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 於(yu) 1907年發明。司太立合金是以鈷作為(wei) 主要成分，含有相當數量的鎳、鉻、鎢和少量的鉬、铌、鉭、鈦、鑭等合金元素，偶而也還含有鐵的一類合金。根據合金中成分不同，它們(men) 可以製成焊絲(si) ，粉末用於(yu) 硬麵堆焊，熱噴塗、噴焊等工藝，也可以製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(wei) 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，而越是在這種複雜的工況下，才越能體(ti) 現司太立合金的優(you) 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(nei) 主要研究機構與(yu) 推廣單位有鋼鐵研究總院與(yu) 北京融品科技有限公司等）。與(yu) 其它高溫合金不同，司太立高溫合金不是由與(yu) 基體(ti) 牢固結合的有序沉澱相來強化，而是由已被固溶強化的奧氏體(ti) fcc基體(ti) 和基體(ti) 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(ti) 在417℃以下是密排六方（hcp）晶體(ti) 結構，在更高溫度下轉變為(wei) fcc。為(wei) 了避免司太立高溫合金在使用時發生這種轉變，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範圍內(nei) 使組織穩定化。司太立合金具有平坦的斷裂應力-溫度關(guan) 係，但在1000℃以上卻顯示出比其他高溫下具有優(you) 異的抗熱腐蝕性能，這可能是因為(wei) 該合金含鉻量較高，這是這類合金的一個(ge) 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（隻有鎳基合金的50-75%），但在高於(yu) 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。適於(yu) 製作航空噴氣發動機、工業(ye) 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(yu) 基體(ti) γ形成共晶體(ti) 。MC碳化物顆粒過大，不能對位錯直接產(chan) 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。位於(yu) 晶界上的碳化物（主要是M23C6）能阻止晶界滑移，從(cong) 而改善持久強度，鈷基高溫合金HA-31（X-40）的顯微組織為(wei) 彌散的強化相為(wei) （CoCrW）6 C型碳化物。

    在某些司太立合金中會(hui) 出現的拓撲密排相如西格瑪相和Laves等是有害的，會(hui) 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(wei) Co3 （Ti﹐Al）﹑Co3Ta等在高溫下不夠穩定，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展。

    司太立合金中碳化物的熱穩定性較好。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，重新回溶於(yu) 基體(ti) 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(wei) ，司太立合金在這方麵優(you) 於(yu) 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，並且硫在鈷中的擴散率比在鎳中低得多。而且由於(yu) 大多數司太立合金含鉻量比鎳基合金高，所以在合金表麵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(chan) 。後來研製成的合金，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(chan) 。

    耐磨損性能

    合金工件的磨損在很大程度上受其表麵的接觸應力或衝(chong) 擊應力的影響。在應力作用下表麵磨損隨位錯流動和接觸表麵的互相作用特征而定。對於(yu) 司太立合金來說，這種特征與(yu) 基體(ti) 具有較低的層錯能及基體(ti) 組織在應力作用或溫度影響下由麵心立方轉變為(wei) 六方密排晶體(ti) 結構有關(guan) ，具有六方密排晶體(ti) 結構的金屬材料，耐磨性是較優(you) 的。此外，合金的第二相如碳化物的含量、形態和分布對耐磨性也有影響。由於(yu) 鉻、鎢和鉬的合金碳化物分布於(yu) 富鈷的基體(ti) 中以及部分鉻、鎢和鉬原子固溶於(yu) 基體(ti) ，使合金得到強化，從(cong) 而改善耐磨性。在鑄造司太立合金中，碳化物顆粒尺寸與(yu) 冷卻速度有關(guan) ，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，這種狀態下，合金的磨料磨損耐磨性明顯優(you) 於(yu) 石墨型鑄造（碳化物顆粒較細），而粘著磨損耐磨性兩(liang) 者沒有明顯差異，說明粗大的碳化物有利於(yu) 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(wei) 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，必須控製鑄造工藝參數。司太立合金需進行熱處理，主要是控製碳化物的析出。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(wei) 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(ti) ；然後再在870-980℃進行時效處理，使碳化物（最常見的為(wei) 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(cong) 亞(ya) 共晶的奧氏體(ti) +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，但耐衝(chong) 擊能力，焊接性，機加工性能都會(hui) 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，這是該類合金區別於(yu) 鎳基和鐵基合金的重要特點。司太立合金機加工後表麵粗糙度低，具有高的抗擦傷(shang) 能力和低的摩擦係數，也適用於(yu) 粘著磨損，尤其在滑動和接觸的閥門密封麵上。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(jia) 格昂貴的司太立合金的選用，必須有專(zhuan) 業(ye) 人士的指導，才能發揮材料的最大潛力。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。由於(yu) Laves相比碳化物硬度低，在金屬摩擦副中與(yu) 之配對的材料磨損較小。

    應用領域

   1、 司太立鈷基1號焊絲(si)

    相當AWSERCoCr-C

    主要特征及用途：

    高碳Co-Cr-W合金堆焊焊絲(si) ，耐磨性、耐蝕性好。但抗衝(chong) 擊韌度差。主要用於(yu) 牙輪鑽頭軸承、鍋爐旋轉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(si)

    主要特征及用途：

    用於(yu) 較高耐磨損性能，的高溫強及耐腐蝕性能。用於(yu) 銅，鋁合金熱壓模，熱擠壓模，幹電池模具等。

    堆焊層硬度HRC：46-50

    3、司太立鈷基6號焊絲(si)

    相當AWSERCoCr-A

    主要特征及用途：

    Co106鈷基堆焊焊絲(si) 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衝(chong) 擊，產(chan) 生裂紋的傾(qing) 向小，具有良好的耐蝕、耐熱和耐磨性能。主要用於(yu) 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(si)

    相當AWSERCoCr-B

    主要特征及用途：

    Co112鈷基堆焊焊絲(si) ，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。主要用於(yu) 高溫、高壓閥門、內(nei) 燃機閥、高壓泵軸套和內(nei) 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(si)

    主要特征及用途：

    Co120鈷基堆焊焊絲(si) ，硬度高，耐磨性非常好，但抗衝(chong) 擊性較差，堆焊時產(chan) 生裂紋傾(qing) 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。主要用於(yu) 牙輪鑽頭軸承、鍋爐的旋轉葉片、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(si)

    相當AWSERCoCr-A

    主要特征及用途：

    HS111鈷基堆焊焊絲(si) 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衝(chong) 擊，產(chan) 生裂紋的傾(qing) 向小，具有良好的耐蝕、耐熱和耐磨性能。主要用於(yu) 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(si)

    相當AWSRCoCr-B

    主要特征及用途：

    HS112鈷基堆焊焊絲(si) ，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。主要用於(yu) 高溫、高壓閥門、內(nei) 燃機閥、高壓泵軸套和內(nei) 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(si)

    主要特征及用途：

    HS113鈷基堆焊焊絲(si) ，硬度高，耐磨性非常好，但抗衝(chong) 擊性較差，堆焊時產(chan) 生裂紋傾(qing) 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。主要用於(yu) 牙輪鑽頭軸承、鍋爐的旋轉葉片、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(si)

    主要特征及用途：

    堆焊層具有優(you) 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，單衝(chong) 擊韌性較差，對堆焊層溫度較敏感。金相組織為(wei) 共晶體(ti) 和粗大複合碳化物。主要用於(yu) 泵的套筒和旋轉密封環、磨損麵板、軸承套筒、高溫熱軋輥、油田鑽頭等堆焊

    堆焊層硬度HRC：≥54

    10、HS113Ni鈷基焊絲(si)

    主要特征及用途：

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

    堆焊層硬度HRC：37-40

    11、HS114鈷基焊絲(si)

    相當AWSRCoCr-C

    主要特征及用途：

    高碳Co-Cr-W合金堆焊焊絲(si) ，耐磨性、耐蝕性好。但抗衝(chong) 擊韌度差。主要用於(yu) 牙輪鑽頭軸承、鍋爐旋轉葉片等磨損部件的堆焊

    堆焊層硬度HRC：≥52

  12、HS115鈷基焊絲(si)

    相當AWSERCoCr-E

    主要特征及用途：

    該焊絲(si) 是用鉬強化的低碳鈷鉻合金，在室溫下硬度較低，但冷作後硬度有所提高。堆焊層具有良好的男耐高溫腐蝕，耐衝(chong) 擊能和良好的高溫強度

    堆焊層硬度HRC：≥27

   13、HS116鈷基焊絲(si)

    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(you) 良的耐腐蝕性。主要用於(yu) 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(si)

    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。用於(yu) 泵的套筒和旋轉密封環等磨損麵的堆焊

    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：用於(yu) 高溫高壓閥門、高壓泵的軸套筒和內(nei) 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。