استلایت یک نام تجاری متعلق به گروه صنعتی Kennametal می باشد. این آلیاژ کاربرد زیادی در پوشش دهی قطعات مقاوم به سایش و خوردگی دارد و عمده این پوشش ها به روش جوشکاری استلایت انجام می شود. در این مطلب با نکات ناب و فنی در این خصوص آشنا می شوید.
آلیاژهای استلایت، گروه بزرگی از آلیاژهای کبالت و کروم هستند که بر حسب گرید خود، ممکن است شامل مقادیری تنگستن یا مولیبدن باشند. همچنین مقادیر کم اما با اهمیت کربن (کمتر از 3 درصد) دارند.
آلیاژهای استلایت در چه مواردی کاربرد دارند؟
در جایی که با وجود مکانیزم‌های سایش، دمای بالا و احتمالاَ شرایط خورنده وجود دارد، آلیاژهای گروه استلایت، می‌توانند به عنوان یک راهکار اساسی و قابل اعتماد مطرح شوند.
علیرغم اینکه معمولاَ دیده می‌شود آلیاژهای مقاوم به حرارت بالا نظیر اینکونل‌ها و اینکولوی‌ها و … در زمینه مقاومت به سایش، ضعف دارند. و از طرفی آلیاژهای مقاوم به سایش نیز در زمینه مقاومت به خوردگی، حرف چندانی برای گفتن ندارند، اما این مزیت ویژه و استثنایی آلیاژهای استلایت است که می‌توانند همزمان در هر سه جبهه سایش، حرارت و خوردگی پیروز میدان مبارزه باشند.
یکی از ویژگی‌های مهم آلیاژهای استلایت، مقاومت خوب آنها به سایش چسبان یا گالینگ (Galling) است. لذا در مواقعی که نیاز به آب بندی بین دو فلز داریم، انتخاب خوبی به شمار می‌روند و نیاز به روانکاری کمی داشته و ضریب اصطکاک پایینی ایجاد می‌کنند. برای همین ویژگی خاص است که آلیاژهای استلایت کاربرد زیادی در ساخت قطعات مختلف کنترل ولوها، پمپ‌های فرایندی، شیرآلات خاص و … پیدا کرده اند.
همچنین آلیاژهای مذکور می‌توانند سختی و خواص مقاوم به سایش خود را در دماهای بالا نیز حفظ کنند. به همین منظور در فرایندهای شکل دهی گرم و همچنین اکسترود فلزات، کاربرد وسیعی داشته باشند.
دیگر ویژگی شاخص آلیاژهای استلایت، مقاومت به خوردگی در فلز مذاب است. این ویژگی، کاربرد آنها را در وان‌های فلز مذاب گسترش داده است.
از دیگر ویژگی‌های شاخص آلیاژهای استلایت، مقاومت مناسب نسبت به کاویتاسیون (Cavitation)، اکسیداسیون دما بالا و فرسایش (Erosion)
انواع فرایندهای پوشش دهی
انجام پوشش دهی بر روی فلزات با استفاده از سوپرآلیاژهای پایه کبالت استلایت، روش‌های گوناگونی دارد. اما معمولاً پرکاربردترین روش‌های پوشش دهی آنها، موارد ذیل می‌باشد:
-
روش HVOF یا پاشش حرارتی
-
روش TIG یا جوشکاری با گاز آرگون
-
روش SAW یا جوشکاری زیرپودری
-
روش MIG یا جوشکاری میگ
-
روش PTA یا جوشکاری قوس پلاسمای انتقالی (Plasma Transferred Arc Welding)
-
روش LWD یا لیزر (Laser Weld Deposition)
با توجه به نوع، موقعیت، اندازه، تیراژ و شرایط کاری قطعه مورد نظر، یکی از روش‌های فوق جهت پوشش دهی استلایت انتخاب می‌شود.
مسلماَ هر یک از روش‌های فوق، نقاط قوت و ضعف خود را دارند. مثلاَ در روش HVOF ، ذرات فلز، با سرعت مافوق صوت بر روی قطعه پاشش می‌شوند لذا دمای فرایند نسبت به روش‌های دیگر بسیار کمتر است اما ضخامتی که از فلز استلایت بر روی قطعه ایجاد می‌شود کمتر از یک میلیمتر خواهد بود. از طرفی، با توجه به اینکه فلز زیرلایه، ذوب نمی‌شود، لذا فلز استلایت با لایه زیر آن (که معمولاً از جنس فولاد زنگ نزن است) رقیق نمی‌شود و به همین دلیل، پوشش با همین ضخامت کم، می‌تواند به سختی مورد نظر برسد.
نکته ای که همواره باید توسط مهندسان مد نظر قرار گیرد این است که سختی، علیرغم اینکه یک پارامتر در دسترس، برای ارزیابی مقاومت به سایش محسوب می‌شود اما همیشه ارزیابی صحیحی به ما نمی‌دهد. در آلیاژهای استلایت، وجود ذرات کاربید تنگستن، باعث ایجاد مقاومت به سایش بالاتری نسبت یک فولاد با همان سختی می‌شود.
بررسی فولادهای مختلف از نظر جوشکاری استلایت
پوشش استلایت، بر حسب کاربرد، ممکن است بر روی فولادهای مختلفی انجام شود. از فولادهای کربنی گرفته تا فولادهای آلیاژی، مارتنزیتی، ابزار و همچنین فولادهای استنلس مارتنزیتی و داپلکس.
1- جوشکاری استلایت بر روی فولادهای ساده کربنی
حوشکاری استلایت بر روی فولادهای ساده کربنی هم انجام می شود که معروف ترین آنها سری ST (ساختمانی) و سری CK (صنعتی) می باشند.
در حالت کلی، می توان گفت که جوش پذیری یک فولاد، با سختی پذیری آن ارتباط معکوس دارد. هرچه سختی پذیری بیشتر باشد، جوش پذیری کمتر است. این رابطه به شکل گیری لایه ترد در منطقه تحت حرارت زیر جوش (منطقه HAZ) مربوط می‌شود.
هنگامی که سختی پذیری فولاد بالا باشد، هنگام سر شدن سریع منطقه زیر جوش، فازهای ماتنزیتی تردی تشکیل می‌شود که مقاومت به ضربه آن پایین است. این موضوع، در شرایطی که کربن بالای 0.5 درصد است، اهمیت زیادی دارد.
برای اینکه سرعت سرد شدن را کم کنیم، لازم است قطعه کار را پیشگرم کنیم. میزان پیشگرم مورد نیاز از یک رابطه به نام CE (Cabon Equivalent) به دست می‌آید.
حدود درجه حرارت پیشگرم قطعه برای بعضی از درصدهای کربن به شرح زیر است:
| Tempreture C | %Carbon |
| Not need | 0.2 |
| 50 | 0.3 |
| 100 | 0.4 |
| 150 | 0.5 |
| 200 | 0.6 |
| 250 | 0.7 |
| 275 | 0.8 |
| 325 | 0.9 |
البته توجه کنید که اندازه قطعه نیز در مقدار پیشگرم موثر است. پیشگرم در جوشکاری، همیشه می‌تواند مفید باشد چون باعث حذف رطوبت و چربی روی قطعه خواهد شد و می‌تواند تنش‌های انقباضی قطعه را کم کند.
در شرایطی که کربن از0.5 بیشتر شود، تشکیل ماتنزیت انجام می‌شود و باید پس از جوشکاری عملیات حرارتی Post Weld Heat Treatment انجام شود.
2- فولادهای آلیاژی
در این فولادها، کربن بیشتر از 0.1 است و جوشکاری سطحی در آنها مشکلات بیشتری دارد. در این فولادها، عملیات حرارتی پیشگرم و پس‌گرم الزامی است و این کار با توجه به دماهای شروع و پایان استحاله مارتنزیتی و دیاگرام TTT صورت می‌گیرد.
انجام جوشکاری استلایت بر روی فولادهای ابزار یا فولادهای مارتنزیتی پرآلیاژ معمولاً انجام نمی‌شود.
3- فولادهای زنگ نزن آستنیتی و داپلکس
جوشکاری استلایت بر روی فولادهای زنگ نزن، امری متداول است. این کار کاملاَ با فولادهای کربنی و کم آلیاژ تفاوت دارد چرا که در این حالت، کربن زیاد مهم نیست اما مهم این است که سخت کاری روی چه گریدی انجام می‌شود.
مثلاَ در فولادهای زنگ نزن آستنیتی (سری 300) شکل گیری فاز ترد در منطقه HAZ جوش روی نمی‌دهد. چون نیکل بالایی دارند و از تبدیل آستنیت به مارتنزیت جلوگیری می‌کند. در این گروه، دمای پیشگرم بین 50 تا 150 درجه سانتیگراد توصیه می‌شود و پس از جوشکاری، قطعه باید به آرامی سرد شود.
معضل اساسی در جوشکاری استنلس استیل‌ها، ورود کربن از استلایت به منطقه HAZ جوش است که باعث ایجاد پدیده حساس شدن (Sensitization) و خوردگی کنار جوش می‌گردد. تشکیل کاربید کروم در مرز دانه‌ها از ایجاد لایه محافظ اکسید کروم پیوسته در سطح فولاد جلوگیری کرده و مقاومت به خوردگی را در این منطقه، کاهش می‌دهد.
همچنین، در فولادهای داپلکس نیز پدیده حساس شدن و خوردگی کنار جوش، مثل فولادهای زنگ نزن آستنیتی ایجاد می‌شود.
از نظر سخت کاری سطحی، مهم‌ترین معضل فولادهای داپلکس، تشکیل فازهای سیگما، چی، و آلفاپرایم در زمان جوشکاری است که باعث ترد شدن منطقه بزرگی در زیر جوش می‌شود. این فازها در محدوده دمایی 300 تا 1000 درجه تشکیل می‌شوند لذا بهتر است فولادهای داپلکس پیشگرم نشوند. همچنین سریع ترین نرخ سرد شدن را باید هم برای دماهای بین پاسی و هم آخر کار داشته باشد تا کمتر در معرض ترد شدن قرار گیرد. دمای بین پاسی بهینه برای این فولادها، بین 150 تا 200 درجه سانتیگراد می‌باشد.
والبته یکی از شگردهای خوب برای این فولادها، استفاده از یک لایه بافری آلیاژهای نیکل مثل اینکونل 625 زیر لایه استلایت می‌باشد که تا می تواند ریسک پدیده های مذکور را بسیار پایین بیاورد.
پدیده رقیق شدگی لایه جوش استلایت
این پدیده در حین سخت کاری سطحی بوسیله آلیاژ استلایت بر روی قطعات بوجود می‌آید. در حالتی که جوش استلایت به وسیله فلز پایه زیر آن رقیق شود، عدد سختی مطلوب به دست نمی‌آید و معمولاَ سختی حاصله، کمتر از سختی مورد انتظار است.
این پدیده وقتی روی می‌دهد که مقداری از فلز زیرلایه، در لایه سطحی استلایت حل می‌شود و در نتیجه میزان آهن در فلز استلایت افزایش می‌یابد. این امر، مقاومت به خوردگی لایه استلایت را در محیط‌های خورنده، کمتر می‌کند (به دلیل کاهش میزان کروم)، سختی را کاهش می‌دهد، مقاومت به سایش را کاهش می‌دهد، اما در عوض ممقاومت به ضربه را در این لایه افزایش خواهد داد.
اهمیت این پدیده باید همواره مد نظر مهندسان و کارشناسان جوشکاری قرار گیرد چرا که به عنوان مثال، تنها 6 درصد رقیق شدن لایه استلایت با لایه زیرین، می تواند مقاومت به سایش خراشان را از 1 تا 6 برابر کاهش دهد و مقاومت به سایش چسبان را تا دو برابر کم کند!
در جوشکاری قطعات صنعتی، رقیق شدن اجتناب ناپذیر است اما باید حد آن را با توجه به شرایط کاری قطعه مشخص کرد. هر چه تعداد پاس‌های جوش داده شده بیشتر شود، اثر رقیق شدن برای لایه های فوقانی، کاهش می یابد.
تعداد پاس‌های جوشکاری و قطر فیلر جوشکاری استلایت باید طوری انتخاب شود تا پس از ماشینکاری قطعه، لایه استلایت باقیمانده روی آن در حدود 2 میلیمتر باشد.
پارامترهای زیادی بر میزان رقیق شدن لایه جوشکاری موثر است از جمله هندسه جوش، ضخامت لایه اول جوش، مهارت تکنیسین جوشکاری، جنس زیرلایه و …
همچنین نوع فرایند نیز اثر زیادی بر میزان رقیق شدن دارد. به عنوان مثال رقیق شدن در فرایند PTA می تواند تا 10 برابر نسبت به فرایند TIG کمتر شود.
فروش فیلر استلایت
گروه صنعتی پایامتال فروش و ارسال انواع فیلر جوشکاری استلایت و همچنین پودر پوشش دهی استلایت را به سراسر ایران انجام می دهد. فیلر استلایت 1 ، فیلر استلایت 3 ، فیلر استلایت 4 ، فیلر استلایت 6 ، فیلر استلایت 12 ، فیلر استلایت 21 ، فیلر استلایت 25 ، فیلر استلایت 190 و انواع دیگر فیلر جوشکاری استلایت مثل فیلرهای توپودری استلایت 6 به صورت تخصصی و فنی در این گروه انجام می شود.
شماره تماس: 09120920244 شماره واتس آپ: 09133087737
گردآوری و تالیف: تیم تحقیق و پژوهش آلیاژهای صنعتی پایا متال ، دکتر جلال دانش، مهندس امیررضا مقبل اصفهانی