Стеллиты (, от лат. stella — звезда) — группа литых твёрдых сплавов на основе кобальта и хрома с добавками вольфрама и/или молибдена для напыления, наплавки и напайки деталей машин, станков и инструмента с целью повышения износостойкости. Исторически предшествовали широко известным спечённым твёрдым сплавам («победит» и т. п.). В отличие от них стеллит менее хрупок, более стоек к механическим и термическим ударам, допускает нанесение наплавкой, не требует алмазного инструмента для заточки. Изобретён Элвудом Хейнсом в 1907 году. В настоящее время торговая марка Stellite — собственность группы компаний Kennametal Stellite Group. В отечественной литературе и практике наименование традиционно используется как нарицательное.
Свойства Основные свойства стеллитов, определяющие сферу их применения — ударопрочность, жаростойкость порядка 800 °С, высокая коррозионная стойкость. Стеллиты пригодны к литью, наплавке и напылению, в том числе при восстановлении инструмента в условиях предприятия-пользователя. Коэффициент теплового расширения стеллита близок к таковому для легированных инструментальных сталей. Стеллит в общем случае не требует термообработки, нечувствителен к отпуску. Для формовки и заточки наплавленных зубьев используются обычные абразивные круги (эльбор, карборунд, корунд).
Применение стеллита ограничивают высокая стоимость сплава, сложность обработки и выплавки в сравнении с легированной сталью, а также повышенные требования к чистоте исходных материалов. В определённых условиях (материал основы, температурные режимы нанесения) стеллитовые покрытия склонны к растрескиванию, и в ответственных применениях требуется особый контроль на микротрещины.
Применение Стеллит широко применяется для наплавки зубьев лесопильных полотен и дисков, ножей и фрез деревообрабатывающих станков. Благодаря ударопрочности стеллита, более прочной связи с основанием, чем при пайке латунью, и близким ТКР полотна и наплавки, стойкость такого инструмента в работе по заготовкам неправильной формы с неоднородностями и посторонними включениями выше, чем напаянного более твёрдыми спечёнными сплавами«Методы стеллитирования лесопильных дереворежущих инструментов» // Леспроминформ, № 2 (140), 2019..
В силу тех же свойств стеллиты нашли применение для упрочнения и восстановительного ремонта рабочих органов землеройных машин, дробилок и другого строительного, горнодобывающего и перерабатывающего оборудования.
В конструкциях автоматического огнестрельного оружия стеллит используется для изготовления вкладок в стволы (лайнеров) и деталей механизма, подверженных трению и эрозии при стрельбе. В частности, варианты стволов со стеллитовыми вставками в первой трети со стороны казённой части имеются для американских пулемётов Браунинг M2 и M60. Лейнированные стволы могут сохранять работоспособность внутренней поверхности, будучи раскалены в процессе стрельбы до появления мелких частиц отслаивающейся окалины на наружных слоях, без потери свойств при последующих циклах нагрева и охлаждения. На испытаниях M60 было отстреляно 50 метров ленты одной очередью, ствол раскалился докрасна, но после остывания остался практически неповреждённымР. Форд. Пулемет на полях сражений XX века. — М., 2006..
Благодаря сочетанию твёрдости, жаропрочности и коррозионной стойкости стеллит используется для изготовления и упрочнения наиболее напряжённых деталей тепловых двигателей. Это клапаны и клапанные сёдла поршневых ДВС, входные кромки и установочные поверхности рабочих лопаток паровых и газовых турбинПетров Г. Л. и др. Сварка жаропрочных нержавеющих сталей. — Л., 1963. — С. 208., регулирующие детали паровых и газовых трактов. Срок службы упрочнённых таким образом элементов часто определяется усталостными характеристиками основного материала, а не износом покрытия.
Также стеллит используется для покрытия деталей кислотостойкой химической аппаратуры, шнеков питателей и дозаторов, изготовления шариковых и регулирующих клапанов и в других узлах, где требуется стойкость к истиранию, эрозии, химическому воздействию, кавитации в сочетании с ударопрочностью, сравнительной лёгкостью нанесения и обработки. Известны проблемы, вызванные применением стеллита и других кобальтсодержащих сплавов в аппаратуре атомных электростанций, где вымывание небольших количеств кобальта технологическими жидкостями и их последующее нейтронное облучение в реакторе приводило к образованию кобальта-60 и увеличению жёсткого гамма-облучения персонала.
Благодаря биологической инертности стеллиты используются для изготовления медицинских имплантатов, а также в зубопротезировании. В частности, с применением стеллита был изготовлен первый коммерчески доступный искусственный сердечный клапан (Starr — Edwards, 1960).
Для нанесения стеллита на металл основы первоначально применялась наплавка ацетилен-кислородным пламенем, затем электродуговая наплавка под флюсом и в защитных газах, плазменная и лазерная наплавка, газотермическое и плазменное напыление. Новые технологии позволяют получить равномерное покрытие заданной толщины на большой площади, избежать нежелательного перегрева детали, в отдельных случаях — обойтись без финишной обработки наплавленной поверхности. Напайка готовых стеллитовых элементов бывает оправдана при желании использовать имеющееся оборудование и технологию напайки спечённых твёрдых сплавов, либо при особых требованиях по допустимому нагреву детали, характеристикам шва и т. п.
Состав Основа классического стеллита — кобальт (~50—60 %) и хром (~30 %) с добавкой порядка 10 % вольфрама и небольших количеств других элементов (см. таблицу), в том числе углерода. Готовый материал представляет собой вязкую металлическую матрицу (кобальт, хром, вольфрам) с включёнными в неё твёрдыми карбидами хрома и вольфрама. Увеличение содержания углерода в сплаве приводит к выделению свободных карбидов, увеличению твёрдости и хрупкости, и наоборот — сплавы с меньшим содержанием углерода менее твёрды, но более прочны и вязки.
Известно множество стеллитов и стеллитоподобных сплавов, состав которых оптимизирован для работы в определенных температурных условиях, агрессивных средах, с учётом требований деформируемости, особенностей технологии нанесения и сочетания с металлом основы, приемлемой стоимости. Параметры отечественных стеллитовых прутков для наплавки марок Пр-С27 (фактически сормайт), Пр-В3К и Пр-В3К-Р регламентируются ГОСТ 21449-75 «Прутки для наплавки. Технические условия»; допуски по составу в данном стандарте достаточно велики (несколько процентов по основным элементам) и принимались в расчёте на неответственные применения типа деревообработывающих и землеройных машинФурман И. Е. Совершенствование составов и способов литья кобальтовых стеллитов: Автореф. … канд. техн. наук. — Екатеринбург: Изд-во УГТУ-УПИ, 2007. — 23 с.. Получение более предсказуемых свойств сплава вблизи эвтектики требует точного соблюдения обоснованно выбранного состава.
Подвидами стеллита являются сплавы Talonite (материал для ножей, подвергаемый горячей прокатке и закалке) и Vitallium (для зубных протезов и имплантации). Родственный стеллиту сплав на основе железа — сормайт.
Химический состав, массовых %: МаркаCo (основа)CrWFeCSiMnNiMoSbSPПР-С27—25,0…28,00,2…0,4~64 (основа)3,3…4,51,0…2,01,0…1,51,5…2,00,08…0,12—0,070,06ПР-В3К~ 5928,0…32,04,0…5,02,01,0…1,32,0…2,7—0,5…2,0——0,070,03ПР-В3К-Р~ 5828,0…32,07,0…11,03,01,6…2,01,2…1,50,3…0,60,1…2,0—0,02…0,10,070,03ВК247…5327…3313…172,01,8…2,51…21,0…1,52…3ВК358…6228…324…52,01,0…1,52,5…2,82…3КВ5Х3058…6228…324,5-52…41,0…1,51…21…2Stellite 1~ 4833,013,0< 2,52,451,01,0< 2,5Stellite 3~ 4830,013,0< 3,02,451,01,0< 2,5Stellite 4~ 4830,014,0< 3,01,01,01,08< 2,0Stellite 6~ 5828,04,5< 3,01,21,11,0< 3,0Stellite 12~ 5329,58,5< 2,51,4…1,851,51,0< 3,0Stellite 21~ 5927,0—< 3,00,251,51,02,55,5SP1040~ 4831,517,0< 1,02,01,0SP1126~ 5324,513,5< 3,01,8< 1,61,51,0Tribaloy T-400~ 578,5—< 1,5< 0,082,6< 1,529,0
Примечания
Категория:Сплавы хрома Категория:Твёрдые сплавы Категория:Сплавы кобальта Категория:Сплавы молибдена