Stellite 31 (materiálové číslo 2.4775, UNS R30031), v mezinárodním leteckém a vojenském průmyslu známá pod historickým označením X-40 nebo Cobalt 31, je litá vysokovýkonná superslitina na bázi kobaltu. Tento materiál byl vyvinut speciálně pro statické i rotující součásti pracující pod extrémním mechanickým zatížením v trvalém žáru. Její mikrostruktura je tvořena stabilní kobalt-chrom-niklovou matricí, která je vysoce zpevněna přídavkem wolframu (až 8 %) a intermetalickými karbidickými sítěmi. Stellite 31 se pyšní mimořádnou mezí pevnosti při tečení (creep rupture strength) za trvalých provozních teplot nad 800 °C, špičkovou odolností vůči tepelné únavě, rázům a horké plynové korozi. Distribuuje se téměř výhradně ve formě investičních přesných odlitků, navařovacích polotovarů nebo sférických prášků.
Garantované chemické složení a limitní tolerance podle přísné letecké specifikace AMS 5382 pro přesné odlitky a normy ASTM B567 (vyjádřeno v hmotnostních procentech):
| Prvek | Co | Cr | Ni | W | Fe | C | Mn | Si | P | S |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Min. (%) | Zbytek | 24,50 | 9,50 | 7,00 | – | 0,45 | – | – | – | – |
| Max. (%) | Zbytek | 26,50 | 11,50 | 8,00 | 2,00 | 0,55 | 1,00 | 1,00 | 0,040 | 0,030 |
Mechanické hodnoty investičních přesných odlitků v litém stavu (As-Cast) po tepelné stabilizaci podle specifikací AMS 5382. Materiál si udržuje špičkovou pevnost i při červeném žáru:
| Teplota zkoušky | Pevnost v tahu Rₘ (MPa) | Mez kluzu Rₚ₀,₂ (MPa) | Tažnost A₅ (%) | Mez pevnosti při tečení (Creep Rupture) / 100 hod | Typická tvrdost |
|---|---|---|---|---|---|
| 20 °C (Pokojová teplota) | ≥ 745 MPa | ≥ 470 MPa | ≥ 3 % | – | ~ 27 – 34 HRC (cca 280–330 HBW) |
| 650 °C (Žárová teplota) | ~ 590 MPa | ~ 330 MPa | ~ 5 % | ~ 310 MPa | Odolnost proti popuštění je stoprocentní |
| 815 °C (Vysoký provozní žár) | ≥ 430 MPa | ~ 260 MPa | ≥ 8 % | ≥ 165 MPa (Vynikající hodnota) | – |
| 980 °C (Limitní teplota) | ~ 210 MPa | ~ 130 MPa | ≥ 12 % | ~ 55 MPa | – |
Hodnoty fyzikálních veličin kobaltové superslitiny Stellite 31 / X-40 v závislosti na rostoucí teplotě okolí:
| Fyzikální parametr | Při 20 °C | Při 200 °C | Při 600 °C | Při 800 °C |
|---|---|---|---|---|
| Hustota (g/cm³) | 8,61 (Těžká struktura díky wolframu) | 8,55 | 8,43 | 8,37 |
| Modul pružnosti v tahu E (GPa) | 211 | 202 | 180 | 161 |
| Měrná tepelná vodivost (W/m·K) | 12,5 | 14,8 | 19,7 | 23,2 |
| Měrná tepelná kapacita (J/kg·K) | 415 | 440 | 490 | 535 |
| Koeficient tepelné roztažnosti (10⁻⁶/K) | – | 11,9 | 13,4 | 14,5 |
| Teplota solidu / likvidu (°C) | 1315 °C / 1420 °C | |||
| Magnetismus | Materiál je striktně nemagnetický v celém rozsahu teplot. | |||
Metalurgickou podstatou slitiny Stellite 31 (X-40) je schopnost přenášet obrovské mechanické napětí v proudech rozžhavených plynů. Stabilní niklem dopovaná kobaltová matice nepodléhá fázovým transformacím ani při dlouhodobé expozici teplotám přesahujícím 850 °C. Karbidické sítě wolframu a chromu fixují hranice zrn, což zabraňuje jejich klouzání a dává slitině bezkonkurenční odolnost vůči tepelnému cyklování a únavě materiálu.
Obsah chromu kolem 25 % zaručuje spolehlivou pasivaci povrchu. Stellite 31 vykazuje mimořádnou odolnost vůči katastrofické oxidaci a sulfidaci v agresivních spalinách leteckých a raketových paliv až do teploty 1050 °C. Výborně odolává erozi pevných částic unášených horkými plyny a kavitaci.
Obrábění přesných odlitků z oceli 1.4775 je z důvodu vysoké pevnosti za žáru a deformačního zpevňování extrémně náročné. Běžné frézování a vrtání je neefektivní. Tvarové úpravy se realizují buď elektroerosivním dělením (EDM), nebo precizním broušením za mokra pomocí kotoučů z kubického nitridu boru (CBN) či diamantových nástrojů. Soustružení je proveditelné pouze za použití speciální řezné keramiky nebo tvrdokovů ISO K10/K20 při velmi nízkých řezných rychlostech za stálého chlazení. Jako navařovací materiál se aplikuje metodami TIG (GTAW) nebo plazmovým přenosem oblouku (PTA). Při renovacích či hardfacingu je naprosto klíčový vysoký předehřev základního kovu na 350 °C až 500 °C a následné pomalé chladnutí, aby se eliminoval vznik napěťových trhlin.
Kobaltovou superslitinu Stellite 31 / X-40 dodáváme především ve formě investičních odlitků a přídavných materiálů certifikovaných podle nejdůležitějších aerospace specifikací:
Tento technický list má výhradně informativní charakter. Poskytnutá data jsou bez záruky – konkrétní hodnoty je vždy třeba ověřit v aktuálním atestu dodávaného materiálu.