Stellite F
Stellite F 简介
Stellite F 是一种铸态钴基合金，专为需要高强度、高温服役能力以及抗咬合（抗擦伤）、抗热疲劳与耐腐蚀性能的工况而设计。它常用于高速部件，如阀转子、密封件与汽轮机零件，在这些应用中，热循环、摩擦磨损与强腐蚀性介质往往是持续且严苛的。
Stellite F 作为“铸造+后续加工”的材料形态，具有较好的加工适应性与力学均匀性，适合在铸造成形后通过先进的 CNC 加工 进行精密后加工。该合金可在高达 1000°C 的条件下保持一定硬度，并在金属对金属的滑动接触中表现出色，尤其适用于旋转或密封类应用。
Stellite F 的化学、物理与机械性能
Stellite F（UNS R30665）具有中等碳含量与相对平衡的铬-钨体系，可在高温条件下提供优异的抗咬合、抗氧化与抗冲击能力。
化学成分（典型值）
元素 | 含量范围（wt.%） | 关键作用 |
|---|---|---|
钴（Co） | 余量（≥50.0） | 提供高温强度与耐腐蚀性的基体 |
铬（Cr） | 25.0–28.0 | 增强抗氧化能力并形成保护性氧化膜 |
钨（W） | 4.5–6.5 | 形成硬质碳化物相以提升耐磨性 |
碳（C） | 0.9–1.2 | 控制碳化物体积分数以提供强度与硬度 |
铁（Fe） | ≤3.0 | 残余元素 |
镍（Ni） | ≤2.5 | 提升延展性与铸造性能 |
硅（Si） | ≤1.2 | 有利于抗氧化并改善铸造流动性 |
锰（Mn） | ≤1.0 | 改善热塑性并提升组织完整性 |
物理性能
性能 | 数值（典型） | 测试标准/条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.7 g/cm³ | ASTM B311 |
熔化范围 | 1300–1385°C | ASTM E1268 |
导热系数 | 13.0 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
电阻率 | 0.96 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
热膨胀系数 | 12.8 µm/m·°C（20–400°C） | ASTM E228 |
比热容 | 420 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 处理态）
性能 | 数值（典型） | 测试标准 |
|---|---|---|
硬度 | 40–47 HRC（铸态）/ 最高约 50 HRC（HIP） | ASTM E18 |
抗拉强度 | 980–1100 MPa | ASTM E8/E8M |
屈服强度（0.2%） | 520–640 MPa | ASTM E8/E8M |
延伸率 | 3.0–4.0% | ASTM E8/E8M |
抗咬合性 | 优秀 | ASTM G98 |
工作温度 | 最高可达 1000°C | N/A |
Stellite F 的关键特性
高抗咬合与耐磨性：面向承压滑动接触而设计，在干摩擦或润滑条件下均能有效抑制粘着与材料转移。
抗热疲劳能力：在反复升温与降温循环中表现稳定，尺寸漂移小、表面损伤低。
耐腐蚀与耐氧化性：可抵御酸性与氧化性介质（如高压蒸汽与燃烧气氛）带来的腐蚀与氧化。
抗冲击与抗汽蚀性能：适用于泵与涡轮等高速旋转系统，可承受循环应力与汽蚀载荷。
Stellite F 的 CNC 加工挑战与解决方案
加工挑战
刀具啮合阶段的粘着/拉伤风险
由于材料具备抗粘着特性，切削过程中可能出现“擦削大于剪切”的趋势，引发颤振或积屑瘤，影响表面质量与尺寸稳定性。
导热性较低
切削热容易在刀尖聚集，增加硬质合金刀片产生微裂纹或热退化的风险。
碳化物网络导致刀具磨损
中等碳化物含量在粗加工或断续切削时对刀具磨损较为明显，需要更严格的刀具寿命管理。
优化加工策略
刀具选择
参数 | 建议 | 理由 |
|---|---|---|
刀具材料 | K30 级硬质合金或 CBN 刀片 | 在硬度与断裂韧性之间取得平衡 |
涂层 | AlCrN 或 TiSiN（PVD 3–5 µm） | 提供热保护并降低摩擦 |
几何参数 | 中性前角，刃口钝化 0.05 mm | 提升刃口强度并抑制崩刃 |
切削参数（符合 ISO 3685）
工序 | 速度（m/min） | 进给（mm/rev） | 切削深度（mm） | 冷却液压力（bar） |
|---|---|---|---|---|
粗加工 | 10–14 | 0.20–0.30 | 1.5–2.0 | 100–120 |
精加工 | 18–22 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 120–150 |
Stellite F 机加工零件的表面处理
热等静压（HIP）
HIP 可消除铸态内部孔隙，提升疲劳与蠕变性能，改善组织致密性与稳定性。
热处理
热处理 可稳定碳化物结构、释放应力，并提升机加工区域的硬度一致性。
高温合金焊接
高温合金焊接 采用成分匹配的填充材料可保证高磨损或强腐蚀系统中的接头完整性。
热障涂层（TBC）
TBC 涂层 可为 950°C 以上的热气流工况提供额外隔热保护，提高表面耐热寿命。
电火花加工（EDM）
EDM 适用于阀类特征、孔口与复杂轮廓的高精度加工，可实现 ±0.01 mm 公差控制。
深孔钻削
深孔钻削 可加工深孔座孔或冷却通道，同时尽量不影响结构稳定性。
材料测试与分析
材料测试 包括硬度测试、组织验证、抗咬合试验以及无损检测（UT/PT）。
Stellite F 零部件的行业应用
涡轮与蒸汽装置部件
阀转子、导流环与阀座密封面，适用于极端温度与高转速工况。
高压密封部件
滑动密封、泵套筒与旋转接头，适用于化工、发电与航空航天等行业。
海洋与海水淡化设备
泵壳体、轴套与耐磨板，抵御盐水、汽蚀与热波动影响。
油气行业
阀内件、导向环与切削工具，承受砂蚀、化学介质侵蚀与压力循环。
