司太立合金6(Stellite6)热处理工艺

司太立合金一种能耐各种类型磨损和腐蚀以及高温氧化的硬质合金，广泛应用到抗高温、耐磨、耐气蚀和耐腐蚀等工程领用，对航空、汽车、高温化工工业的发展做出了重要贡献。司太立合金产品的主要制造工艺包括：铸造、粉末冶金、堆焊、喷涂和激光表面熔覆等。其中铸造和粉末冶金工艺用于制造司太立合金产品部件，堆焊、喷涂和激光熔覆属于表面处理工艺，主要用于零部件产品工作面制造耐磨耐腐蚀涂层。

司太立合金的典型牌号有：Stellite1，Stellite4，Stellite6，Stellite8，Stellite12，Stellite20，Stellite31，Stellite100等。在我国，主要对司太立高温合金研究比较深入和透彻。与其它高温合金不同，司太立高温合金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。铸造司太立高温合金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）晶体结构，在更高温度下转变为fcc。为了避免司太立高温合金在使用时发生这种转变，实际上所有司太立合金由镍合金化，以便在室温到熔点温度范围内使组织稳定化。司太立合金具有平坦的断裂应力-温度关系，但在1000℃以上却显示出比其他高温下具有优异的抗热腐蚀性能，这可能是因为该合金含铬量较高，这是这类合金的一个特征。

      司太立合金中的碳化物颗粒的大小和分布以及晶粒尺寸对铸造工艺很敏感，为使铸造司太立合金部件达到所要求的持久强度和热疲劳性能，必须控制铸造工艺参数。司太立合金需进行热处理，主要是控制碳化物的析出。对铸造司太立合金而言，首先进行高温固溶处理，温度通常为1150℃左右，使所有的一次碳化物，包括部分MC型碳化物溶入固溶体；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。堆焊司太立堆焊合金含铬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，抗磨料磨损性能提高，但耐冲击能力，焊接性，机加工性能都会下降。被铬和钨合金化的司太立合金具有很好的抗yang化性，抗腐蚀性和耐热性。在650℃仍能保持较高的硬度和强度，这是该类合金区别于镍基和铁基合金的重要特点。

       总结：司太立合金机加工后表面粗糙度低，具有高的抗擦伤能力和低的摩擦系数，也适用于粘着磨损，尤其在滑动和接触的阀门密封面上。但在高应力磨料磨损时，含碳低的钴铬钨合金耐磨性还不如低碳钢，因此，价格昂贵的司太立合金的选用，必须有指导，才能发挥材料的大潜力。国外还有用铬，钼合金化的含Laves相的司太立堆焊合金，如Co-28Mo-17Cr-3Si和Co-28Mo-8Cr-2Si。由于Laves相比碳化物硬度低，在金属摩擦副中与之配对的材料磨损较小。

司太立合金当前已有牌号超过30种，不同牌号的合金性能差异亦很大。其中司太立6合金有中等含碳量（1wt.%）,硬度较高（HRC39~43），塑性较差，延伸率较低，铸件室温下一般为1%。粉末冶金工艺再进行HIP处理，司太立6合金综合性能显著提高，但工序流程较长，HIP成本较高。表面制备涂层时，喷涂工艺制造的涂层空隙率较高，涂层与基体界面结合力弱；堆焊时，氧乙炔堆焊工艺对涂层C含量控制较难，容易导致涂层硬度增高，且不均匀；激光熔覆工艺，可以获得晶粒细小，组织致密，硬度均匀的涂层。但激光熔覆工艺一直以来只用用于制造司太立6涂层。激光熔覆沉积制造技术是增材制造技术中的一种，俗称激光送粉技术。

该技术是激光熔覆技术的进一步发展，以高质量激光光源为热源，以粉末或者丝材为原材料，在计算机控制下按照既定的形状和规则逐层堆积累加的方法制造实体产品。相对于传统先铸/锻/焊制造毛坯再机加工减材制造方式，该技术流程短，从局部铸造到整体成形一步到位，减少大量中间工序；产品晶粒尺寸细小，成分均匀，组织致密，具有良好的综合力学性能；对产品设计快速响应，高度柔性，省却了传统技术中浪费在制模方面的时间；激光热源能力密度集中，可以实现传统工艺中极难加工的W、Nb、Ta、Ti、Zr、Mo等难熔、高活性金属的加工成形；还可以实现多材料、梯度复合等产品构件的制造。