Stellite SF12
Stellite SF12 简介
Stellite SF12 是一种钴基合金，专为极端耐磨、耐热及耐腐蚀性能而开发，尤其适用于金属对金属接触、热循环以及流体冲蚀等工况。该合金采用中等碳含量并提高了钨和铬的含量，形成由硬质碳化物强化的高韧性耐磨基体。
与 Stellite 6 或 Stellite 12 等传统司太立合金相比，SF12 在不牺牲硬度的前提下，优化了可焊性并提升了整体韧性。该材料广泛应用于堆焊、铸造或粉末冶金工艺，并常通过 CNC 加工 进行精密精加工，用于航空航天、能源、石化以及工业阀门系统。
Stellite SF12 的化学、物理及机械性能
Stellite SF12（亦可视为 AWS ERCoCr-A 的类似材料）是一种耐磨型钴-铬-钨合金，专为高温及腐蚀性环境中频繁滑动或冲蚀接触工况而设计。
化学成分（典型值）
元素 | 含量范围（wt.%） | 主要作用 |
|---|---|---|
钴（Co） | 余量（≥50.0） | 提供热稳定性和化学稳定性 |
铬（Cr） | 27.0–30.0 | 增强抗氧化和耐腐蚀性能 |
钨（W） | 3.5–5.0 | 通过碳化物形成提高硬度 |
碳（C） | 1.2–1.5 | 通过碳化物分布实现耐磨性 |
镍（Ni） | ≤3.0 | 提高韧性及抗热疲劳能力 |
铁（Fe） | ≤3.0 | 残余元素 |
硅（Si） | ≤1.2 | 改善铸造流动性和表面质量 |
锰（Mn） | ≤1.0 | 有助于脱氧和凝固控制 |
物理性能
性能 | 典型值 | 测试标准 / 条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.55 g/cm³ | ASTM B311 |
熔化温度范围 | 1315–1395°C | ASTM E1268 |
导热系数 | 13.2 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
电阻率 | 0.95 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
热膨胀系数 | 13.0 µm/m·°C（20–400°C） | ASTM E228 |
比热容 | 425 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
弹性模量 | 210 GPa（20°C） | ASTM E111 |
机械性能（铸态或堆焊状态）
性能 | 典型值 | 测试标准 |
|---|---|---|
硬度 | 45–52 HRC | ASTM E18 |
抗拉强度 | 1050–1200 MPa | ASTM E8/E8M |
屈服强度（0.2%） | 580–680 MPa | ASTM E8/E8M |
延伸率 | 2.0–3.5% | ASTM E8/E8M |
抗咬合性能 | 优异 | ASTM G98 |
工作温度 | 最高可达 1050°C | N/A |
Stellite SF12 的关键特性
优化的耐磨性与更佳的可焊性：SF12 通过碳化物弥散获得高硬度，同时相比 Stellite 12 具有更好的热延展性和更低的残余应力。
热疲劳条件下的热稳定性：在阀门、燃烧室等服役环境中反复热循环后，仍能保持硬度和机械完整性。
优异的金属对金属滑动耐受性：在边界润滑或干摩擦条件下表现出低摩擦、无黏着磨损特性。
耐酸碱介质腐蚀能力强：富铬基体在宽 pH 范围内有效抵抗氧化、腐蚀及蒸汽冲蚀。
Stellite SF12 的 CNC 加工挑战与解决方案
加工挑战
高硬度与高碳化物密度
凝固过程中形成的碳化物显著缩短刀具寿命，尤其在强力粗加工或断续切削条件下。
低导热性
散热能力差，易导致局部热过载，加速未涂层硬质合金刀具的磨损。
加工硬化
表面应变硬化迅速发生，易引起刀具偏移、振动及加工精度下降。
优化的加工策略
刀具选择
参数 | 推荐方案 | 理由 |
|---|---|---|
刀具材料 | K40 级微晶硬质合金或 CBN/PCBN 刀片 | 可承受碳化物造成的强烈磨蚀 |
涂层 | TiAlN 或 AlCrN（3–5 µm PVD） | 提高耐热性和润滑性能 |
几何形状 | 中性前角，刃口倒钝 0.03–0.05 mm | 增强刃口耐久性，减少崩刃 |
切削参数（符合 ISO 3685）
工序 | 速度（m/min） | 进给量（mm/rev） | 切削深度（mm） | 冷却液压力（bar） |
|---|---|---|---|---|
粗加工 | 10–14 | 0.20–0.25 | 1.5–2.5 | 100–120 |
精加工 | 16–22 | 0.05–0.10 | 0.3–1.0 | 120–150 |
Stellite SF12 加工零件的表面处理
热等静压（HIP）
HIP 可致密化内部组织，提高疲劳性能，并消除铸造或增材制造零件中的微孔缺陷。
热处理
热处理 用于稳定碳化物分布并在加工后释放残余应力。
高温合金焊接
高温合金焊接 可在高磨损装配连接处保持机械完整性和化学耐受性。
热障涂层（TBC）
TBC 涂层 可使零件在超过 950°C 的火焰或排气流环境中获得有效隔热保护。
电火花加工（EDM）
EDM 适用于 SF12 堆焊层或硬面结构的高精度加工。
深孔钻削
深孔钻削 适用于 L/D > 20:1 且对圆度要求极高的关键油路或蒸汽通道。
材料测试与分析
材料测试 包括碳化物分析、XRD 相结构验证、洛氏硬度分布测试以及超声缺陷检测。
Stellite SF12 零部件的行业应用
控制阀与调节阀
阀座、阀杆及阀锥在汽蚀、高速冲蚀和热冲击条件下工作。
航空航天燃烧系统
涡轮防护罩、耐磨垫片及导向叶片边缘，暴露于氧化性气流和磨粒冲刷环境。
化工与蒸汽处理
泵套、叶轮及背板在低 pH 或高盐介质中承受旋转磨损。
油气田设备
井下工具、阀内件及钻头可抵抗冲击、砂蚀及化学介质侵蚀。
