Ghid cuprinzător pentru aliaje pe bază de nichel: Monel Alloy
Ce este Monel Alloy?
Aliajul de nichel-copper, cunoscut și sub numele de aliaj Monel, este cel mai timpuriu tip dezvoltat și cel mai utilizat tip de aliaj rezistent la coroziune pe bază de nichel. Aliajul a fost dezvoltat pentru prima dată de American International Nickel Company în 1906, iar China a început să o producă și să o folosească în anii '50. Aliajul Monel poate fi împărțit în tipul de întărire a soluției solide și tipul de întărire a vârstei în funcție de metoda de întărire. Soluție solidă întărirea aliajelor Monel includ Monel 400, Monel 404 și Monel 405; Aliajele Monel de întărire a vârstei includ Monel K -500, M -30 C, Monel 505, etc. Conform metodei de formare, aliajul Monel poate fi împărțit în aliaj de deformare și aliaj de casting, iar gradele și compozițiile sunt prezentate în tabelul 1 și tabelul 2. Există trei moduri principale de a exprima modele de aliaj monel) în sistemul standard american: unul este un sistem SAE (Societatea de autovehicule. grad, care este reprezentat de literele K, R, H, S plus aliaj Monel. Aliajul Monel "K" este de tip de întărire a vârstei, aliajul Monel "R" este tip de tăiere liberă, aliajul "H" Monel este tip de rezistență medie, iar aliajul Monel "S" este de înaltă rezistență. Al doilea este marca digitală a companiei internaționale de nichel, care este reprezentată de un sufix de aliaj Monel din două cifre sau trei cifre. Al treilea este marca „ASTM-SAE UNIFIES NUMMES SISTEM”, prescurtată ca „UNS”, reprezentată de litera n + cinci cifre. În China, este reprezentat de „NCUXX XX XX”.
1. Comparația organizației, proprietăților și aplicațiilor a trei tipuri de aliaje Monel
Aliajul Monel a dezvoltat mai mult de 20 de clase, printre care Monel 400 (Aliaj General Monel), Monel K -500 (aliaj Monel-În-înrădăcinat) și Monel 505 (aliaj Monel High-Silicon) sunt utilizate pe scară largă, corespunzând NCU30 din China, NCU {30-3-0. 5 și NCU {{9} {respectiv grade.
Structura aliajului Monel 400 este o structură austenită tipică monofazată, cu o rezistență excelentă la coroziune. În general, aliajul nu produce fisuri de coroziune a stresului și are performanțe de tăiere bune. Are o rezistență excelentă la coroziune în gaz fluor, acid clorhidric, acid sulfuric, acid hidrofluoric și derivații săi. În același timp, este, de asemenea, rezistent la coroziune în soluții neutre, soluții alcaline concentrate la cald, apă, apă de mare, atmosferă, compuși organici, etc. Poate fi utilizat pentru conducte de apă și aburi fără probleme în centralele electrice, schimbătoare de apă de mare și evaporatori, de axe de pompă și de echipamente de separare a apei de mare, a acidului de hidrochloric etc. Aliajele pe bază de nichel, pe bază de fier, pe bază de cobalt și pe bază de cupru, aliaj Monel 400 prezintă, de asemenea, proprietăți mecanice fragile la temperaturi medii, iar plasticitatea sa este cea mai scăzută în intervalul de temperatură de 600-850. Conținutul de cupru din aliajul Monel 400 este foarte mare. Dacă nu se adaugă elemente CR și AL, nu se poate forma o peliculă stabilă de oxid, deci este foarte ușor de oxidat la temperaturi ridicate. În general, temperatura maximă de lucru continuă în aer nu depășește 600 de grade, iar temperatura maximă sub amoniac anhidru și condiții de amoniere nu depășește 585 grade. Aliajul poate fi utilizat atât în soluție solidă, cât și în stare de lucru la rece. Temperatura de tratament a soluției este în general între 870 și 980 grade, dar efectul de întărire a soluției solide nu este evident, iar rezistența este mult mai mică decât cea a aliajului Monel K -500, deci nu este potrivit pentru componente de înaltă rezistență.
Pentru a îmbunătăți rezistența la uzură a aliajului, cercetătorii au adăugat elementul SI la aliajul Monel 400 în anii 1980 pentru a îmbunătăți rezistența la uzură a materialului. Au dezvoltat aliaj NCU 30-4-2 aliaj Monel {1-505, care aparțin seriei SMONEL. Microstructura după îmbătrânire este matricea austenită cubică centrată pe față și faza de siliciu Ni3. Faza NI3SI este principala fază de întărire a aliajului Monel care conține siliciu, care va precipita în timpul solidificării, dar va precipita semnificativ în timpul îmbătrânirii. Aliajul are caracteristicile de duritate ridicată, rezistență ridicată, rezistență excelentă la uzură și anti-adeziune. Este utilizat în principal pentru fabricarea pieselor de frecare de precizie care necesită o funcționare stabilă, cum ar fi dispozitivele de combustibil pentru aviație și cârmanții, arborele cârmei de rachete aer-aer și accesorii de combustibil ale motoarelor de aviație. Procesul recomandat de tratare termică este de 950 grade × 2H Tratament cu soluție + 600 grad × 8H Tratament de îmbătrânire. Deoarece siliciul tinde să reacționeze cu acid hidrofluoric pentru a genera acid fluorosilic, materialele care conțin siliciu vor fi corodate de acid hidrofluoric, astfel încât aliajul nu poate fi utilizat în mediu acid hidrofluoric. Adăugarea de Si crește dificultatea de topire și formare, iar plasticitatea sa este mult mai mică decât cea a aliajului Monel K -500. Nu poate fi sudat și format, iar intervalul său actual de aplicații este relativ mic, utilizat în principal în câmpul aviației.
În același timp, pentru a îmbunătăți puterea aliajelor de nichel-copper, cercetătorii au adăugat o anumită cantitate de elemente Al și Ti la aliaj Monel 400 pentru a dezvolta aliaj Monel K -500. Proprietățile fizice ale aliajului Monel K -500 sunt practic similare, dar în comparație cu aliajul Monel 400, conductivitatea termică și punctul de tranziție magnetică sunt mai mici (vezi tabelul 3). Prin urmare, câmpurile de aplicare ale celor doi sunt practic aceleași, dar datorită adăugării de titan și aluminiu, performanța sa cuprinzătoare este mai bună decât aliajul Monel 400. Are un potențial mare de aplicare în domeniile petrolului, industriei chimice, navigației, energiei atomice, metalurgiei, textilei, imprimării și vopsirii, preparatelor de hârtie, utilajelor alimentare, echipamentelor medicale, etc. Produsele principale sunt arbori de pompă, instrumente cu puțuri de ulei, răzuitoare, etc.
Microstructura aliajului Monel K -500 după îmbătrânire este compusă în principal din matricea austenită cubică centrată pe față și Ni. 3 (Al, Ti) precipitate dispersate, care este complet diferită de compoziția în faza de întărire a aliajului Monel 505. Acest aliaj este cel mai bun material rezistent la coroziune dintre elementele halogenului din materialele marine de înaltă rezistență, cu excepția aliajului de titan. Prin urmare, este utilizat pe scară largă la fabricarea echipamentelor de nave străine. Se raportează că elementele de fixare, șuruburile și piulițele conductei de petrol din Marea Nordului și podul Thames din Marea Britanie sunt făcute în principal din aliaj Monel K -500. Acest material este utilizat pe scară largă în elice, arbori cheie și unele părți ale pompelor de nave. Multe echipamente și sisteme ale transportatorului de aeronave francez „Charles de Gaulle” folosesc și acest material. Submarinul american din Virginia din SUA folosește Monel K -500 pentru a fabrica arbori de elice, elemente de fixare și anumite echipamente externe, cu performanțe excelente ale aplicației. Armata a achiziționat în vrac. Pe lângă faptul că este utilizat pe scară largă în câmpul marin, aliajul Monel K -500 este, de asemenea, utilizat pe scară largă în industria petrochimică a țării mele, în principal ca arcuri de supapă și arbori de pompă pentru pompele de injecție de combustibil. Cercetările noastre au descoperit că, în comparație cu arcurile din oțel inoxidabil, aliajul Monel K -500 poate garanta mai bine durata de viață și fiabilitatea pompei în mediul lichid al mamă polimer alcalin atunci când este utilizat ca pompă de injecție de polimer petrolier. Cu toate acestea, atunci când este utilizat ca un element de fixare marin, este necesar să evitați utilizarea acestuia în combinație cu materiale cu potențial ridicat. În rezumat, aliaj Monel K -500 și aliaj Monel 505 sunt noi note dezvoltate prin adăugarea de elemente de întărire diferite la aliajul Monel 400. Cu toate acestea, performanța cuprinzătoare a aliajului Monel K -500 o depășește cu mult pe cea a aliajului Monel 505 și are o piață mai largă pentru utilizare.
2. Influența elementelor asupra proprietăților aliajului
Principalele elemente din aliaj Monel K {{0}} sunt nichel, cupru, aluminiu, titan, etc. Cuprul poate îmbunătăți rezistența la coroziune a aliajului în reducerea mediilor. Rolul principal al aluminiului și titanului este de a îmbunătăți rezistența și proprietățile mecanice ale aliajului. Fierul poate îmbunătăți semnificativ rezistența aliajului Monel K -500 la coroziunea de impact turbulentă în apa de mare și să îmbunătățească performanța de procesare a aliajului; Manganul poate îmbunătăți, de asemenea, rezistența la coroziune a aliajului în apa de mare curgătoare și poate îmbunătăți efectele benefice ale fierului, cum ar fi rafinarea structurii; Sulful poate îmbunătăți performanța de tăiere a aliajului Monel K -500, dar conținutul excesiv de sulf va reduce performanțele de sudare și forjare, deci trebuie controlat în 0. 03wt%; Efectul carbonului asupra aliajului Monel K -500 este destul de complicat. Pe de o parte, poate îmbunătăți puterea aliajului, iar pe de altă parte, poate reduce plasticitatea aliajului. Are o solubilitate foarte mică în aliaj și poate forma cu ușurință carburi primare și secundare cu titan. Cantitatea de precipitații de carbură este proporțională cu conținutul de carbon, ceea ce are un efect semnificativ asupra performanței de forjare a aliajului. Conținutul pieselor cu o deformare mare trebuie controlat sub 0,15%în greutate.
3. Mecanismul de întărire a aliajului Monel K -500
În general, principalele metode de întărire a aliajelor pe bază de nichel sunt întărirea limitelor de cereale, întărirea soluției solide și întărirea precipitațiilor. Mecanismul de întărire a Monel K -500 include întărirea soluției solide și întărirea precipitațiilor, printre care întărirea precipitațiilor îmbătrânite este principala metodă de întărire. Tabelul 4 prezintă coeficienții de întărire a soluției solide ale elementelor precum C, Ti și Mn pe Monel K -500. Se poate observa că efectul de întărire a C este evident. Prin urmare, Monel K -500 are de obicei un conținut de carbon mai mare (C mai mare sau egal cu 0. 10%), care poate îmbunătăți eficient consolidarea interstițială. În comparație cu aliajul Monel400, rezistența la tracțiune și rezistența la randament a aliajului Monel K -500 după tratamentul cu îmbătrânirea sunt de mai mult de 2 ori mai mari sub premisa aceleiași întărirea soluției solide. Consolidarea aliajului se datorează în principal precipitațiilor de dispersie a fazei la temperaturi medii și scăzute.
