Стеллит – сплав специального назначения

Ключевые особенности:

• для получения высокой твердости не требуется термообработка;
• стабильная структура, устойчивая к механическому воздействию;
• основной элемент – кобальт в легированной матрице;
• повышенная прочность тонких изделий за счет иглообразных карбидных включений;
• высокая химическая стойкость, сохранение целостности и прочностных характеристик при контакте с кислотами и щелочами.

Недостаток стеллита – сложность обработки резанием, шлифованием и затачиванием, вызванная высокой прочностью материала.

Рис. 1 Прокат стеллита

Схожие сплавы

Современная металлургия предлагает аналоги стеллита. Наиболее востребованный из них – стелен. Материал характеризуется оптимизированным химическим составом и улучшенными механическими характеристиками, востребован при изготовлении компонентов, работающих под нагрузкой.

Рис. 2 Прокат стелена

Прочими аналогами стеллита являются акрит, смена, горан и мироманнит. Сплавы имеют сопоставимую прочность и температурную стойкость, широко используются в промышленности.

Коррозионная стойкость стеллита

Материал характеризуется высокой коррозионной стойкостью, сопротивляется окислению на открытом воздухе и в воде. Например, сплав стеллит 12 после годичного пребывания в море теряет до 0,005 мм толщины.

Коррозионная стойкость стеллита в хлорсодержащих составах аналогична нержавеющим сталям. Деградация материала происходит посредством точечной коррозии, а не потери массы.

Рис. 3 Точечная коррозия стеллита в хлорсодержащем составе

Химический состав

Коррозионная стойкость стеллита в хлорсодержащих составах аналогична нержавеющим сталям. Деградация материала происходит посредством точечной коррозии, а не потери массы.

Производство стеллита в России осуществляется по ГОСТ 21449-75. Стандарт распространяется на марки ПР: ПР-С27, ПР-В3К и ПР-В3К-Р.

Таблица 1. Сортамент прутков из стеллита марки ПР

Металлургические предприятия прочих стран активно выпускают местные аналоги стеллита. Сплавы имеют очищенный состав, не содержат фосфора и серы.

Таблица 2. Химический состав отечественных и зарубежных марок стеллита в процентах от общей массы

Значительное распространение получили сплавы стеллит В3К, стеллит 20 и стеллит 6. Первый активно применяется в России, второй и третий – за ее пределами.

Физические свойства стеллита

Значительное распространение получили сплавы стеллит В3К, стеллит 20 и стеллит 6. Первый активно применяется в России, второй и третий – за ее пределами.

Марка	Описание	Структура
ПР-В3К и ПР-В3К-Р (прутки стеллита)	Сплавы, устойчивые к механическим нагрузкам. Предельная температура эксплуатации – 800 градусов. Затачивать инструмент из стеллита ВЗК проще, чем изделия из прочих марок.
Стеллит 1	Материал со сниженной вязкостью и выраженной стойкостью к истиранию. Сплав подвержен растрескиванию при производстве, требует плавного охлаждения. Рекомендуемая температура эксплуатации изделий – 760 градусов.
Стеллит 6	Многофункциональный сплав с высокими показателями ударной вязкости. Материал имеет плотность 8,44 г/см3, сохраняет прочность при нагреве до 950 градусов.
Стеллит 12	Многофункциональный сплав с высокими показателями ударной вязкости. Материал имеет плотность 8,44 г/см3, сохраняет прочность при нагреве до 950 градусов.
Стеллит 21	Сплав на базе сложных карбидов в легированной матрице. Материал характеризуется максимальной химической стойкостью, сохраняет свойства при нагреве до 1 150 градусов. Нормативная плотность – 8,33 г/см3.

Изделия из стеллита, не подвергавшиеся окрашиванию, имеют серый или красно-коричневый цвет. Допускается наличие переходных оттенков, обусловленных параметрами термической обработки и составом сплава.

Рис. 4 Изделия из стеллита

Поверхность продуктов имеет незначительные шероховатости, при отсутствии механической обработки является матовой.

Твердость

Твердость стеллита также зависит от марки. Параметр определяется по шкале HRC, имеет следующие значения:

• ПР-В3К и ПР-В3К-Р – 41,5 и 47,5 соответственно;
• стеллит 1 – от 51 до 60;
• стеллит 6 – от 36 до 46;
• стеллит 12 – от 46 до 51;
• стеллит 21 – от 27 до 40.

Изделия с наплавками из стеллита характеризуются повышенным ресурсом, подходят для интенсивной эксплуатации в сложных условиях.

Рис. 5 Стеллитовая наплавка на поверхности режущего инструмента

Как формируются стеллитовые наплавки?

Наплавление стеллита осуществляют ацетилено-кислородным пламенем. Это исключает окисление формируемого слоя, выгорание хрома и вольфрама. Горелка располагается на расстоянии 20 см от заготовки.

Работы выполняются в следующем порядке:

• основа нагревается до температуры 600 – 700 градусов;
• к целевой поверхности подводится стеллитовый стержень;
• стеллит постепенно сплавляется, занимая требуемую площадь.

Предварительный прогрев поверхности – обязательная процедура. Она снижает риск внутренних напряжений, появления трещин и отслоений.

Рис. 6 Станок для наплавки стеллита на поверхность ленточных пил

Реакция материала на растяжение

Сплавы линейки ПР имеют предел прочности 66 кгс/мм2. Показатель близок к инструментальной стали 9ХФ.

Стеллит 6 обладает предельной прочностью в 790 МПа, стеллит 12 – 740 МПа, стеллит 21 – 710 МПа. Последний отличается 3% относительным удлинением, увеличивающим риск деформации.

Рис. 7 Испытание стеллита на растяжение

Изготавливаемые изделия

Современные производители предлагают пилы со стеллитом, профильные напайки и прочую продукцию. Изделия востребованы в промышленности и быту благодаря высоким эксплуатационным качествам.

Выделяют два типа решений.

• С наплавочным стеллитом. Товары, содержащие соответствующие наплавки. Как правило, это режущий инструмент для обработки деревянных и металлических заготовок.
• Из отливочного стеллита. Изделия, выполненные из сплава путем отливки. Они имеют прекрасную механическую прочность, используются в агрессивной среде, хорошо переносят механические нагрузки.

Продукция на базе стеллита не изготавливается методом ковки. Наплавки наносятся на углеродистую, инструментальную и нержавеющую сталь, допускается работа с чугуном.

Рис. 8 Нож из стеллита

Каждая марка используется для решения определенных задач.

Марка	Описание	Фото продукции
ПР-В3К и ПР-В3К-Р	Сплавы позволяют сформировать бездефектные наплавки. Последние устойчивы к истиранию, имеют прекрасную адгезию к основанию.
Стеллит 1	Материал, востребованный при изготовлении накладок, насосных и шарикоподшипниковых втулок, а также уплотнительных элементов.
Стеллит 6	Посредством стеллита 6 выпускаются валы, клапаны и седла. Материал задействуется при подготовке пар качения и противоэрозионных наплавок.
Стеллит 12	Сплав для выпуска режущего инструмента, лопастей, плунжеров и втулок. Допускается создание наплавок на прижимных роликах и роторных лопастях.
Стеллит 21	Материал для изготовления компонентов, работающих под нагревом. Он применяется в авиационных подшипниках и ответственных деталях производственного оборудования.

Область применения стеллита стремительно расширяется. Сплав используется в новых отраслях промышленности, позволяет реализовать сложные технические решения.