» » Сплавы типа стеллитов
07.02.2017

Важной группой сплавов сочетающих высокую износоустойчивость жаропрочность, жаростойкость и антикоррозионные свойства, являются сплавы типа стеллитов, состоящие в основном из вольфрама, хрома, кобальта с небольшим количеством углерода (табл. 69).
Сплавы типа стеллитов

Часть вольфрама и хрома в сплаве связана в карбиды. Карбидная эвтектика (рис. 141, б) (с точкой плавления около 1250°) содержит в зависимости от количества вольфрама и хрома от 1,32 до 2% С.
На рис. 141, а показана структура вязких сплавов Co-Cr-W-C доэвтектического состава: между зернами твердого раствора видны прослойки карбидной эвтектики.
В структуре более твердых заэвтектических сплавов с повышенным содержанием карбидов видны иглообразные или пластинчатые кристаллы первично выделившихся карбидов (рис. 141, в). В зависимости от содержания вольфрама первичными карбидами являются карбиды хрома или хромовольфрамовые карбиды.
Сплавы типа стеллитов

При содержании углерода выше 3—3,5%, в особенности при медленном остывании сплава после отливки, появляются включения графита, ухудшающие механические свойства сплава.
Заэвтектические стеллиты применялись сначала для резания металлов, однако появившиеся в 1927—1929 гг. металлокерамические твердые сплавы почти целиком вытеснили стеллиты из этой области.
Стеллиты применяются теперь в форме прутков для наплавки или в форме литых деталей определенной конфигурации. В табл. 69 приведены примерные составы сплавов Co-Cr-W-C, применяемых для наплавок.
Свойства стеллитов различных составов показаны в табл. 70.
Доэвтектические сплавы хорошо противостоят износу в условиях непрерывных ударов и при воздействии горячих газов и способны подвергаться горячей прокатке (при 1100—1150°).
Сплавы типа стеллитов

Износоустойчивость заэвтектических стеллитов еще более высока, она примерно в 2—3 раза выше износоустойчивости марганцовистой стали, но заэвтектические стеллиты более хрупки, чем доэвтектические.
Для стеллитов характерен малый коэффициент трения.
Высокие антикоррозионные свойства стеллитов видны из следующего примера, образец состава 58% Co, 30% Cr, 10% W; 1,5% С, остальное — Fe при выдержке в течение 56 дней в 9,2%-ной соляной кислоте не изменил веса.
Свойства и структура стеллитов не изменяются после повторных нагреваний до высоких температур.
Будучи при обычной температуре несколько менее твердыми, чем инструментальные стали, при высокой температуре стеллиты обладают более высокой твердостью.
За последние годы разработан ряд специальных марок стеллитоподобных сплавов с высокой жаростойкостью и жаропрочностью, предназначенных для изготовления из них таких изделий, как детали газовых турбин, реактивных двигателей и т. п. (табл. 71 и 72).
Сплавы типа стеллитов

Технология производства сплавов типа стеллитов. Для плавки стеллитов применяются бессердечниковые индукционные тигельные электропечи. Применение этих печей устраняет опасность внесения избыточного углерода от угольных электродов (что свойственно дуговым печам), позволяет точно регулировать температуру и обеспечивает интенсивное перемешивание расплавленного металла под влиянием электродинамических сил.
В качестве исходных материалов применяют чистые металлы: кобальт, хром (обычно получаемый алюминотермическим путем), вольфрам (лучше всего в форме отходов производства компактного вольфрама) или отходы производства вольфрамовобальтовых твердых сплавов. Углерод вводится в форме чистого древесного угля или электродного графитового боя.
Рафинировка сплава в процессе плавки осуществляется введением небольшого количества раскислителей а также подбором состава шлака.
В случае использования исходных металлов с малым содержанием серы и фосфора (не выше 0.04—0,05% каждого) возможно применение как кислого, так и основного шлаков Для кислого шлака применяется битое стекло с добавкой около 5% окиси калия. Для основного шлак обычно применяют смесь окиси кальция и плавикового шпата. Последний вводится для снижения температуры плавления шлака.
При наличии в исходных металлах повышенного содержания серы и фосфора, могущих вызвать хрупкость сплава применяют основной шлак. В этом случае фосфор и сера в виде фосфатов и сульфатов переходят в шлак.
В шлак вводится также небольшое количество угля или кремния, что дополняет действие раскислителя, введенного в состав шихты. Соответственно характеру шлака применяется кислая кварцитовая или основная магнезитовая футеровка (набивка) тигля печи.
После набивки и сушки плавильного тигля на его дно загружают исходные металлы, уголь и кремний.
Необходимо учитывать выгорание углерода и переход в шлак часто кремния и других элементов. Нужный избыток углерода, кремния и других элементов шихты для компенсации их угара устанавливается путем опытных плавок.
После достижения в печи температуры 1500—1550° на расплавленный металл наводят шлак. При температуре около 1550° происходит заметное выделение газов («кипение» металла). После выдержки до прекращения «кипения» температуру снижают примерно до 1450°, в тигель вводят остатки раскислителя, металл выпускают в разогретый ковш и разливают в чугунные кокили или земляные формы.
Земляные формы применяют в том случае, когда необходимо получить прутки для наплавки Применение металлических кокилей в данном случае не пригодно, так как при отливке в них происходит слишком быстрое застывание металла, что не позволяет хорошо заполнить формы узкого сечения
Для отливки изделий готовой формы применяются чугунные кокили: в результате быстрого охлаждения сплава получается мелкозернистая структура а следовательно повышаются механические свойства.