高碳化物含量会对刀具后刀面与刃口造成强磨蚀，即使在较低切削速度下也会快速磨损。
脆性
材料延性极低，不当的进给策略或断续切削可能引发崩边、微裂纹或崩裂。
热损伤风险
导热性有限使热量集中在切削区，可能加速涂层退化并影响尺寸精度与表面完整性。
优化加工策略
刀具选择
参数 | 建议 | 理由 |
|---|---|---|
刀具材料 | CBN 或陶瓷；精加工可用 PVD 涂层硬质合金 | 适应极高硬度与强磨蚀环境 |
涂层 | AlTiN 或 TiSiN（3–5 µm） | 降低热应力与后刀面磨损 |
几何参数 | 中性或微负前角（0° 到 -5°），刃口倒圆 0.03–0.05 mm | 提高刃口稳定性，避免微崩刃 |
切削参数（ISO 3685）
工序 | 速度（m/min） | 进给（mm/rev） | 切深 DOC（mm） | 冷却液压力（bar） |
|---|---|---|---|---|
粗加工 | 8–12 | 0.15–0.25 | 1.5–2.5 | 80–100 |
精加工 | 15–22 | 0.05–0.10 | 0.3–1.0 | 100–120 |
Stellite 3 机加工零件的后处理/表面处理
热等静压（HIP）
HIP 在约 1150°C、150 MPa 条件下可提升铸造或增材件的组织均匀性，并增强耐磨表现与一致性。
热处理
热处理 可用于缓解机加工残余应力，并通过优化碳化物分布提升长期硬度保持能力。
高温合金焊接
高温合金焊接 可采用 TIG + 预热基材 + 低稀释策略，确保接头不开裂并获得一致的耐磨区域。
热障涂层（TBC）
TBC 涂层 可提升在 850–1050°C 热载荷下且伴随磨损风险的部件耐热寿命。
电火花加工（EDM）
EDM 适用于复杂轮廓或硬化件精密特征加工，可实现 ±0.005 mm 精度与 Ra <0.6 µm 表面质量。
深孔钻削
深孔钻削 适合 Stellite 衬套与耐磨套筒中的长直孔特征，尤其在含磨粒流体工况的耐磨通道上。
材料检测与分析
材料检测 可包含显微硬度分布（mapping）、ASTM G65 耐磨评估与截面金相分析，用于验证组织与耐磨一致性。
Stellite 3 部件的行业应用
阀内件与阀座
适用于蒸汽阀、节流元件与高压密封部件，提供优异耐磨与抗咬合能力。
矿山与浆液系统
用于泵衬、叶轮与孔板等，在磨蚀性矿浆中对抗传统合金的快速磨损失效。
航空航天与燃机
燃烧器端头、护环与喷嘴镶块等承受冲蚀与高热梯度环境的耐磨件。
切割与成形工具
用于刀片、剪切刃与模具等难加工材料的加工/成形场景，强调刃口保持与耐热耐磨。
