Кобальтовый наплавочный порошок Stellite 4: состав, свойства и применение
Кобальтовый наплавочный порошок Stellite 4 — газо- или плазменно-напыляемый материал системы Co–Cr–W–C, предназначенный для формирования износостойких покрытий на деталях, работающих при одновременном действии абразивного изнашивания, ударных нагрузок и повышенных температур. В отличие от литых прутков Stellite 4, порошковая модификация обеспечивает равномерную микроструктуру покрытия без ликвационных зон и позволяет наносить слои толщиной от 0,3 до 6 мм на поверхности сложной геометрии.
Химический состав и структурные фазы
Порошок Stellite 4 соответствует системе Co–Cr–W–C с повышенным содержанием углерода относительно Stellite 6, что увеличивает объёмную долю карбидов. Основные элементы:
- Кобальт — основа, обеспечивает сохранение твёрдости до 800 C
- Хром — 30–32 %, формирует карбиды CrC и твёрдый раствор
- Вольфрам — 13–15 %, образует карбиды WC и WC
- Углерод — 2,2–2,7 %, определяет карбидную фазу
- Никель, железо, кремний — примеси в пределах 1–3 %
Микроструктура покрытия — твёрдый кобальтовый раствор с эвтектикой и распределёнными карбидами хрома и вольфрама. Твёрдость наплавленного слоя — 45–52 HRC в состоянии после напыления, до 58 HRC после упрочняющей термической обработки.
Технологические параметры напыления
Порошок Stellite 4 применяется в процессах HVOF, плазменного напыления и лазерной наплавки. Гранулометрический состав — 15–45 мкм для HVOF, 45–106 мкм для плазменных методов. Напыление ведут на подложки из углеродистых и низколегированных сталей, а также на жаропрочные сплавы.
| Метод напыления | Фракция, мкм | Толщина слоя, мм | Пористость, % | Сцепление, МПа |
|---|---|---|---|---|
| HVOF | 15–45 | 0,3–1,5 | 0,5–1,5 | 70–90 |
| Плазменное | 45–106 | 0,5–3,0 | 2–5 | 40–60 |
| Лазерная наплавка | 45–150 | 0,5–6,0 | 0,1–0,5 | металлургическое |
Эксплуатационные свойства покрытия
Наплавленный слой Stellite 4 сохраняет работоспособность в условиях гидроабразивной эрозии, ударно-абразивного износа и фреттинга. Ключевые параметры:
- Твёрдость при 20 C — 45–52 HRC
- Твёрдость при 600 C — 380–420 HV
- Коэффициент трения по стали — 0,12–0,18
- Жаростойкость без окалинообразования — до 750 C
- Стойкость к сульфидной коррозии в средах нефтепереработки
Области применения
Порошок Stellite 4 востребован в узлах, где сочетаются абразив и удар:
- Шнеки и корпуса экструдеров в производстве полимеров и керамики
- Сёдла и затворы запорной арматуры нефтегазовых систем
- Лопатки и уплотнения центробежных насосов горно-обогатительных комбинатов
- Ножи и матрицы пресс-грануляторов комбикормовых заводов
- Клапаны ДВС и детали выхлопных систем
- Валки прокатных станов и направляющие клетей
Вопросы и ответы
Чем Stellite 4 отличается от Stellite 6?
Stellite 4 содержит больше углерода (2,2–2,7 % против 1,0–1,4 %) и вольфрама, что повышает твёрдость до 52 HRC и увеличивает стойкость к абразивному износу, но снижает ударную вязкость. Stellite 6 предпочтителен при преобладающих ударных нагрузках.
Какой метод напыления обеспечивает минимальную пористость?
Лазерная наплавка даёт пористость 0,1–0,5 % и металлургическое сцепление с подложкой. HVOF обеспечивает пористость 0,5–1,5 % при меньшем тепловом воздействии на деталь.
Требуется ли термообработка после напыления?
Для достижения максимальной твёрдости 58 HRC рекомендуется отпуск при 600–650 C в течение 1–2 часов. Без термообработки покрытие сохраняет 45–52 HRC.
Какова максимальная рабочая температура покрытия?
Без окалинообразования — до 750 C. При 800 C начинается интенсивное окисление кобальтовой матрицы, твёрдость снижается ниже 300 HV.
