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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(shuō)的鈷鉻鎢(鉬)合金或鈷基合金,司太立合金由美國(guó)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(dāng)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。
中文名
司太立合金
外文名
Stellite
能耐各種類型磨損和腐蝕
性 質(zhì)
硬質(zhì)合金
1 分類
2 典型牌號(hào)及組織
4 耐高溫耐腐蝕性能
使用用途分類,司太立合金可以分為司太立耐磨損合金,司太立耐高溫合金和水溶液腐蝕合金。一般使用工況下,其實(shí)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(shí)耐高溫耐磨損耐腐蝕,而越是在這種復(fù)雜的工況下,才越能體現(xiàn)司太立合金的優(yōu)勢(shì)。
司太立合金的典型牌號(hào)有:Stellite1,Stellite4,Stellite6,Stellite8,Stellite12,Stellite20,Stellite31,Stellite100等。在我國(guó),主要對(duì)司太立高溫合金研究比較深入和透徹(國(guó)內(nèi)主要研究機(jī)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(lái)強(qiáng)化,而是由已被固溶強(qiáng)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
碳化物強(qiáng)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(shí)在晶界和枝晶間析出的。在有些合金中,細(xì)小的M23C6能與基體γ形成共晶體。MC碳化物顆粒過(guò)大,不能對(duì)位錯(cuò)直接產(chǎn)生顯著的影響,因而對(duì)合金的強(qiáng)化效果不明顯,而細(xì)小彌散的碳化物則有良好的強(qiáng)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(qiáng)度,鈷基高溫合金HA-31(X-40)的顯微組織為彌散的強(qiáng)化相為 (CoCrW)6 C型碳化物。
在某些司太立合金中會(huì)出現(xiàn)的拓?fù)涿芘畔嗳缥鞲瘳斚嗪?/span>Laves等是有害的,會(huì)使合金變脆。司太立合金較少使用金屬間化合物進(jìn)行強(qiáng)化,因?yàn)?/span>Co3 (Ti﹐Al)﹑Co3Ta等在高溫下不夠穩(wěn)定,但近年來(lái)使用金屬間化合物進(jìn)行強(qiáng)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(shí)﹐碳化物集聚長(zhǎng)大速度比鎳基合金中的γ相長(zhǎng)大速度要慢,重新回溶于基體的溫度也較高(最高可達(dá)1100℃),因此在溫度上升時(shí)﹐司太立合金的強(qiáng)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(rèn)為,司太立合金在這方面優(yōu)于鎳合金的原因,是鈷的硫化
司太立合金鍛件
物熔點(diǎn)(如Co-Co4S3共晶,877℃)比鎳的硫化物熔點(diǎn)(如Ni-Ni3S2共晶645℃)高,并且硫在鈷中的擴(kuò)散率比在鎳中低得多。而且由于大多數(shù)司太立合金含鉻高,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(hù)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(lái)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)。合金工件的磨損在很大程度上受其表面的接觸應(yīng)力或沖擊應(yīng)力的影響。在應(yīng)力作用下表面磨損隨位錯(cuò)流動(dòng)和接觸表面的互相作用特征而定。對(duì)于司太立合金來(lái)說(shuō),這種特征與基體具有較低的層錯(cuò)能及基體組織在應(yīng)力作用或溫度影響下由面心立方轉(zhuǎn)變?yōu)榱矫芘?/span>晶體結(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(duì)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(qiáng)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(xì)。砂型鑄造時(shí)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(xì)),而粘著磨損耐磨性兩者沒(méi)有明顯差異,說(shuō)明粗大的碳化物有利于改善抗磨料磨損能力。
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(guò)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(jī)加工性能都會(huì)下降。被鉻和鎢合金化的司太立
司太立合金片
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(qiáng)度,這是該類合金區(qū)別于鎳基和鐵基合金的重要特點(diǎn)。司太立合金機(jī)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(dòng)和接觸的閥門(mén)密封面上。但在高應(yīng)力磨料磨損時(shí),含碳低的鈷鉻鎢合金耐磨性還不如低碳鋼,因此,價(jià)格昂貴的司太立合金的選用,必須有專業(yè)人士的指導(dǎo),才能發(fā)揮材料的最大潛力。國(guó)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(duì)的材料磨損較小。