司太立合金性能匯總

 司太立合金（Stellite）是一種能耐各種類型磨損和腐蝕以及高溫氧化的硬質(zhì)合金。即通常所說的鈷鉻鎢（鉬）合金或鈷基合金，司太立合金由美國人Elwood Hayness 于1907年發(fā)明。司太立合金是以鈷作為主要成分，含有相當數(shù)量的鎳、鉻、鎢和少量的鉬、鈮、鉭、鈦、鑭等合金元素，偶而也還含有鐵的一類合金。根據(jù)合金中成分不同，它們可以制成焊絲，粉末用于硬面堆焊，熱噴涂、噴焊等工藝，也可以制成鑄鍛件和粉末冶金件。

 分類

    按使用用途分類，司太立合金可以分為司太立耐磨損合金，司太立耐高溫合金及司太立耐磨損和水溶液腐蝕合金。一般使用工況下，其實都是兼有耐磨損耐高溫或耐磨損耐腐蝕的情況，有的工況還可能要求同時耐高溫耐磨損耐腐蝕，而越是在這種復雜的工況下，才越能體現(xiàn)司太立合金的優(yōu)勢。

    典型牌號及組織

    司太立合金的典型牌號有：Stellite1，Stellite4，Stellite6，Stellite8，Stellite12，Stellite20，Stellite31，Stellite100等。在我國，主要對司太立高溫合金研究比較深入和透徹（國內(nèi)主要研究機構(gòu)與推廣單位有鋼鐵研究總院與北京融品科技有限公司等）。與其它高溫合金不同，司太立高溫合金不是由與基體牢固結(jié)合的有序沉淀相來強化，而是由已被固溶強化的奧氏體fcc基體和基體中分布少量碳化物組成。鑄造司太立高溫合金卻是在很大程度上依靠碳化物強化。純鈷晶體在417℃以下是密排六方（hcp）晶體結(jié)構(gòu)，在更高溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)閒cc。為了避免司太立高溫合金在使用時發(fā)生這種轉(zhuǎn)變，實際上所有司太立合金由鎳合金化，以便在室溫到熔點溫度范圍內(nèi)使組織穩(wěn)定化。司太立合金具有平坦的斷裂應力-溫度關(guān)系，但在1000℃以上卻顯示出比其他高溫下具有優(yōu)異的抗熱腐蝕性能，這可能是因為該合金含鉻量較高，這是這類合金的一個特征。

    耐高溫耐腐蝕性能

    一般鈷基高溫合金缺少共格的強化相，雖然中溫強度低（只有鎳基合金的50-75%），但在高于980℃時具有較高的強度、良好的抗熱疲勞、抗熱腐蝕和耐磨蝕性能，且有較好的焊接性。適于制作航空噴氣發(fā)動機、工業(yè)燃氣輪機、艦船燃氣輪機的導向葉片和噴嘴導葉以及柴油機噴嘴等。

    碳化物強化相 鈷基高溫合金中最主要的碳化物是 MC，M23C6和M6C在鑄造司太立合金中，M23C6是緩慢冷卻時在晶界和枝晶間析出的。在有些合金中，細小的M23C6能與基體γ形成共晶體。MC碳化物顆粒過大，不能對位錯直接產(chǎn)生顯著的影響，因而對合金的強化效果不明顯，而細小彌散的碳化物則有良好的強化作用。位于晶界上的碳化物（主要是M23C6）能阻止晶界滑移，從而改善持久強度，鈷基高溫合金HA-31（X-40）的顯微組織為彌散的強化相為 （CoCrW）6 C型碳化物。

    在某些司太立合金中會出現(xiàn)的拓撲密排相如西格瑪相和Laves等是有害的，會使合金變脆。司太立合金較少使用金屬間化合物進行強化，因為Co3 （Ti﹐Al）﹑Co3Ta等在高溫下不夠穩(wěn)定，但近年來使用金屬間化合物進行強化的司太立合金也有所發(fā)展。

    司太立合金中碳化物的熱穩(wěn)定性較好。溫度上升時﹐碳化物集聚長大速度比鎳基合金中的γ相長大速度要慢，重新回溶于基體的溫度也較高（最高可達1100℃），因此在溫度上升時﹐司太立合金的強度下降一般比較緩慢。

    司太立合金有很好的抗熱腐蝕性能，一般認為，司太立合金在這方面優(yōu)于鎳基合金的原因，是鈷的硫化物熔點（如Co-Co4S3共晶，877℃）比鎳的硫化物熔點（如Ni-Ni3S2共晶645℃）高，并且硫在鈷中的擴散率比在鎳中低得多。而且由于大多數(shù)司太立合金含鉻量比鎳基合金高，所以在合金表面能形成抵抗堿金屬硫酸鹽（如Na2SO4腐蝕的Cr2O3保護層）。但司太立合金抗氧化能力通常比鎳基合金低得多。 早期的司太立合金用非真空冶煉和鑄造工藝生產(chǎn)。后來研制成的合金，如Mar-M509合金，因含有較多的活性元素鋯、硼等，用真空冶煉和真空鑄造生產(chǎn)。

    耐磨損性能

    合金工件的磨損在很大程度上受其表面的接觸應力或沖擊應力的影響。在應力作用下表面磨損隨位錯流動和接觸表面的互相作用特征而定。對于司太立合金來說，這種特征與基體具有較低的層錯能及基體組織在應力作用或溫度影響下由面心立方轉(zhuǎn)變?yōu)榱矫芘啪w結(jié)構(gòu)有關(guān)，具有六方密排晶體結(jié)構(gòu)的金屬材料，耐磨性是較優(yōu)的。此外，合金的第二相如碳化物的含量、形態(tài)和分布對耐磨性也有影響。由于鉻、鎢和鉬的合金碳化物分布于富鈷的基體中以及部分鉻、鎢和鉬原子固溶于基體，使合金得到強化，從而改善耐磨性。在鑄造司太立合金中，碳化物顆粒尺寸與冷卻速度有關(guān)，冷卻快則碳化物顆粒比較細。砂型鑄造時合金的硬度較低，碳化物顆粒也較粗大，這種狀態(tài)下，合金的磨料磨損耐磨性明顯優(yōu)于石墨型鑄造（碳化物顆粒較細），而粘著磨損耐磨性兩者沒有明顯差異，說明粗大的碳化物有利于改善抗磨料磨損能力。

    熱處理

    司太立合金中的碳化物顆粒的大小和分布以及晶粒尺寸對鑄造工藝很敏感，為使鑄造司太立合金部件達到所要求的持久強度和熱疲勞性能，必須控制鑄造工藝參數(shù)。司太立合金需進行熱處理，主要是控制碳化物的析出。對鑄造司太立合金而言，首先進行高溫固溶處理，溫度通常為1150℃左右，使所有的一次碳化物，包括部分MC型碳化物溶入固溶體；然后再在870-980℃進行時效處理，使碳化物（最常見的為M23C6）重新析出。

    堆焊

    司太立堆焊合金含鉻25-33%，含鎢3-21%，含碳0.7-3.0%。，隨著含碳量的增加，其金相組織從亞共晶的奧氏體+M7C3型共晶變成過共晶的M7C3型初生碳化物+ M7C3型共晶。含碳越多，初生M7C3越多，宏觀硬度加大，抗磨料磨損性能提高，但耐沖擊能力，焊接性，機加工性能都會下降。被鉻和鎢合金化的司太立合金具有很好的抗氧化性，抗腐蝕性和耐熱性。在650℃仍能保持較高的硬度和強度，這是該類合金區(qū)別于鎳基和鐵基合金的重要特點。司太立合金機加工后表面粗糙度低，具有高的抗擦傷能力和低的摩擦系數(shù)，也適用于粘著磨損，尤其在滑動和接觸的閥門密封面上。但在高應力磨料磨損時，含碳低的鈷鉻鎢合金耐磨性還不如低碳鋼，因此，價格昂貴的司太立合金的選用，必須有專業(yè)人士的指導，才能發(fā)揮材料的最大潛力。國外還有用鉻，鉬合金化的含Laves相的司太立堆焊合金，如Co-28Mo-17Cr-3Si和Co-28Mo-8Cr-2Si。由于Laves相比碳化物硬度低，在金屬摩擦副中與之配對的材料磨損較小。

    應用領(lǐng)域

   1、 司太立鈷基1號焊絲

    相當AWSERCoCr-C

    主要特征及用途：

    高碳Co-Cr-W合金堆焊焊絲，耐磨性、耐蝕性好。但抗沖擊韌度差。主要用于牙輪鉆頭軸承、鍋爐旋轉(zhuǎn)葉片等磨損部件的堆焊

    堆焊層硬度HRC：≥52

    2、司太立鈷基4號焊絲

    主要特征及用途：

    用于較高耐磨損性能，的高溫強及耐腐蝕性能。用于銅，鋁合金熱壓模，熱擠壓模，干電池模具等。

    堆焊層硬度HRC：46-50

    3、司太立鈷基6號焊絲

    相當AWSERCoCr-A

    主要特征及用途：

    Co106鈷基堆焊焊絲是Co-Cr-W堆焊合金中C及W含量、韌性一種。能承受冷熱條件下的沖擊，產(chǎn)生裂紋的傾向小，具有良好的耐蝕、耐熱和耐磨性能。主要用于要求在高溫工作時能保持良好的耐磨性及耐蝕性，如高溫、高壓閥門、熱剪切刀刃、熱鍛模等

    堆焊層硬度HRC：40-45

    4、司太立鈷基12號焊絲

    相當AWSERCoCr-B

    主要特征及用途：

    Co112鈷基堆焊焊絲，在Co-Cr-W堆焊合金中具有中等硬度，耐磨性比HS111好，但塑性稍差，具有良好的耐蝕、耐熱及耐磨性能，在650℃左右高溫下仍能保持這些特性。主要用于高溫、高壓閥門、內(nèi)燃機閥、高壓泵軸套和內(nèi)襯套筒、熱軋輥孔型等堆焊

    堆焊層硬度HRC：45-50

    5、司太立鈷基20號焊絲

    主要特征及用途：

    Co120鈷基堆焊焊絲，硬度高，耐磨性非常好，但抗沖擊性較差，堆焊時產(chǎn)生裂紋傾向大，具有良好的耐蝕、耐熱、耐磨性能，在650℃左右仍可保持這些性能。主要用于牙輪鉆頭軸承、鍋爐的旋轉(zhuǎn)葉片、粉碎機刃口、螺旋送料機等堆焊

    堆焊層硬度HRC：55-60

   6、 HS111鈷基焊絲

    相當AWSERCoCr-A

    主要特征及用途：

    HS111鈷基堆焊焊絲是Co-Cr-W堆焊合金中C及W含量、韌性一種。能承受冷熱條件下的沖擊，產(chǎn)生裂紋的傾向小，具有良好的耐蝕、耐熱和耐磨性能。主要用于要求在高溫工作時能保持良好的耐磨性及耐蝕性，如高溫、高壓閥門、熱剪切刀刃、熱鍛模等

    堆焊層硬度HRC：40-45

   7、 HS112鈷基焊絲

    相當AWSRCoCr-B

    主要特征及用途：

    HS112鈷基堆焊焊絲，在Co-Cr-W堆焊合金中具有中等硬度，耐磨性比HS111好，但塑性稍差，具有良好的耐蝕、耐熱及耐磨性能，在650℃左右高溫下仍能保持這些特性。主要用于高溫、高壓閥門、內(nèi)燃機閥、高壓泵軸套和內(nèi)襯套筒、熱軋輥孔型等堆焊

    堆焊層硬度HRC：45-50

   8、 HS113鈷基焊絲

    主要特征及用途：

    HS113鈷基堆焊焊絲，硬度高，耐磨性非常好，但抗沖擊性較差，堆焊時產(chǎn)生裂紋傾向大，具有良好的耐蝕、耐熱、耐磨性能，在650℃左右仍可保持這些性能。主要用于牙輪鉆頭軸承、鍋爐的旋轉(zhuǎn)葉片、粉碎機刃口、螺旋送料機等堆焊

    堆焊層硬度HRC：55-60

   9、 HS113G鈷基焊絲

    主要特征及用途：

    堆焊層具有優(yōu)良的耐磨料磨損和耐熱、耐腐蝕性能，至800℃的高溫也能保持這些特性，單沖擊韌性較差，對堆焊層溫度較敏感。金相組織為共晶體和粗大復合碳化物。主要用于泵的套筒和旋轉(zhuǎn)密封環(huán)、磨損面板、軸承套筒、高溫熱軋輥、油田鉆頭等堆焊

    堆焊層硬度HRC：≥54

    10、HS113Ni鈷基焊絲

    主要特征及用途：

    該焊絲適當降低了含碳量，加入了較多的Ni及Fe等合金元素，從而提高了堆焊層的韌性和綜合機械性能。主要用于耐氣蝕、耐腐蝕性能要求較高的內(nèi)燃機氣門、排氣閥的堆焊

    堆焊層硬度HRC：37-40

    11、HS114鈷基焊絲

    相當AWSRCoCr-C

    主要特征及用途：

    高碳Co-Cr-W合金堆焊焊絲，耐磨性、耐蝕性好。但抗沖擊韌度差。主要用于牙輪鉆頭軸承、鍋爐旋轉(zhuǎn)葉片等磨損部件的堆焊

    堆焊層硬度HRC：≥52

  12、HS115鈷基焊絲

    相當AWSERCoCr-E

    主要特征及用途：

    該焊絲是用鉬強化的低碳鈷鉻合金，在室溫下硬度較低，但冷作后硬度有所提高。堆焊層具有良好的男耐高溫腐蝕，耐沖擊能和良好的高溫強度

    堆焊層硬度HRC：≥27

   13、HS116鈷基焊絲

    相當AWSRCoCr-C

    主要特征及用途：

    有較高的耐磨損性和高溫強度，但韌性較差，在耐、磷酸、硝酸等工況條件下呈優(yōu)良的耐腐蝕性。主要用于銅基及鋁基合金的熱壓模等堆焊

    堆焊層硬度HRC：46-50

    14、HS117鈷基焊絲

    主要特征及用途：

    有較強的耐磨料磨損及耐腐蝕性能，在800℃高溫也能保持這些特性。用于泵的套筒和旋轉(zhuǎn)密封環(huán)等磨損面的堆焊

    堆焊層硬度HRC：≥53

    15、司太立鈷基12號焊條

    型號：GB/T EDCoCr-B-03

    相當：AWS ECoCr-B JIS DF-CoCr

    說明：鈷鉻鎢合金焊芯的鈷基堆焊焊條，采用直流反接，堆焊金屬在650℃工作仍能保持良好的耐磨性和耐腐蝕性。

    用途：用于高溫高壓閥門、高壓泵的軸套筒和內(nèi)襯套以及化纖設備的斬刀刃口等。

    堆焊硬度HRC：≥44

    備注：Stellite是美國Deloro Stellite公司的商標。