钴基合金 Stellite12 圆钢、铸棒百科解析

钴基合金 Stellite12 圆钢、铸棒百科解析

一、Stellite12 合金概述

Stellite 12 是一种钴基合金，在众多需要高性能和耐用性的关键应用中表现卓越，以其出色的耐磨性、耐腐蚀性以及耐高温氧化性而声名远扬。该合金由多种元素组成，各元素在其中发挥着不可或缺的作用。钴作为主要成分，占比通常在 50% 以上，为合金提供了基本的性能保障。铬含量一般在 28%-32%，其主要功能是显著提升合金的耐腐蚀性，使合金能在诸如酸性、碱性和氧化性等复杂恶劣的环境中长期稳定使用。钼含量处于 7%-9% 之间，它的加入极大地增强了合金的高温强度和耐腐蚀性能。碳含量在 0.9%-1.4%，是提高合金硬度和耐磨性的关键元素。此外，合金中还含有硅等少量元素，用于改善合金的耐磨与耐热性能 。

二、Stellite12 圆钢和铸棒的性能

（一）物理性能

密度：Stellite 12 合金的密度相对较高，约为 8.4g/cm³ - 8.45g/cm³，这一特性使其在一些对材料重量有一定要求，但更注重材料强度和耐磨性能的应用场景中具有独特优势。例如在航空航天领域的部分零部件制造中，虽然需要考虑重量因素，但 Stellite 12 合金的高耐磨和高强度等综合性能，使其成为满足特定部位使用需求的理想材料。

熔点：其熔点大约在 1305℃，这一较高的熔点使得 Stellite 12 圆钢和铸棒能够承受高温环境，适用于高温工况下的应用，如在一些高温工业炉设备的部件制造中，能够保持稳定的物理形态和性能。

热导率：热导率约为 23W/mK，相比铜等金属，其热导率较低，但在众多合金材料中处于适中水平。这意味着该合金在适度的散热需求场景下能够有效地处理热量传递问题。例如在一些机械加工过程中，产生的热量不会快速传导导致部件整体温度过高而影响性能，能够维持相对稳定的工作状态。

弹性模量：弹性模量较高，约为 874GPa（在 33°C 下），这赋予了 Stellite 12 圆钢和铸棒良好的刚性和抗变形能力。在受到外力作用时，能够保持较好的形状稳定性，适用于承受较大压力和载荷的结构件制造。

（二）机械性能

硬度：Stellite 12 合金的硬度较高，硬度范围通常在 45HRC - 55HRC 之间（不同的热处理工艺可能会导致硬度有所差异），是最硬的钴基合金之一。其高硬度主要得益于合金中的碳化钨等硬质相，特别是钨含量在 8% - 10%，较高的钨含量显著提升了合金的硬度。这种高硬度特性使 Stellite 12 圆钢和铸棒非常适合用于制造需要承受高磨损的部件，如切削工具、锯片等，能够长时间保持锋利的刃口和良好的工作性能，大大延长了工具的使用寿命。

抗拉强度：抗拉强度在 1000 - 1200MPa，具有较强的抵抗拉伸断裂的能力。这一性能使得 Stellite 12 圆钢和铸棒在承受拉伸载荷的工程应用中表现出色，例如在一些机械传动部件中，能够可靠地传递动力，不会轻易因拉伸力而发生断裂。

屈服强度：屈服强度约为 800MPa 左右，表明该合金在一定的外力作用下，能够保持弹性变形而不发生永久变形的能力较强。这对于确保零部件在正常工作条件下的尺寸精度和稳定性至关重要，如在一些对精度要求较高的模具制造中，Stellite 12 铸棒制成的模具能够在承受较大压力时，依然保持模具的形状精度，保证产品的成型质量。

延伸率：延伸率范围为 1% - 15%，延伸率与热处理工艺密切相关。合适的热处理可以在一定程度上提高合金的延伸率，改善其韧性。尽管延伸率相对某些塑性较好的材料较低，但结合其高硬度和高强度的特性，在一些需要兼顾一定塑形变形能力和高耐磨性的应用中，Stellite 12 圆钢和铸棒能够发挥独特的作用。例如在一些需要进行少量冷加工成型的耐磨零件制造中，能够在保证零件耐磨性能的前提下，通过适当的加工工艺实现零件的成型。

（三）工艺性能

热处理性能：Stellite 12 可以通过热处理来优化其机械和物理性能，如提高硬度、强度和韧性等。常见的热处理工艺包括固溶处理和时效硬化等。固溶处理能够使合金中的各种元素充分溶解，形成均匀的固溶体，为后续的时效处理奠定良好的组织基础。时效硬化则通过在一定温度下保温，使合金内部析出细小弥散的强化相，从而显著提高合金的强度和硬度。通过合理控制热处理的温度、时间等参数，可以获得满足不同应用需求的微观组织结构和性能。

焊接性能：该合金可使用多种焊接技术进行焊接，如手工金属电弧焊、钨极气体保护焊（TIG）、等离子弧焊以及 MIG 焊等。在焊接过程中，需要注意控制焊接工艺参数，如焊接电流、电压、焊接速度等，以确保焊接接头的质量。由于 Stellite 12 合金的热膨胀系数较大，在焊接时容易产生较大的焊接应力，因此可能需要采取适当的预热和后热措施，以减少焊接应力和防止焊接裂纹的产生。同时，选择合适的焊接材料也至关重要，一般应选用与母材成分相近的焊接材料，以保证焊接接头的性能与母材相当。

切削加工性能：具有一定的切削加工性能，可以通过传统的机械加工方法，如切削、铣削、钻孔和车削等进行加工操作。然而，由于其硬度较高，在切削加工过程中对刀具的要求也较高，通常需要使用硬质合金刀具，并合理选择切削参数，如切削速度、进给量和切削深度等，以提高加工效率和保证加工质量。例如，在进行车削加工时，较低的切削速度和适当的进给量有助于减少刀具磨损，获得较好的表面加工质量。

（四）化学性能

耐腐蚀性：在酸、碱、盐水甚至高温氧化气氛等恶劣环境中，Stellite 12 圆钢和铸棒都具有高度的耐腐蚀性。这主要归因于合金中的高铬含量，铬在合金表面能够形成一层致密的钝化膜，这层钝化膜如同一个屏障，有效地阻止了外界腐蚀性介质与合金基体的接触，从而保护底层基体免受腐蚀。例如在石油化工行业中，用于制造泵件、阀件以及管道衬里等，能够长时间抵御各种化学介质的侵蚀，保证设备的正常运行和使用寿命。

抗氧化性：该合金具有良好的抗氧化性，在高温环境下，合金表面的铬元素会与氧气发生反应，形成稳定的氧化铬保护膜，阻止氧气进一步向内扩散，从而使合金能够在高温下长时间稳定工作。例如在能源行业的锅炉管道、燃气轮机部件等应用中，能够承受高温氧化环境，保持材料的性能稳定，确保设备的高效运行。

三、生产厂家

上海商虎有色金属有限公司：该公司生产的 Stellite 12 钴基铸棒，规格常见的有 3.2mm、4.0mm、4.8mm，长度为 1000mm，执行标准为 AWS A5.21:2001 ERCoCr - B。其生产的连铸铸棒中钨含量较高，使得基体硬度较高，展现出较强的耐磨耐损性能。堆焊层具备良好的耐蚀、耐热和耐磨性能，即使在 800℃的高温环境下，依然能够保持这些优良特性，并且可进行机加工。产品广泛应用于高温高压阀门、内燃机阀、化学工业上的各种刀刃、高压泵的轴套筒、木材锯齿、热轧精轧孔型辊等的堆焊 。

四、应用领域

航空航天工业：用于制造航空发动机零部件，如涡轮叶片、喷嘴等。航空发动机在工作时，内部零部件需要承受高温、高压以及高速气流的冲刷等极端恶劣的工作条件。Stellite 12 合金凭借其优异的高温性能、耐磨性和抗氧化性，能够确保发动机零部件在这种恶劣环境下稳定可靠地工作，保证发动机的高效运行和飞行安全。例如，涡轮叶片在高速旋转过程中，不仅要承受巨大的离心力，还要经受高温燃气的冲击，Stellite 12 合金的高强度和高耐磨性能可以有效减少叶片的磨损和变形，延长叶片的使用寿命 。

石油化工工业：在该行业中，Stellite 12 圆钢和铸棒被广泛用于制造泵件、阀件、管道衬里等设备部件。石油化工生产过程中，所涉及的介质大多具有腐蚀性，且工作温度和压力变化范围较大。Stellite 12 合金良好的耐腐蚀性和高温性能，使其能够抵御各种化学介质的侵蚀，在高温高压环境下保持稳定的性能，防止设备因腐蚀和磨损而失效，确保石油化工生产的连续性和安全性。比如在输送腐蚀性液体的泵中，使用 Stellite 12 制造的叶轮和轴套，能够有效抵抗液体的冲刷和腐蚀，提高泵的使用寿命和运行效率 。

能源行业：可用于制造锅炉管道、燃气轮机部件等高温耐磨部件。在能源生产过程中，如火力发电、燃气发电等，设备通常在高温、高压的环境下运行，并且会受到高速气流、粉尘等的冲刷磨损。Stellite 12 合金的高硬度、耐磨性以及良好的高温性能，使其能够满足这些部件在恶劣工作条件下的使用要求，减少设备的维护和更换频率，提高能源生产设备的运行可靠性和经济性。例如，燃气轮机的燃烧室和喷嘴等部件，采用 Stellite 12 合金制造，可以承受高温燃气的冲刷和腐蚀，保证燃气轮机的高效燃烧和稳定运行 。

汽车制造：在汽车制造领域，Stellite 12 合金用于制造刹车片、气门座圈等部件。汽车在行驶过程中，刹车片需要频繁地承受摩擦和高温，气门座圈则要在高温、高压以及燃气腐蚀的环境下工作。Stellite 12 合金的高硬度和耐磨性可以使刹车片在长时间使用过程中保持良好的制动性能，减少磨损和噪音；其优异的高温性能和耐腐蚀性能够保证气门座圈在发动机复杂的工作环境下稳定工作，提高发动机的性能和可靠性 。

木工行业：由于 Stellite 12 具有高耐磨性，常被用于制造切割木材的锯片。在木材切割过程中，锯片会与木材产生剧烈的摩擦，产生高温和磨损。Stellite 12 合金制成的锯片能够在这种高磨损的工况下长时间保持锋利耐用，即使在切削过程中产生高温，合金也能凭借其稳定的性能保持硬度，减少锯片的更换和维护频率，提高木工加工的效率和质量 。

连续铜挤压机：Stellite 12 因其具备耐高温、耐磨损和耐腐蚀的特性，且在 T2 铜挤压过程中不与铜发生反应，成为连续铜挤压工艺中零件的理想选择。在连续铜挤压过程中，模具和相关部件需要承受高温、高压以及铜材的摩擦，Stellite 12 合金能够满足这些严苛的工作条件，保证挤压过程的顺利进行，提高铜材挤压的质量和生产效率 。

综上所述，钴基合金 Stellite 12 圆钢和铸棒凭借其优异的性能，在众多工业领域中发挥着重要作用，并且随着材料技术的不断发展和创新，其应用前景将更加广阔。