司太立合金（Stellite）是一種能耐各種類型磨損和腐蝕以及高溫氧化的硬質(zhì)合金。即通常所說的鈷鉻鎢（鉬）合金或鈷基合金，司太立合金由美國(guó)人Elwood Hayness 于1907年發(fā)明。司太立合金是以鈷作為主要成分，含有相當(dāng)數(shù)量的鎳、鉻、鎢和少量的鉬、鈮、鉭、鈦、鑭等合金元素，偶而也還含有鐵的一類合金。根據(jù)合金中成分不同，它們可以制成焊絲，粉末用于硬面堆焊，熱噴涂、噴焊等工藝，也可以制成鑄鍛件和粉末冶金件。

 分類

    按使用用途分類，司太立合金可以分為司太立耐磨損合金，司太立耐高溫合金及司太立耐磨損和水溶液腐蝕合金。一般使用工況下，其實(shí)都是兼有耐磨損耐高溫或耐磨損耐腐蝕的情況，有的工況還可能要求同時(shí)耐高溫耐磨損耐腐蝕，而越是在這種復(fù)雜的工況下，才越能體現(xiàn)司太立合金的優(yōu)勢(shì)。

    典型牌號(hào)及組織

    司太立合金的典型牌號(hào)有：Stellite1，Stellite4，Stellite6，Stellite8，Stellite12，Stellite20，Stellite31，Stellite100等。在我國(guó)，主要對(duì)司太立高溫合金研究比較深入和透徹（國(guó)內(nèi)主要研究機(jī)構(gòu)與推廣單位有鋼鐵研究總院與北京融品科技有限公司等）。與其它高溫合金不同，司太立高溫合金不是由與基體牢固結(jié)合的有序沉淀相來強(qiáng)化，而是由已被固溶強(qiáng)化的奧氏體fcc基體和基體中分布少量碳化物組成。鑄造司太立高溫合金卻是在很大程度上依靠碳化物強(qiáng)化。純鈷晶體在417℃以下是密排六方（hcp）晶體結(jié)構(gòu)，在更高溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)閒cc。為了避免司太立高溫合金在使用時(shí)發(fā)生這種轉(zhuǎn)變，實(shí)際上所有司太立合金由鎳合金化，以便在室溫到熔點(diǎn)溫度范圍內(nèi)使組織穩(wěn)定化。司太立合金具有平坦的斷裂應(yīng)力-溫度關(guān)系，但在1000℃以上卻顯示出比其他高溫下具有優(yōu)異的抗熱腐蝕性能，這可能是因?yàn)樵摵辖鸷t量較高，這是這類合金的一個(gè)特征。

    耐高溫耐腐蝕性能

    一般鈷基高溫合金缺少共格的強(qiáng)化相，雖然中溫強(qiáng)度低（只有鎳基合金的50-75%），但在高于980℃時(shí)具有較高的強(qiáng)度、良好的抗熱疲勞、抗熱腐蝕和耐磨蝕性能，且有較好的焊接性。適于制作航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)、艦船燃?xì)廨啓C(jī)的導(dǎo)向葉片和噴嘴導(dǎo)葉以及柴油機(jī)噴嘴等。

    碳化物強(qiáng)化相 鈷基高溫合金中最主要的碳化物是 MC，M23C6和M6C在鑄造司太立合金中，M23C6是緩慢冷卻時(shí)在晶界和枝晶間析出的。在有些合金中，細(xì)小的M23C6能與基體γ形成共晶體。MC碳化物顆粒過大，不能對(duì)位錯(cuò)直接產(chǎn)生顯著的影響，因而對(duì)合金的強(qiáng)化效果不明顯，而細(xì)小彌散的碳化物則有良好的強(qiáng)化作用。位于晶界上的碳化物（主要是M23C6）能阻止晶界滑移，從而改善持久強(qiáng)度，鈷基高溫合金HA-31（X-40）的顯微組織為彌散的強(qiáng)化相為 （CoCrW）6 C型碳化物。

    在某些司太立合金中會(huì)出現(xiàn)的拓?fù)涿芘畔嗳缥鞲瘳斚嗪蚅aves等是有害的，會(huì)使合金變脆。司太立合金較少使用金屬間化合物進(jìn)行強(qiáng)化，因?yàn)镃o3 （Ti﹐Al）﹑Co3Ta等在高溫下不夠穩(wěn)定，但近年來使用金屬間化合物進(jìn)行強(qiáng)化的司太立合金也有所發(fā)展。

    司太立合金中碳化物的熱穩(wěn)定性較好。溫度上升時(shí)﹐碳化物集聚長(zhǎng)大速度比鎳基合金中的γ相長(zhǎng)大速度要慢，重新回溶于基體的溫度也較高（最高可達(dá)1100℃），因此在溫度上升時(shí)﹐司太立合金的強(qiáng)度下降一般比較緩慢。

    司太立合金有很好的抗熱腐蝕性能，一般認(rèn)為，司太立合金在這方面優(yōu)于鎳基合金的原因，是鈷的硫化物熔點(diǎn)（如Co-Co4S3共晶，877℃）比鎳的硫化物熔點(diǎn)（如Ni-Ni3S2共晶645℃）高，并且硫在鈷中的擴(kuò)散率比在鎳中低得多。而且由于大多數(shù)司太立合金含鉻量比鎳基合金高，所以在合金表面能形成抵抗堿金屬硫酸鹽（如Na2SO4腐蝕的Cr2O3保護(hù)層）。但司太立合金抗氧化能力通常比鎳基合金低得多。 早期的司太立合金用非真空冶煉和鑄造工藝生產(chǎn)。后來研制成的合金，如Mar-M509合金，因含有較多的活性元素鋯、硼等，用真空冶煉和真空鑄造生產(chǎn)。

    耐磨損性能

    合金工件的磨損在很大程度上受其表面的接觸應(yīng)力或沖擊應(yīng)力的影響。在應(yīng)力作用下表面磨損隨位錯(cuò)流動(dòng)和接觸表面的互相作用特征而定。對(duì)于司太立合金來說，這種特征與基體具有較低的層錯(cuò)能及基體組織在應(yīng)力作用或溫度影響下由面心立方轉(zhuǎn)變?yōu)榱矫芘啪w結(jié)構(gòu)有關(guān)，具有六方密排晶體結(jié)構(gòu)的金屬材料，耐磨性是較優(yōu)的。此外，合金的第二相如碳化物的含量、形態(tài)和分布對(duì)耐磨性也有影響。由于鉻、鎢和鉬的合金碳化物分布于富鈷的基體中以及部分鉻、鎢和鉬原子固溶于基體，使合金得到強(qiáng)化，從而改善耐磨性。在鑄造司太立合金中，碳化物顆粒尺寸與冷卻速度有關(guān)，冷卻快則碳化物顆粒比較細(xì)。砂型鑄造時(shí)合金的硬度較低，碳化物顆粒也較粗大，這種狀態(tài)下，合金的磨料磨損耐磨性明顯優(yōu)于石墨型鑄造（碳化物顆粒較細(xì)），而粘著磨損耐磨性兩者沒有明顯差異，說明粗大的碳化物有利于改善抗磨料磨損能力。

    熱處理

    司太立合金中的碳化物顆粒的大小和分布以及晶粒尺寸對(duì)鑄造工藝很敏感，為使鑄造司太立合金部件達(dá)到所要求的持久強(qiáng)度和熱疲勞性能，必須控制鑄造工藝參數(shù)。司太立合金需進(jìn)行熱處理，主要是控制碳化物的析出。對(duì)鑄造司太立合金而言，首先進(jìn)行高溫固溶處理，溫度通常為1150℃左右，使所有的一次碳化物，包括部分MC型碳化物溶入固溶體；然后再在870-980℃進(jìn)行時(shí)效處理，使碳化物（最常見的為M23C6）重新析出。

    堆焊

    司太立堆焊合金含鉻25-33%，含鎢3-21%，含碳0.7-3.0%。，隨著含碳量的增加，其金相組織從亞共晶的奧氏體+M7C3型共晶變成過共晶的M7C3型初生碳化物+ M7C3型共晶。含碳越多，初生M7C3越多，宏觀硬度加大，抗磨料磨損性能提高，但耐沖擊能力，焊接性，機(jī)加工性能都會(huì)下降。被鉻和鎢合金化的司太立合金具有很好的抗氧化性，抗腐蝕性和耐熱性。在650℃仍能保持較高的硬度和強(qiáng)度，這是該類合金區(qū)別于鎳基和鐵基合金的重要特點(diǎn)。司太立合金機(jī)加工后表面粗糙度低，具有高的抗擦傷能力和低的摩擦系數(shù)，也適用于粘著磨損，尤其在滑動(dòng)和接觸的閥門密封面上。但在高應(yīng)力磨料磨損時(shí)，含碳低的鈷鉻鎢合金耐磨性還不如低碳鋼，因此，價(jià)格昂貴的司太立合金的選用，必須有專業(yè)人士的指導(dǎo)，才能發(fā)揮材料的最大潛力。國(guó)外還有用鉻，鉬合金化的含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，在金屬摩擦副中與之配對(duì)的材料磨損較小。

    應(yīng)用領(lǐng)域

   1、 司太立鈷基1號(hào)焊絲

    相當(dāng)AWSERCoCr-C

    主要特征及用途：

    高碳Co-Cr-W合金堆焊焊絲，耐磨性、耐蝕性好。但抗沖擊韌度差。主要用于牙輪鉆頭軸承、鍋爐旋轉(zhuǎn)葉片等磨損部件的堆焊

    堆焊層硬度HRC：≥52

    2、司太立鈷基4號(hào)焊絲

    主要特征及用途：

    用于較高耐磨損性能，的高溫強(qiáng)及耐腐蝕性能。用于銅，鋁合金熱壓模，熱擠壓模，干電池模具等。

    堆焊層硬度HRC：46-50

    3、司太立鈷基6號(hào)焊絲

    相當(dāng)AWSERCoCr-A

    主要特征及用途：

    Co106鈷基堆焊焊絲是Co-Cr-W堆焊合金中C及W含量、韌性一種。能承受冷熱條件下的沖擊，產(chǎn)生裂紋的傾向小，具有良好的耐蝕、耐熱和耐磨性能。主要用于要求在高溫工作時(shí)能保持良好的耐磨性及耐蝕性，如高溫、高壓閥門、熱剪切刀刃、熱鍛模等

    堆焊層硬度HRC：40-45

    4、司太立鈷基12號(hào)焊絲

    相當(dāng)AWSERCoCr-B

    主要特征及用途：

    Co112鈷基堆焊焊絲，在Co-Cr-W堆焊合金中具有中等硬度，耐磨性比HS111好，但塑性稍差，具有良好的耐蝕、耐熱及耐磨性能，在650℃左右高溫下仍能保持這些特性。主要用于高溫、高壓閥門、內(nèi)燃機(jī)閥、高壓泵軸套和內(nèi)襯套筒、熱軋輥孔型等堆焊

    堆焊層硬度HRC：45-50

    5、司太立鈷基20號(hào)焊絲

    主要特征及用途：

    Co120鈷基堆焊焊絲，硬度高，耐磨性非常好，但抗沖擊性較差，堆焊時(shí)產(chǎn)生裂紋傾向大，具有良好的耐蝕、耐熱、耐磨性能，在650℃左右仍可保持這些性能。主要用于牙輪鉆頭軸承、鍋爐的旋轉(zhuǎn)葉片、粉碎機(jī)刃口、螺旋送料機(jī)等堆焊

    堆焊層硬度HRC：55-60

   6、 HS111鈷基焊絲

    相當(dāng)AWSERCoCr-A

    主要特征及用途：

    HS111鈷基堆焊焊絲是Co-Cr-W堆焊合金中C及W含量、韌性一種。能承受冷熱條件下的沖擊，產(chǎn)生裂紋的傾向小，具有良好的耐蝕、耐熱和耐磨性能。主要用于要求在高溫工作時(shí)能保持良好的耐磨性及耐蝕性，如高溫、高壓閥門、熱剪切刀刃、熱鍛模等

    堆焊層硬度HRC：40-45

   7、 HS112鈷基焊絲

    相當(dāng)AWSRCoCr-B

    主要特征及用途：

    HS112鈷基堆焊焊絲，在Co-Cr-W堆焊合金中具有中等硬度，耐磨性比HS111好，但塑性稍差，具有良好的耐蝕、耐熱及耐磨性能，在650℃左右高溫下仍能保持這些特性。主要用于高溫、高壓閥門、內(nèi)燃機(jī)閥、高壓泵軸套和內(nèi)襯套筒、熱軋輥孔型等堆焊

    堆焊層硬度HRC：45-50

   8、 HS113鈷基焊絲

    主要特征及用途：

    HS113鈷基堆焊焊絲，硬度高，耐磨性非常好，但抗沖擊性較差，堆焊時(shí)產(chǎn)生裂紋傾向大，具有良好的耐蝕、耐熱、耐磨性能，在650℃左右仍可保持這些性能。主要用于牙輪鉆頭軸承、鍋爐的旋轉(zhuǎn)葉片、粉碎機(jī)刃口、螺旋送料機(jī)等堆焊

    堆焊層硬度HRC：55-60

   9、 HS113G鈷基焊絲

    主要特征及用途：

    堆焊層具有優(yōu)良的耐磨料磨損和耐熱、耐腐蝕性能，至800℃的高溫也能保持這些特性，單沖擊韌性較差，對(duì)堆焊層溫度較敏感。金相組織為共晶體和粗大復(fù)合碳化物。主要用于泵的套筒和旋轉(zhuǎn)密封環(huán)、磨損面板、軸承套筒、高溫?zé)彳堓仭⒂吞镢@頭等堆焊

    堆焊層硬度HRC：≥54

    10、HS113Ni鈷基焊絲

    主要特征及用途：

    該焊絲適當(dāng)降低了含碳量，加入了較多的Ni及Fe等合金元素，從而提高了堆焊層的韌性和綜合機(jī)械性能。主要用于耐氣蝕、耐腐蝕性能要求較高的內(nèi)燃機(jī)氣門、排氣閥的堆焊

    堆焊層硬度HRC：37-40

    11、HS114鈷基焊絲

    相當(dāng)AWSRCoCr-C

    主要特征及用途：

    高碳Co-Cr-W合金堆焊焊絲，耐磨性、耐蝕性好。但抗沖擊韌度差。主要用于牙輪鉆頭軸承、鍋爐旋轉(zhuǎn)葉片等磨損部件的堆焊

    堆焊層硬度HRC：≥52

  12、HS115鈷基焊絲

    相當(dāng)AWSERCoCr-E

    主要特征及用途：

    該焊絲是用鉬強(qiáng)化的低碳鈷鉻合金，在室溫下硬度較低，但冷作后硬度有所提高。堆焊層具有良好的男耐高溫腐蝕，耐沖擊能和良好的高溫強(qiáng)度

    堆焊層硬度HRC：≥27

   13、HS116鈷基焊絲

    相當(dāng)AWSRCoCr-C

    主要特征及用途：

    有較高的耐磨損性和高溫強(qiáng)度，但韌性較差，在耐、磷酸、硝酸等工況條件下呈優(yōu)良的耐腐蝕性。主要用于銅基及鋁基合金的熱壓模等堆焊

    堆焊層硬度HRC：46-50

    14、HS117鈷基焊絲

    主要特征及用途：

    有較強(qiáng)的耐磨料磨損及耐腐蝕性能，在800℃高溫也能保持這些特性。用于泵的套筒和旋轉(zhuǎn)密封環(huán)等磨損面的堆焊

    堆焊層硬度HRC：≥53

    15、司太立鈷基12號(hào)焊條

    型號(hào)：GB/T EDCoCr-B-03

    相當(dāng)：AWS ECoCr-B JIS DF-CoCr

    說明：鈷鉻鎢合金焊芯的鈷基堆焊焊條，采用直流反接，堆焊金屬在650℃工作仍能保持良好的耐磨性和耐腐蝕性。

    用途：用于高溫高壓閥門、高壓泵的軸套筒和內(nèi)襯套以及化纖設(shè)備的斬刀刃口等。

    堆焊硬度HRC：≥44

    備注：Stellite是美國(guó)Deloro Stellite公司的商標(biāo)。