Стеллит, его характеристики, свойства и назначение

Существует очень много деталей и изделий, рассчитанные на использование в трудных условиях (химически энергичные среды, очень большие нагрузки, термическое воздействие и т. д.). Для их изготовления используют особенные материалы, к которым относится стеллит.

Под этим термином знают вид твёрдых высокоуглеродистых сплавов, состоящих в основном из кобальта в легированной матрице. Они принадлежат к группе цветных литых сплавов, впрочем раньше существовал черный вариант стеллита с содержанием железа до 20% объема.

Стеллит выделяется существенно прекрасными рабочими параметрами от быстрорежущей стали. Данные сплавы, твёрдые в исходном виде, не просят закалки и термообработки. Не обращая внимания на изменения структуры при больших температурах берегут режущую способность приблизительно до 800 °C. Ввиду отсутствия воздействия отпуска, отличительного для стали, структура стеллита стабильна. В ней присутствуют включения карбида в виде очень маленьких игл, кол-во которых увеличивается при быстром охлаждении. Этим поясняется уменьшение хрупкости сплавов при отливке тонких профилей. Они стойки к воздействию кислот и других химически активных веществ. Удельный вес составляет 9 кг/дм 3 . К минусам относят небольшую возможность обработки путем шлифовки и отливки и хрупкость после отливки.

Нужно сказать, что есть улучшенные варианты рассматриваемых сплавов с оптимизированным химическим составом и усовершенствованными механическими параметрами, именуемые стеллен.

Более того, создали много прочих заменителей. Среди них – горан, акрит, мироманнит, цельзит, смена.

Устойчивость к коррозии

Устойчивость к коррозии относят к важным параметрам стеллита. Причем она сберегается и при нагревании.

К примеру, для стеллита 6 в морской воде при 22 °C потеря массы будет примерно 0,05 мм в течении года, а электродный потенциал -0,25 В, -0,4 В для типа 1, -0,3W для типа 12.

В этой обстановке, как и в хлоридных растворах, рассматриваемые сплавы стеллит покрываются ржавчиной подобно нержавейкам путем развития точечной коррозии, а не потери массы.

Стеллит 21 выделяется особо высокими параметрами. Он хранит устойчивость к окислению и воздействию газовых и восстановительных сред до 1150 °C. Очень высокая стойкость к восстановительным и химически энергичным средам вроде соляной и серной кислот, сернистого газа если сравнивать со стеллитом 6 вызвана очень высокой долей Mo взамен W. Электродный потенциал равён -0,3 В.

Состав

Стеллиты включают в качестве центральных элементов W, Ni, Mo, Co либо Cr. Доля данных компонентов устанавливается типом сплава. Общей спецификой всех видов считается отсутствие железа либо невысокое содержание (до 20%) и присутствие углерода. Последний применяется по аналогичному принципу, что и в стали высокого качества: за счёт формирования кристаллической решётки карбидов он обеспечивает твердость сплава. Аналогичным образом, путем варьирования количества углерода меняют характеристики материала. Другие параметры (твердость, магнитные свойства, устойчивость к износу и т. д.) также определяются составом.

Важные элементы представлены Co (47 – 62 либо 30 – 55%), Cr (27 – 33 либо 20 – 35 %), W (4 – 17 либо 9 – 15%), Fe (менее 5%) C (1 – 2,5 либо 1,3 – 2%).

Состав стеллитовых прутьев регламентирован ГОСТ 21449-75.

• ПР-ВЗК на кобальтовой основе (59,19%) включают 28–32% (28,5%) Cr, 4–5% (4,67%) W, 2–2,7% (2,43%) Si, 2% Fe, 1–1,3% (1,46%) C, 0,5–2% Ni 0,07% S, 0,03% P.
• ПР-ВЗК-Р на той же основе включает то же кол-во Cr, 7–11% W, 3% Fe, 1,6–2% C, 1,2–1,5% Si, 0,1–2% Ni, 0,3–0,6% Mn, 0,02–0,3% Sb, 0,07% S, 0,02% P.
• В ВК2 входит 47–53% Co, 27–33% Cr, 13–17% W, 2–3% Ni, 1–2% Si, 1–1,5% Mn, 1,8–2,5% С, 2% Fe.
• Состав ВК3 представлен 58–62% Co, 28–32% Cr, 4–5% W, 2–3% Ni, 2,5–2,8% Si, 2% Fe, 1–1,5% C.
• КВ5Х30 включает 58–62% Co, 28–32% Cr, 4,5–5% W, 2–4% Fe, 1–1,5% C, 1–2% Si и так же Ni. Еще 1,5% составляют примеси.
• Cтеллит 6 включает Cr (28% массы), W (4,5%), C (1,2%), а еще Co и Fe, Mo, Ni, Si, Mn.
• Вид 1 выделяется существенной долей первичных карбидов. В него входит 30% Cr, 13% W, 2,5% C, а еще Ni, Fe, Mo, Si, Mn.
• Вид 12 на Co основе отмечается большими долей W и содержанием карбидов. Его состав предоставлен 29% Cr, 8,5% W, 1,8% C и теми же дополнительными элементами.
• Вид 21 на той же основе включает легированную матрицу, предоставленную преимущественно Cr и Mn, кроме Co. Распределение и характерности карбидов определяются историей обработки, а, поэтому, и свойства. Во всяком случае их доля низка. Состав этого типа сплава представлен 27% Cr, 2,5% Ni, 5,5% Mo, 1,5% Fe, а еще C, Si, B, Mn.
• ПР-С27 Сормайт на основе Ni и Fe включает 25–28% (25–31% либо 13–17,5% по другим сведеньям) Cr, 3,3–4,5% (2,5–3,3% либо 1,5–2%) C, 3% Fe, 1,5–2% (3–5% либо 1,3–2,2%) Ni, 1–2% (2,8–4,2% либо 1,5–2,2%) Si, 1–1,5% Mn, 0,2–0,4% (отсутствует) W, 0,08–0,12% Mo, 0,07% S, 0,02% P.

Стеллен имеет кобальтовую основу и включает 20–33% Cr, 4–19% W, 0,1–2,45% C, а еще Ni, Fe, Si, Mn, Mo. В цельзит входит 41% Co, 26% Cr, 25% W, 4–6% Fe, 2–8% C. Смена выделяется заменой Co на Ni. Его состав представлен 48% Ni, 30% Cr, 20% W, 2% C.

Нужно сказать, что существует очень много прочих подобных сплавов, где кобальт заменен никелем.

Физические свойства

Устойчивость к износу, как и коррозионная, сберегается при очень высоких температурах. Впрочем благодаря этому стеллит тяжело отделывается. Температура плавления равна 1260–1300 °C.

Для ПР-ВЗК и ПР-ВЗК-Р самая большая температура наплавок – 750 и 800 °C исходя из этого. Данные сплавы отличаются устойчивостью к износу к воздействию нагрузок механики, химически активных сред, больших температур, отлично затачиваются.

Стеллит 6 стоек к многим химическим и механическим факторам в обширном диапазоне температур (до 950 °C), а еще кавитационной коррозии и ударно вязок. Плавление происходит в диапазоне 1285–1410 °C. Плотность равняется примерно 8,44 г/см 3 (8,7 г/см 3 по другим сведеньям).

Стеллит 1 выделяется чуть-чуть сниженной вязкостью, что возмещается очень высокой стойкостью к износу и пологой эрозии. Также если сравнивать с прочими вариантами сплава более подвергается трещине, по этому просит более медленного охлаждения при наплавке. Плотность равна 8,7 г/см 3 , диапазон температур плавления – 1190–1345 °C.

Стеллит 12 соединяет качества 2-ух предыдущих типов. От первого он выделяется лучшей стойкостью к скольжению, трению, износу, пологой эрозии, термическому воздействию при стойкости к кавитации и высокой ударной вязкости. Максимальная температура использования составляет 700 °C, а плавление происходит в интервале 1200-1365 °C. Плотность равна 8,5 г/см 3 .

Как было отмечено, параметры стеллита 21 в большей мере определяются историей обработки. Во всяком случае он направлен на износостойкость при истирании и скольжении. Кроме того, возможно значительное упрочнение поверхности при изнашивании. Но этот тип сплава практически не переносит истирание твёрдыми частичками. Более того, рассматриваемый сплав стоек к термическому воздействию и ударам.

Стеллит может быть покрашен в антрацитово-серый, золотистый, красно-коричневый цвета и промежуточные оттенки. Блеск незначителен. Поверхность шероховата, что устанавливается технологией производства.

Плавление стеллена происходит в диапазоне 1285–1410 °C либо 1295-1480 °C. Как и стеллит, данные сплавы обладают износоустойчивостью, кавитации, эрозии, износу, коррозии, абразивному и химическому воздействию.

Этот показатель для стеллита составляет 370–475 HV либо 7,5–8,5 по шкале Мооса.

• Твердость стеллита 6 составляет 36–46 HRC и сберегается до 500 °C (она уменьшается с 410 HV при 20 °C до 301 HV, к 900 °C она уменьшается до 95 HV).
• Для стеллита 12 этот показатель составляет 46–51 HRC. При температурном воздействии уменьшается с 347 HV при 20 °C до 197 HV при 500 °C и 92 HV при 900 °C.
• Стеллит 21 имеет твердость 27–40 HRC. С увеличением температуры она уменьшается с 546 HV при 20 °C до 371 HV при 500 °C и 153HV при 900 °C.
• Для стеллита 1 твердость составляет 51–60 HRC и сберегается до 760 °C.

Твердость наплавленного слоя из ПР-ВЗК составляет 40 HRC, ПР-ВЗК-Р – 45,9 HRC, ВЗК – 43–45 (37–42) HRC, В2К – 45–48 HRC, ВХН1 – 20–25 HRC, ПР-С27 – 48 HRC в виде прутьев и 50 HRC в виде порошка, М – 52 HRC.

Для стеллена твердость составляет 20–59 HRC.

Свойства при растяжении

Показатель линейного увеличения для ПР-В3К-Р и ПР-В3К близок к критерию сталей 9ХФ и 9ХФМ, благодаря чему отсутствуют внутренние напряжения на краях. Прочностный предел при растяжении для ВЗК равён 66 кгс мм.

Для литых изделий из стеллита 6 при температуре 20 градусов максимальная крепость на разрыв будет примерно 790 Мпа, предел текучести – приблизительно 660 Мпа, относительное удлинение – менее 1%.

Для деталей из стеллита 12 максимальная крепость на разрыв равна 740 Мпа, предел текучести – 580 Мпа, относительное удлинение такое же.

Изделия из стеллита 21 близки по первым двум критериям к предыдущему типу сплава (710 Мпа и 565 Мпа исходя из этого), но отличаются большим условным удлинением (менее 3%).

Стеллит используют двумя вариантами: создавая из него детали методом литья и нанося этот сплав в виде покрытий путем наваривания, напыления и наплавления. В другом варианте он представлен в виде порошка, прутьев, электродов для сварки и проволки. Ковка для данных сплавов неприменима. Наплавка возможна на поверхности из низколегированной, углеродистой, нержавеющей сталей, чугуна. Аналогичным образом, можно выделить наплавочные и литые стеллиты. Используют соединение данных методов путем применения наплавочных пластин. Соединение их с поверхностью выполняют путем пайки либо сварки шва.

Рассмотренные сплавы также ориентированы на самые разнообразные методы производства.

• Стеллит 6 подойдет для наплавки и плакирования. Возможна токарная обработка стеллита 6 с использованием карбидных инструментов для резки.
• Вид 1 применяют тем же образом. Возможна обработка исключительно путем шлифования.
• Вид 12 направлен на отливку и подойдет для наплавки.
• ПР-C27 представлен в виде прутьев и порошка. Два варианта используют для наплавки.
• ПР-ВЗК и ПР-ВЗК-Р также направлены на наплавку и представлены в виде прутьев.

Нужно сказать, что под термическим воздействием при электронаплавке меняется твердость и состав.

Степень изменения устанавливается толщиной наплавленного слоя. К примеру, через 2 мм уменьшается содержание углерода для ВЗК с 1,46 до 1,02% и кобальта с 59,19 до 55,08%. Твердость снижена на 3–4 по Роквеллу.

Детали из стеллена отличаются особо качественной ровной поверхностью без недостатков, что увеличивает стойкость к износу и изнашиванию. Так, если сравнивать со стеллитовыми изделиями стелленовые имеют на 40% лучшую устойчивость к износу.

Стандартная структура

Из приведенного выше материала видно, что сплавы стеллита предоставлены в большом количестве вариантов. Дальше приведены общие описания отдельных из них.

• Стеллит 6 считается наиболее широко используемым вариантом сплава и считается стандартом устойчивых к износу материал общего использования.
• Вид 1 представлен вариантом для наплавки с высокой устойчивостью к коррозийным процессам и износу.
• Вид 3 считается литейным вариантом предыдущего сплава с подобными рабочими характеристиками.
• Вид 12 считают промежуточным относительно типов 6 и 1 (3). Если сравнивать с первым он выделяется лучшей стойкостью к скольжению, термическому воздействию, трению, износу, пологой эрозии при стойкости к кавитации и высокой ударной вязкости.
• Вид 21, с самого начала известен как стеллит 8, отличается очень высокой износоустойчивостью и коррозии.
• ПР-ВЗК и ПР-ВЗК-Р служат для наплавки и направлены на режущее оборудование.
• ПР-С27 Сормайт считается наиболее недорогим вариантом. Этот сплав выделяется от заменителей на кобальтовой и никелевой основе намного меньшей стоимостью, но и чуть-чуть уступает по рабочим показателям, тем более при большой температуре.

Использование

Область применения стеллита устанавливается вышеприведенными параметрами. Так, как правило его задействуют для создания деталей, рассчитанные на большие истирающие нагрузки и температуры. К ним можно отнести седла клапанов и детали турбин ДВС, режущие инструменты, оборудование машиностроительной, нефтехимической, пищевой нефтегазодобывающей, стекольной, химической промышленных сфер и т. д. Дальше рассмотрено использование определенных типов сплава.

• Твёрдые варианты ПР-ВЗК и ПР-ВЗК-Р, В2К, ВХН1 служат для бездефектных плотных наплавок на режущие инструменты и представлены в виде прутьев.
• Из стеллита 6 делают насосные подшипники и валы, клапанные затворы и седла, пары качения, противоэрозионные наплавки.
• Вид 1 служит для наплавки насосных и шарикоподшипниковых втулок, накладок, уплотнений и т. д.
• Вид 12 используют по большей части для режущего оборудования, насосных лопастей, подшипниковых плунжеров и втулок, стеклянных форм, а еще наплавляют на клапаны, прижимные ролики, роторные лопасти.
• ПР-С27 используют для наплавки с целью увеличения стойкости к износу подверженных абразивному изнашиванию поверхностей.

Для стеллена область использования аналогична стеллиту: металлургия, автомобиле-, авиа-, автомобилестроение, легкая и нефтегазовая промышленной отрасли.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.