Сварной кобальтовый пруток Stellite 21 в Минске

Сварной кобальтовый пруток Stellite 21 — наплавка для высокотемпературной эрозии

Сварной кобальтовый пруток Stellite 21 — это литой или прутковый присадочный материал на основе кобальта, легированный хромом, никелем и молибденом. В отличие от более твердых сплавов семейства Stellite (например, Stellite 6 или 12), марка 21 характеризуется повышенной вязкостью и стойкостью к циклическим термическим нагрузкам. Материал применяется для аргонодуговой наплавки (GTAW) и плазменной наплавки (PTA) ответственных узлов, работающих в условиях одновременного воздействия высоких температур, абразивного износа и ударных нагрузок.

Химический состав Stellite 21 нормируется по ASTM F75 (для литых изделий) и ASTM A399 (для прутков). Основные легирующие элементы: хром (27–29%) обеспечивает жаростойкость и сопротивление окислению до 980 C; никель (2–3%) стабилизирует аустенитную структуру; молибден (5–6%) упрочняет твердый раствор и повышает сопротивление ползучести. Углерод содержится в количестве 0,20–0,35%, что формирует умеренное количество карбидов MC и MC, обеспечивающих износостойкость без охрупчивания.

Технологические особенности наплавки

Пруток Stellite 21 поставляется в отрезках длиной 350–1000 мм, диаметром от 2,4 до 6,4 мм. Для наплавки требуется предварительный подогрев изделия до 260–540 C в зависимости от массы и жесткости закрепления детали. Температура межпроходного контроля не должна превышать 540 C, чтобы избежать перегрева и образования грубых карбидных выделений. После наплавки рекомендуется замедленное охлаждение в термостате или песке для снятия остаточных напряжений.

Твердость наплавленного металла составляет 28–38 HRC в состоянии после наплавки и может повышаться до 45 HRC в результате нагартовки в процессе эксплуатации. Предел прочности при растяжении — 655–795 МПа, относительное удлинение — 8–20%. Коэффициент термического расширения близок к аустенитным нержавеющим сталям, что минимизирует риск отслоения наплавки при термоциклировании.

Применение в промышленности

Stellite 21 — стандартный материал для наплавки деталей паровых турбин, работающих при температурах до 650 C. Основные области использования:

• рабочие и направляющие лопатки паровых турбин, уплотнительные кромки диафрагм;
• седла и тарелки клапанов двигателей внутреннего сгорания, особенно газовых и дизельных;
• запорная арматура высокого давления — седла, золотники, плунжеры;
• детали насосов, перекачивающих абразивные среды при повышенных температурах;
• матрицы и пуансоны горячей штамповки, ножи горячего резания;
• элементы печного оборудования, подверженные циклическому нагреву.

Благодаря сочетанию стойкости к кавитационной эрозии и термической усталости, Stellite 21 применяется также для наплавки рабочих колес гидротурбин и деталей арматуры атомных электростанций, где требуется длительный ресурс при ограниченном доступе для обслуживания.

Сравнение с другими кобальтовыми сплавами

По сравнению с Stellite 6, марка 21 имеет меньшую твердость, но значительно более высокую ударную вязкость и сопротивление растрескиванию при термоциклировании. Это делает ее предпочтительной для деталей с толстостенной наплавкой (более 3 мм) и для узлов, испытывающих знакопеременные нагрузки.

Режимы и оборудование для наплавки

Оптимальный способ нанесения — плазменная наплавка с подачей прутка, обеспечивающая минимальное проплавление основного металла (5–10%) и стабильный химический состав наплавленного слоя. При аргонодуговой наплавке вольфрамовым электродом сила тока составляет 80–250 А в зависимости от диаметра прутка, расход аргона — 8–14 л/мин. Для многослойной наплавки каждый последующий валик выполняется после остывания предыдущего до температуры не выше 300 C.

Основной металл перед наплавкой должен быть очищен от окалины, масла и влаги. Для сталей с содержанием углерода выше 0,35% рекомендуется нанесение подслоя из аустенитной нержавеющей стали толщиной 1–2 мм для предотвращения образования хрупких карбидных прослоек на границе сплавления.

Вопросы и ответы