Stellite 6B
Stellite 6B 简介
Stellite 6B 是一种变形（锻造）钴基合金，以其在宽温度范围内表现出的卓越抗咬合性能、高耐磨性与韧性而著称。与大多数通过铸造或堆焊硬面处理制备的 Stellite 合金不同，Stellite 6B 采用变形加工工艺（热锻与退火）生产，因此在不牺牲耐腐蚀性与耐热性的前提下，获得更优异的力学完整性与可加工性。
经 CNC 加工的 Stellite 6B 零部件广泛应用于阀门系统、泵、工业切削工具以及航空航天结构中。该合金非常适合涉及滑动磨损、冲击、汽蚀与热循环的工况——因此在能源、化工、海洋与油田等行业中是常用材料之一。
Stellite 6B 的化学、物理与机械性能
Stellite 6B（UNS R30016 / AMS 5894 / ASTM F90）是一种通过固溶强化的钴基合金，并由碳化物相增强；其通过热加工制备以确保更好的韧性与更均匀一致的性能。
化学成分（典型值）
元素 | 含量范围（wt.%） | 关键作用 |
|---|---|---|
钴（Co） | 余量（≥58.0） | 提供热稳定性与耐腐蚀性 |
铬（Cr） | 28.0–32.0 | 增强抗氧化与耐化学腐蚀能力 |
钨（W） | 3.5–5.5 | 形成耐磨碳化物 |
碳（C） | 0.9–1.4 | 形成碳化物，提高抗咬合与抗磨粒磨损能力 |
镍（Ni） | ≤3.0 | 有助于提升韧性 |
铁（Fe） | ≤3.0 | 少量残余元素 |
锰（Mn） | ≤1.0 | 有助于热加工性 |
硅（Si） | ≤1.2 | 改善热成形过程中的表面质量 |
物理性能
性能 | 数值（典型） | 测试标准/条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.42 g/cm³ | ASTM B311 |
熔化范围 | 1320–1395°C | ASTM E1268 |
导热系数 | 13.0 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
电阻率 | 0.95 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
热膨胀系数 | 13.2 µm/m·°C（20–400°C） | ASTM E228 |
比热容 | 420 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
弹性模量 | 205 GPa（20°C） | ASTM E111 |
机械性能（变形退火态）
性能 | 数值（典型） | 测试标准 |
|---|---|---|
硬度 | 33–43 HRC（退火态）/ 最高可达 45 HRC（时效后） | ASTM E18 |
抗拉强度 | 1050–1200 MPa | ASTM E8/E8M |
屈服强度（0.2%） | 550–700 MPa | ASTM E8/E8M |
延伸率 | 10–20% | ASTM E8/E8M |
夏比冲击韧性 | >20 J（带缺口，室温） | ASTM E23 |
耐磨指数 | > 316 不锈钢的 2.5 倍 | ASTM G65 |
Stellite 6B 的关键特性
无与伦比的抗咬合性能：在无润滑条件下的金属对金属滑动接触中表现极佳，甚至与自身配对时亦如此。
更优的韧性：不同于铸态 Stellite，6B 仍能保持延展性，适用于承受冲击载荷与循环工况的零件。
耐腐蚀与抗汽蚀能力：可抵抗氯化物诱发点蚀、海水侵蚀以及流体系统中的冲蚀。
热稳定性：在氧化与热循环环境下，最高可在 850°C 维持强度与耐磨性能。
Stellite 6B 的 CNC 加工挑战与解决方案
加工挑战
切削过程中的应变硬化
表面硬度会快速上升，需要持续监控刀具磨损与切削深度。
碳化物导致的刀具磨损
即便在变形态下，弥散分布的碳化物也会在长时间加工中加速切削刃退化。
刀尖热量积聚
较低的导热性会引起局部温升，并导致涂层或刀具基体失效。
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（K30–K40）；精加工用 CBN | 在韧性与耐磨性之间取得平衡 |
涂层 | TiAlN 或 AlCrN（3–5 µm） | 降低热扩散磨损与后刀面磨损 |
几何参数 | 中性前角（0°），刃口钝化 0.03 mm | 防止崩刃并抑制积屑瘤形成 |
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 6B 机加工零件的表面处理
热等静压（HIP）
HIP 对变形材料通常并非必要，但对于粉末冶金变体，可能会应用以改善显微组织。
热处理
热处理 可在机加工或焊接后提高硬度并实现应力消除。
高温合金焊接
高温合金焊接 使用匹配的填充金属可在热影响区退化最小的情况下，保持合金的耐磨与耐腐蚀性能。
热障涂层（TBC）
TBC 涂层 建议用于暴露在高温燃烧气体与冲蚀环境下的阀门部件与导向件。
电火花加工（EDM）
EDM 对小特征精加工与严格公差几何至关重要，可实现 Ra <0.5 µm。
深孔钻削
深孔钻削 支持生产阀导向件、耐磨套筒与孔板，长径比（L/D）最高可达 30:1。
材料测试与分析
材料测试 包括显微硬度、拉伸测试、夏比冲击以及碳化物弥散分布的金相验证。
Stellite 6B 零部件的行业应用
蒸汽阀与调节阀
用于发电与海洋环境中的阀杆、阀座与阀笼。
航空航天作动与轴承
用于涡轮或液压装配中的衬套与耐磨环，可应对咬合与微动磨损风险。
泵部件
用于高压流动系统中的套筒、柱塞与叶轮，要求具备抗汽蚀与抗冲蚀能力。
井下油田工具
用于暴露在含砂介质、流体摩擦与热循环工况下的井下耐磨垫、导向套与阀体。
