Stellite 4
Stellite 4 简介
Stellite 4 是一种钴-铬-钨合金，专为在高载荷与中等热条件下需要优异耐磨性、抗咬合（抗黏着磨损）能力和耐腐蚀性的应用而开发。在硬度与韧性方面，它介于 Stellite 1 与 Stellite 6 之间，在可加工性与耐用性之间取得平衡。
Stellite 4 广泛用于经 CNC 加工、并在金属对金属滑动、微动磨损以及中等冲击环境下工作的零件。其显微组织由韧性的钴基体与硬质碳化物相强化结构组成，适用于铸态使用及后续机加工后的服役，广泛覆盖航空航天、能源、海洋以及油气等领域。
Stellite 4 的化学、物理与机械性能
Stellite 4（UNS R30004 / AMS 5387 / ISO 5832-4 组）是一种中碳钴基合金，旨在在高压、腐蚀性以及轻度热环境中抵抗磨损与腐蚀。
化学成分（典型值）
元素 | 含量范围（wt.%） | 关键作用 |
|---|---|---|
钴（Co） | 余量（≥50.0） | 提供热硬性与耐腐蚀性的基体元素 |
铬（Cr） | 28.0–32.0 | 提供抗氧化与耐化学腐蚀能力 |
钨（W） | 12.0–15.0 | 增强耐磨与抗磨粒磨损能力 |
碳（C） | 1.5–2.0 | 形成碳化物以提高硬度 |
镍（Ni） | ≤3.0 | 提高延展性 |
铁（Fe） | ≤3.0 | 少量残余元素 |
硅（Si） | ≤1.2 | 改善铸造特性 |
锰（Mn） | ≤1.0 | 有助于热加工性 |
物理性能
性能 | 数值（典型） | 测试标准/条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.75 g/cm³ | ASTM B311 |
熔化范围 | 1260–1345°C | ASTM E1268 |
导热系数 | 12.0 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
电阻率 | 0.95 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
热膨胀系数 | 12.6 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）
性能 | 数值（典型） | 测试标准 |
|---|---|---|
硬度 | 43–48 HRC（铸态）/ 最高可达 50 HRC（HIP 处理） | ASTM E18 |
抗拉强度 | 950–1150 MPa | ASTM E8/E8M |
屈服强度（0.2%） | 550–700 MPa | ASTM E8/E8M |
延伸率 | 1.5–3.5% | ASTM E8/E8M |
耐磨指数 | > 316 不锈钢的 2 倍 | ASTM G65 |
Stellite 4 的关键特性
耐磨性与韧性平衡：在不具备更高硬度 Stellite 牌号那种脆性的前提下提供较强耐磨保护，适用于滑动接触与易受冲击的零部件。
中等硬度且具备良好可加工性：相比 Stellite 1 或 3 更易加工，同时保持优异的表面耐久性。
耐腐蚀性：在最高达 900°C 的酸性、盐雾与氧化环境中具备抗腐蚀能力，适用于阀门与泵内部件。
尺寸稳定性：在承受压力、摩擦与中等热负荷的工况下仍能保持结构完整性与严格公差。
Stellite 4 的 CNC 加工挑战与解决方案
加工挑战
刀具磨粒磨损
即使碳化物体积分数中等，仍会导致未涂层或选型不当的刀具出现后刀面磨损。
积屑瘤与涂抹（粘附）
冷却不足或前角不当会引发粘附，降低表面质量并削弱公差控制。
热量产生
较低的导热性会使热量集中在切削界面，导致刀刃退化。
优化加工策略
刀具选择
参数 | 建议 | 理由 |
|---|---|---|
刀具材料 | PVD 涂层硬质合金（K20–K30），或精加工用 CBN | 可应对磨粒磨损并保持刃口完整性 |
涂层 | TiAlN 或 AlCrN（3–5 µm） | 降低热量与摩擦 |
几何参数 | 正前角到中性前角（5° 到 0°），刃口钝化 0.03 mm | 控制切削力并防止崩刃 |
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 | 10–18 | 0.20–0.30 | 2.0–3.0 | 100–120 |
精加工 | 20–28 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 120–150 |
Stellite 4 机加工零件的表面处理
热等静压（HIP）
HIP 在 1150°C、150 MPa 条件下可细化显微组织，降低孔隙率，并提升疲劳与耐磨性能。
热处理
热处理 可用于机加工后消除残余应力并稳定碳化物。
高温合金焊接
高温合金焊接 允许采用 TIG 或 PTA 方法进行无裂纹堆焊，并配合预热与受控层间温度。
热障涂层（TBC）
TBC 涂层 可保护在高速高温系统中承受热气侵蚀的零件。
电火花加工（EDM）
EDM 建议用于精加工硬化后的 Stellite 4 零件，可实现 ±0.005 mm 公差与 Ra <0.6 µm 的表面粗糙度。
深孔钻削
深孔钻削 适用于制造阀笼与套筒中的耐磨孔类结构特征。
材料测试与分析
材料测试 包括硬度测试、磨损模拟（ASTM G65）以及金相碳化物分布（carbide mapping）。
Stellite 4 零部件的行业应用
阀座与阀杆
用于在腐蚀与冲蚀工况下运行的高压阀内件的 CNC 加工零件。
油气行业
用于承受含砂浆液流、含砂流体或气体节流的孔板、套筒与节流阀内件（trim）。
海洋工程
可抗生物污损与海水冲蚀的轴套、泵部件与衬套。
能源与电力
用于蒸汽轮机与热循环系统中的滑动垫块与耐磨环。
