铸造司太立合金与Stellite6司太立粉末冶金工艺

司太立（Stellite）是一类一来多种类型破损和锈蚀以及低温氧化的硬质钛。即通常所说的钴基钛， 司太立钛是以钴作为主要成份，所含相当数量的镍、铬、钨和少量的钼、铌、钽、钛、镧等钛元素，偶尔也还所含铁的一类钛。根据钛中成份不同，它们能做成塞雷县，粉末状用于白眉林堆焊，热喷涂、喷焊等工艺，也能做成锻铸和机械加工件。

机械加工具备独特的化学组成和机械、物理操控性，而这些操控性是用传统的锻造方法难以获得的。运用机械加工控制技术能直接做成胶质、半球状或全球状合金材料和纺织品，如含水制动器、曲轴、曲柄、活塞杆、枪械等，是一类少无研磨工艺。

（1）机械加工控制技术能最大限度地减少钛成份偏聚，消除粗壮、不均匀的铸成组织。在制取高效能油气永磁合金材料、油气耐火材料合金材料、油气发光合金材料、油气催化剂、低温超导合金材料、新式合金合金材料（如Al-Li钛、耐热Al钛、超钛、粉末状皮德盖钢制、粉末状角蕨、合金间化合物低温内部结构合金材料等）具备重要的作用。

（2）能制取矽、多晶、普耶韦、奈米晶和超饱和状态软膏剂等一系列高效能非平衡合金材料，这些合金材料具备优异的电磁学、电磁学、光学和力学操控性。

（3）能容易地同时实现多种类型的复合，充分发挥第三组元合金材料各自的特性，是一类高效率制造高效能合金基及陶瓷器复合合金材料的工艺控制技术。

（4）能制造普通选矿法难以制造的具备特殊内部结构和操控性的合金材料和纺织品，如新式胶质生物合金材料，胶质分离膜合金材料、高效能内部结构陶瓷器锤打和功能陶瓷器合金材料等。

（5）能同时实现近净形成和自动化批量制造，从而，能有效地降低制造的资源和能耗。

（6）能充分利用矿石、砂石、炼铁废水、炼铁铁鳞、回收废旧合金作原料，是一类可有效进行合金材料再造和深加工的新控制技术。

司太立耐热钛钛由钛基体中的复合碳化物组成。它们耐热损、擦伤和锈蚀,并在低温下保持这些操控性。其优异的耐热性主要是由于硬质钛相分散在CoGr钛基体中的独特固有特性。耐热钛（Stellite6）是应用广泛的耐热钴基钛,具备良好的综合操控性。

它被认为是通用耐热性应用的行业标准,在较宽的温度范围內具备优异的抗多种形式的机械和化学降解操控性,在500°C(930°F)以下保持合理的硬度。它具备良好的抗冲击和抗空蚀操控性。 Stellite"6非常适合各种堆焊工艺,可使用硬质钛枪械进行车削。例子包括阀座和闸板、泵轴和制动器、防蚀板和滚动副。它通常是自配的。

机械加工是制取合金粉末状或用合金粉末状（或合金粉末状与非合金粉末状的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造合金合金材料、复合合金材料以及多种类型纺织品的工艺控制技术。机械加工法与制造陶瓷器有相似的地方，均属于粉末状烧结控制技术，因此，一系列机械加工新控制技术也可用于陶瓷器合金材料的制取。由于机械加工控制技术的优点，它已成为解决新合金材料问题的钥匙，在新合金材料的发展中起着举足轻重的作用。

分类

按使用用途分类，司太立钛能分为司太立耐热损钛，司太立耐低温钛及司太立耐热损和水溶液锈蚀钛。一般使用工况下，其实都是兼有耐热损耐低温或耐热损耐锈蚀的情况，有的工况还可能要求同时耐低温耐热损耐锈蚀，而越是在这种复杂的工况下，才越能体现司太立钛的优势。

典型牌号及组织

司太立钛的典型牌号有：Stellite1，Stellite4，Stellite6，Stellite8，Stellite12，Stellite20，Stellite31，Stellite100等。在我国，主要对司太立低温钛研究比较深入和透彻（国内主要研究机构与推广单位有钢铁研究总院与北京融品科技有限公司等）。与其它低温钛不同，司太立低温钛不是由与基体牢固结合的有序沉淀相来强化，而是由已被固溶强化的奥氏体fcc基体和基体中分布少量碳化物组成。

铸成司太立低温钛却是在很大程度上依靠碳化物强化。纯钴晶体在417℃以下是密排六方（hcp）晶体内部结构，在更低温度下转变为fcc。为了避免司太立低温钛在使用时发生这种转变，实际上所有司太立钛由镍钛化，以便在室温到熔点温度范围内使组织稳定化。司太立钛具备平坦的断裂应力-温度关系，但在1000℃以上却显示出比其他低温下具备优异的抗热锈蚀操控性，这可能是因为该钛含铬量较高，这是这类钛的一个特征。

耐低温耐锈蚀操控性

一般钴基低温钛缺少共格的强化相，虽然中温强度低（只有镍基钛的50-75%），但在高于980℃时具备较高的强度、良好的抗热疲劳、抗热锈蚀和耐热蚀操控性，且有较好的焊接性。适于制作航空喷气发动机、工业燃气轮机、舰船燃气轮机的导向叶片和喷嘴导叶以及柴油机喷嘴等。

碳化物强化相 钴基低温钛中主要的碳化物是 MC，M23C6和M6C在铸成司太立钛中，M23C6是缓慢冷却时在晶界和枝晶间析出的。在有些钛中，细小的M23C6能与基体γ形成共晶体。MC碳化物颗粒过大，不能对位错直接产生显着的影响，因而对钛的强化效果不明显，而细小弥散的碳化物则有良好的强化作用。位于晶界上的碳化物（主要是M23C6）能阻止晶界滑移，从而改善持久强度，钴基低温钛HA-31（X-40）的显微组织为弥散的强化相为 （CoCrW）6 C型碳化物。

在某些司太立钛中会出现的拓扑密排相如西格玛相和Laves等是有害的，会使钛变脆。司太立钛较少使用合金间化合物进行强化，因为Co3 （Ti﹐Al）﹑Co3Ta等在低温下不够稳定，但近年来使用合金间化合物进行强化的司太立钛也有所发展。

司太立钛中碳化物的热稳定性较好。温度上升时﹐碳化物集聚长大速度比镍基钛中的γ相长大速度要慢，重新回溶于基体的温度也较高（高可达1100℃），因此在温度上升时﹐司太立钛的强度下降一般比较缓慢。

司太立钛有很好的抗热锈蚀操控性，一般认为，司太立钛在这方面优于镍基钛的原因，是钴的硫化物熔点（如Co-Co4S3共晶，877℃）比镍的硫化物熔点（如Ni-Ni3S2共晶645℃）高，并且硫在钴中的扩散率比在镍中低得多。而且由于大多数司太立钛含铬量比镍基钛高，所以在钛表面能形成抵抗碱合金硫酸盐（如Na2SO4锈蚀的Cr2O3保护层）。

但司太立钛抗氧化能力通常比镍基钛低得多。 早期的司太立钛用非真空冶炼和铸成工艺制造。后来研做成的钛，如Mar-M509钛，因所含较多的活性元素锆、硼等，用真空冶炼和真空铸成制造。

耐热损操控性

钛工件的破损在很大程度上受其表面的接触应力或冲击应力的影响。在应力作用下表面破损随位错流动和接触表面的互相作用特征而定。对于司太立钛来说，这种特征与基体具备较低的层错能及基体组织在应力作用或温度影响下由面心立方转变为六方密排晶体内部结构有关，具备六方密排晶体内部结构的合金合金材料，耐热性是较优的。此外，钛的第二相如碳化物的含量、形态和分布对耐热性也有影响。由于铬、钨和钼的钛碳化物分布于富钴的基体中以及部分铬、钨和钼原子固溶于基体，使钛得到强化，从而改善耐热性。

在铸成司太立钛中，碳化物颗粒尺寸与冷却速度有关，冷却快则碳化物颗粒比较细。砂型铸成时钛的硬度较低，碳化物颗粒也较粗壮，这种状态下，钛的磨料破损耐热性明显优于石墨型铸成（碳化物颗粒较细），而粘着破损耐热性两者没有明显差异，说明粗壮的碳化物有利于改善抗磨料破损能力。

热处理

司太立钛中的碳化物颗粒的大小和分布以及晶粒尺寸对铸成工艺很敏感，为使铸成司太立钛部件达到所要求的持久强度和热疲劳操控性，必须控制铸成工艺参数。司太立钛需进行热处理，主要是控制碳化物的析出。对铸成司太立钛而言，首先进行低温固溶处理，温度通常为1150℃左右，使所有的一次碳化物，包括部分MC型碳化物溶入软膏剂；然后再在870-980℃进行时效处理，使碳化物（常见的为M23C6）重新析出。

堆焊

司太立堆焊钛含铬25-33%，含钨3-21%，含碳0.7-3.0%。，随着含碳量的增加，其金相组织从亚共晶的奥氏体+M7C3型共晶变成过共晶的M7C3型初生碳化物+ M7C3型共晶。含碳越多，初生M7C3越多，宏观硬度加大，抗磨料破损操控性提高，但耐冲击能力，焊接性，机加工操控性都会下降。被铬和钨钛化的司太立钛具备很好的抗氧化性，抗锈蚀性和耐热性。在650℃仍能保持较高的硬度和强度，这是该类钛区别于镍基及铁基钛的重要特点。

司太立钛机加工后表面粗糙度低，具备高的抗擦伤能力和低的摩擦系数，也适用于粘着破损，尤其在滑动和接触的阀门密封面上。但在高应力磨料破损时，含碳低的钴铬钨钛耐热性还不如低碳钢，因此，价格昂贵的司太立钛的选用，必须有专业人士的指导，才能发挥合金材料的大潜力。国外还有用铬，钼钛化的含Laves相的司太立堆焊钛，如Co-28Mo-17Cr-3Si和Co-28Mo-8Cr-2Si。由于Laves相比碳化物硬度低，在合金摩擦副中与之配对的合金材料破损较小。

应用领域

1、 司太立钴基1号塞雷县

相当AWSERCoCr-C

主要特征及用途：

高碳Co-Cr-W钛堆焊塞雷县，耐热性、皮德盖性好。但抗冲击韧度差。主要用于牙轮钻头制动器、锅炉旋转叶片等破损部件的堆焊

堆焊层硬度HRC：≥52

2、司太立钴基4号塞雷县

用于较高耐热损操控性，极好的低温强及耐锈蚀操控性。用于铜，铝钛热压模，热挤压模，干电池模具等。

堆焊层硬度HRC：46-50

3、司太立钴基6号塞雷县

相当AWSERCoCr-A

Co106钴基堆焊塞雷县是Co-Cr-W堆焊钛中C及W含量低、韧性好的一类。能承受冷热条件下的冲击，产生裂纹的倾向小，具备良好的皮德盖、耐热和耐热操控性。主要用于要求在低温工作时能保持良好的耐热性及皮德盖性，如低温、高压阀门、热剪切刀刃、热锻模等

堆焊层硬度HRC：40-45

4、司太立钴基12号塞雷县

相当AWSERCoCr-B

Co112钴基堆焊塞雷县，在Co-Cr-W堆焊钛中具备中等硬度，耐热性比HS111好，但塑性稍差，具备良好的皮德盖、耐热及耐热操控性，在650℃左右低温下仍能保持这些特性。主要用于低温、高压阀门、内燃机阀、高压泵轴套和内衬套筒、热轧辊孔型等堆焊

堆焊层硬度HRC：45-50

5、司太立钴基20号塞雷县

Co120钴基堆焊塞雷县，硬度高，耐热性非常好，但抗冲击性较差，堆焊时产生裂纹倾向大，具备良好的皮德盖、耐热、耐热操控性，在650℃左右仍可保持这些操控性。主要用于牙轮钻头制动器、锅炉的旋转叶片、粉碎机刃口、螺旋送料机等堆焊

堆焊层硬度HRC：55-60

6、 HS111钴基塞雷县

HS111钴基堆焊塞雷县是Co-Cr-W堆焊钛中C及W含量低、韧性好的一类。能承受冷热条件下的冲击，产生裂纹的倾向小，具备良好的皮德盖、耐热和耐热操控性。主要用于要求在低温工作时能保持良好的耐热性及皮德盖性，如低温、高压阀门、热剪切刀刃、热锻模等

7、 HS112钴基塞雷县

相当AWSRCoCr-B

HS112钴基堆焊塞雷县，在Co-Cr-W堆焊钛中具备中等硬度，耐热性比HS111好，但塑性稍差，具备良好的皮德盖、耐热及耐热操控性，在650℃左右低温下仍能保持这些特性。主要用于低温、高压阀门、内燃机阀、高压泵轴套和内衬套筒、热轧辊孔型等堆焊

8、 HS113钴基塞雷县

HS113钴基堆焊塞雷县，硬度高，耐热性非常好，但抗冲击性较差，堆焊时产生裂纹倾向大，具备良好的皮德盖、耐热、耐热操控性，在650℃左右仍可保持这些操控性。主要用于牙轮钻头制动器、锅炉的旋转叶片、粉碎机刃口、螺旋送料机等堆焊

9、 HS113G钴基塞雷县

堆焊层具备优良的耐热料破损和耐热、耐锈蚀操控性，至800℃的低温也能保持这些特性，单冲击韧性较差，对堆焊层温度较敏感。金相组织为共晶体和粗壮复合碳化物。主要用于泵的套筒和旋转密封环、破损面板、制动器套筒、低温热轧辊、油田钻头等堆焊

堆焊层硬度HRC：≥54

该塞雷县适当降低了含碳量，加入了较多的Ni及Fe等钛元素，从而提高了堆焊层的韧性和综合机械操控性。主要用于耐气蚀、耐锈蚀操控性要求较高的内燃机气门、排气阀的堆焊

堆焊层硬度HRC：37-40

11、HS114钴基塞雷县

相当AWSRCoCr-C

12、HS115钴基塞雷县

相当AWSERCoCr-E

该塞雷县是用钼强化的低碳钴铬钛，在室温下硬度较低，但冷作后硬度有所提高。堆焊层具备良好的男耐低温锈蚀，耐冲击能和良好的低温强度

堆焊层硬度HRC：≥27

13、HS116钴基塞雷县

有较高的耐热损性和低温强度，但韧性较差，在耐、磷酸、硝酸等工况条件下呈优良的耐锈蚀性。主要用于铜基及铝基钛的热压模等堆焊

14、HS117钴基塞雷县

有较强的耐热料破损及耐锈蚀操控性，在800℃低温也能保持这些特性。用于泵的套筒和旋转密封环等破损面的堆焊

堆焊层硬度HRC：≥53

15、司太立钴基12号焊条

型号：GB/T EDCoCr-B-03

相当：AWS ECoCr-B JIS DF-CoCrB

说明：钴铬钨钛焊芯的钴基堆焊焊条，采用直流反接，堆焊合金在650℃工作仍能保持良好的耐热性和耐锈蚀性。

用途：用于低温高压阀门、高压泵的轴套筒和内衬套以及化纤设备的斩刀刃口等。

堆焊硬度HRC：≥44