Περιεκτικός οδηγός για κράματα με βάση το νικέλιο: κράμα Monel
Τι είναι το κράμα Monel;
Το κράμα νικελίου-χαλκού, επίσης γνωστό ως κράμα Monel, είναι ο πρώτος αναπτυγμένος και ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος κράματος ανθεκτικού στη διάβρωση με νικέλιο. Το κράμα αναπτύχθηκε για πρώτη φορά από την αμερικανική διεθνή εταιρεία νικελίου το 1906 και η Κίνα άρχισε να παράγει και να το χρησιμοποιεί στη δεκαετία του 1950. Το κράμα Monel μπορεί να χωριστεί σε τύπο ενίσχυσης στερεών διαλύματος και τύπου σκλήρυνσης ηλικίας σύμφωνα με τη μέθοδο ενίσχυσης. Στερεά διαλύματα ενίσχυσης των μονάδων διαλύματος περιλαμβάνουν Monel 400, Monel 404 και Monel 405. Τα κράματα της σκλήρυνσης ηλικίας περιλαμβάνουν το Monel K -500, το M -30 C, το Monel 505, κλπ. Σύμφωνα με τη μέθοδο σχηματισμού, το πρότυπο Monel Conloy μπορεί να χωριστεί σε το κράμα παραμόρφωσης και το κράμα χύτευσης και οι βαθμοί και οι βαθμοί και οι συνθέσεις παρουσιάζονται στον Πίνακα 1. βαθμός, η οποία αντιπροσωπεύεται από τα γράμματα k, r, h, s συν το κράμα monel. Το κράμα Monel "K" είναι τύπου ηλικίας-σκληρής, "R" κράμα Monel είναι ελεύθερο κοπής, "H" κράμα Monel είναι τύπου μέσης αντοχής και το κράμα Monel "S" S "είναι τύπου υψηλής αντοχής. Η δεύτερη είναι η ψηφιακή μάρκα της διεθνούς εταιρείας νικελίου, η οποία εκπροσωπείται από ένα διψήφιο ή τριψήφιο επίθεμα κράματος μονοστοιχείων. Το τρίτο είναι το σήμα "ASTM-SAE Unified Number System", συντομεύτηκε ως "UNS", που αντιπροσωπεύεται από το γράμμα N + πέντε ψηφία. Στην Κίνα, αντιπροσωπεύεται από το "NCUXX XX XX".
1. Σύγκριση του οργανισμού, ακινήτων και εφαρμογών τριών τύπων κραμάτων Monel
Το Monel Alloy έχει αναπτύξει περισσότερους από 20 βαθμούς, μεταξύ των οποίων το Monel 400 (General Monel Alloy), το Monel K -500 (κράμα Monel) και το Monel 505 (High-Silicon Monel κράμα) χρησιμοποιούνται ευρέως, που αντιστοιχούν στο NCU30, NCU {7}.
Η δομή του κράματος Monel 400 είναι μια τυπική μονοφασική δομή ωστενίτη με εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση. Το κράμα γενικά δεν παράγει ρωγμές διάβρωσης στρες και έχει καλή απόδοση κοπής. Έχει εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση σε αέριο φθορίου, υδροχλωρικό οξύ, θειικό οξύ, υδροφθορικό οξύ και τα παράγωγά του. Ταυτόχρονα, είναι επίσης ανθεκτικό στη διάβρωση σε ουδέτερα διαλύματα, καυτά συμπυκνωμένα αλκαλικά διαλύματα, νερό, θαλασσινό νερό, ατμόσφαιρα, οργανικά ενώσεις κλπ. Τα κράματα που βασίζονται σε σίδηρο, με βάση το κοβάλτιο, και τα κράματα με βάση το χαλκό, το κράμα Monel 400 παρουσιάζουν επίσης εύθραυστες μηχανικές ιδιότητες μέσης θερμοκρασίας και η πλαστικότητά του είναι χαμηλότερη στην περιοχή θερμοκρασίας 600-850. Η περιεκτικότητα σε χαλκό στο κράμα Monel 400 είναι πολύ υψηλή. Εάν δεν προστίθενται στοιχεία Cr και Al, δεν μπορεί να σχηματιστεί ένα σταθερό μεμβράνη οξειδίου, οπότε είναι πολύ εύκολο να οξειδωθεί σε υψηλές θερμοκρασίες. Γενικά, η μέγιστη συνεχή θερμοκρασία εργασίας στον αέρα δεν υπερβαίνει τους 600 βαθμούς και η μέγιστη θερμοκρασία υπό άνυδρη αμμωνία και συνθήκες αμμωνίας δεν υπερβαίνει τους 585 βαθμούς. Το κράμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο σε στερεό διάλυμα όσο και σε ψυχρή κατάσταση εργασίας. Η θερμοκρασία θεραπείας διαλύματος είναι γενικά μεταξύ 870 και 980 βαθμών, αλλά το φαινόμενο ενίσχυσης του στερεού διαλύματος δεν είναι προφανής και η ισχύς είναι πολύ χαμηλότερη από αυτή του Monel K -500 κράμα, οπότε δεν είναι κατάλληλο για εξαρτήματα υψηλής αντοχής.
Προκειμένου να βελτιωθεί η αντοχή στη φθορά του κράματος, οι ερευνητές πρόσθεσαν το στοιχείο SI στο κράμα Monel 400 στη δεκαετία του 1980 για να βελτιώσουν την αντίσταση στη φθορά του υλικού. Αναπτύχθηκαν NCU 30-4-2 κράμα και Monel 1-505 κράμα, τα οποία ανήκουν στη σειρά Smonel. Η μικροδομή μετά τη γήρανση είναι ο κυβικός ωστενίτης μήτρας και η φάση πυριτίου NI3. Η φάση NI3SI είναι η κύρια φάση ενίσχυσης του κράματος μονομερών που περιέχει πυρίτιο, το οποίο θα κατακρημνίσει κατά τη διάρκεια της στερεοποίησης, αλλά θα κατακρημνίσει σημαντικά κατά τη διάρκεια της γήρανσης. Το κράμα έχει τα χαρακτηριστικά της υψηλής σκληρότητας, της υψηλής αντοχής, της εξαιρετικής αντοχής στη φθορά και της αντι-προσκόλλησης. Χρησιμοποιείται κυρίως για την κατασκευή εξαρτημάτων τριβής ακριβείας που απαιτούν σταθερή λειτουργία, όπως συσκευές καυσίμου αεροπορίας και κούκος, άξονες πηδαλίου των πυραύλων αέρα-αέρα και αξεσουάρ καυσίμων των μηχανών αεροπορίας. Η συνιστώμενη διαδικασία επεξεργασίας θερμότητας είναι 950 βαθμοί × 2H θεραπεία διαλύματος + 600 βαθμός × 8H θεραπεία γήρανσης. Δεδομένου ότι το πυρίτιο τείνει να αντιδρά με υδροφθορικό οξύ για να παράγει φθοριοσυριτικό οξύ, τα υλικά που περιέχουν πυρίτιο θα διαβρωθούν με υδροφθορικό οξύ, έτσι ώστε το κράμα να μην μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μέσο υδροφθορικού οξέος. Η προσθήκη του SI αυξάνει τη δυσκολία τήξης και σχηματισμού και η πλαστικότητά του είναι πολύ χαμηλότερη από αυτή του κράματος Monel K -500. Δεν μπορεί να συγκολληθεί και να σχηματιστεί, και το τρέχον εύρος εφαρμογής του είναι σχετικά μικρό, κυρίως χρησιμοποιείται στο πεδίο της αεροπορίας.
Ταυτόχρονα, προκειμένου να βελτιωθεί η αντοχή των κραμάτων νικελίου-χαλκού, οι ερευνητές πρόσθεσαν ένα ορισμένο ποσό στοιχείων Al και Ti στο κράμα Monel 400 για να αναπτύξουν το κράμα Monel K -500. Οι φυσικές ιδιότητες του κράματος Monel K -500 είναι βασικά παρόμοιες, αλλά σε σύγκριση με το κράμα Monel 400, η θερμική αγωγιμότητα και το σημείο μαγνητικής μετάβασης είναι χαμηλότερες (βλ. Πίνακα 3). Επομένως, τα πεδία εφαρμογής των δύο είναι βασικά τα ίδια, αλλά λόγω της προσθήκης τιτανίου και αλουμινίου, η ολοκληρωμένη απόδοση του είναι καλύτερη από το κράμα Monel 400. Έχει εξαιρετικό δυναμικό εφαρμογής στους τομείς της πετρελαίου, της χημικής βιομηχανίας, της πλοήγησης, της ατομικής ενέργειας, της μεταλλουργίας, της κλωστοϋφαντουργίας, της εκτύπωσης και της βαφής, των χαρτιών, των μηχανημάτων τροφίμων, του ιατρικού εξοπλισμού κλπ.
Η μικροδομή του Monel k -500 κράμα μετά τη γήρανση αποτελείται κυρίως από πλέγμα Cubic Austenite με επίκεντρο το πρόσωπο και Ni. 3 (Al, Ti) διασκορπισμένα ιζήματα, τα οποία είναι εντελώς διαφορετικά από τη σύνθεση φάσης ενίσχυσης του κράματος Monel 505. Αυτό το κράμα είναι το καλύτερο υλικό ανθεκτικό στη διάβρωση μεταξύ των στοιχείων αλογόνου σε θαλάσσια υλικά υψηλής αντοχής εκτός από το κράμα τιτανίου. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή εξοπλισμού ξένων πλοίων. Αναφέρεται ότι οι συνδετήρες, τα μπουλόνια και τα καρύδια του αγωγού πετρελαίου της Βόρειας Θάλασσας και η γέφυρα του Τάμεση στο Ηνωμένο Βασίλειο είναι κυρίως κατασκευασμένα από Monel K -500 κράμα. Αυτό το υλικό χρησιμοποιείται ευρέως στους έλικες, τους βασικούς άξονες και σε ορισμένα μέρη αντλιών πλοίων. Πολλοί εξοπλισμοί και συστήματα του γαλλικού αερομεταφορέα "Charles de Gaulle" χρησιμοποιούν επίσης αυτό το υλικό. Το υποβρύχιο του Ναυτικού του Ναυτικού των ΗΠΑ χρησιμοποιεί το Monel K -500 για την κατασκευή άξονων έλικας, συνδετήρων και ορισμένου εξωτερικού εξοπλισμού, με εξαιρετική απόδοση εφαρμογών. Ο στρατός αγόρασε χύμα. Εκτός από το ότι χρησιμοποιείται ευρέως στο θαλάσσιο πεδίο, το κράμα Monel K -500 χρησιμοποιείται επίσης ευρέως στην πετροχημική βιομηχανία της χώρας μου, κυρίως ως ελατήρια βαλβίδων και άξονες αντλιών για αντλίες έγχυσης καυσίμου. Η έρευνά μας διαπίστωσε ότι σε σύγκριση με τα ελατήρια από ανοξείδωτο χάλυβα, το κράμα Monel K -500 μπορεί να εγγυηθεί καλύτερα τη διάρκεια ζωής και την αξιοπιστία της αντλίας σε αλκαλικό πολυμερές μητρικό υγρό μέσο όταν χρησιμοποιείται ως αντλία έγχυσης πολυμερούς πετρελαίου. Ωστόσο, όταν χρησιμοποιείται ως θαλάσσιο συνδετήρα, είναι απαραίτητο να αποφευχθεί η χρήση του σε συνδυασμό με υλικά υψηλής δυναμικής. Συνοπτικά, το Monel K -500 κράμα και το κράμα Monel 505 είναι νέοι βαθμοί που αναπτύχθηκαν με την προσθήκη διαφορετικών στοιχείων ενίσχυσης στο κράμα Monel 400. Ωστόσο, η ολοκληρωμένη απόδοση του Monel K -500 κράμα υπερβαίνει κατά πολύ το κράμα Monel 505 και έχει μια ευρύτερη αγορά για χρήση.
2. Η επίδραση των στοιχείων στις ιδιότητες κράματος
Τα κύρια στοιχεία στο Monel K {{0}} κράμα είναι το νικέλιο, ο χαλκός, το αλουμίνιο, το τιτάνιο, κλπ. Ο χαλκός μπορεί να βελτιώσει την αντίσταση στη διάβρωση του κράματος στη μείωση των μέσων. Ο κύριος ρόλος του αλουμινίου και του τιτανίου είναι η βελτίωση της αντοχής και των μηχανικών ιδιοτήτων του κράματος. Ο σίδηρος μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την αντίσταση του Monel K -500 κράμα σε ταραχώδη διάβρωση της κρούσης στο θαλασσινό νερό και να βελτιώσει την απόδοση επεξεργασίας του κράματος. Το μαγγάνιο μπορεί επίσης να βελτιώσει την αντίσταση στη διάβρωση του κράματος στο ρέον θαλασσινού νερού και να ενισχύσει τις ευεργετικές επιδράσεις του σιδήρου, όπως η διύλιση της δομής. Το θείο μπορεί να βελτιώσει την απόδοση κοπής του Monel K -500 κράμα, αλλά η υπερβολική περιεκτικότητα σε θείο θα μειώσει την απόδοση της συγκόλλησης και της σφυρηλάτησης, οπότε πρέπει να ελεγχθεί μέσα 0. Η επίδραση του άνθρακα στο κράμα Monel K -500 είναι αρκετά περίπλοκο. Από τη μία πλευρά, μπορεί να βελτιώσει τη δύναμη του κράματος, και από την άλλη πλευρά, μπορεί να μειώσει την πλαστικότητα του κράματος. Έχει μια πολύ μικρή διαλυτότητα στο κράμα και μπορεί εύκολα να σχηματίσει πρωτογενή και δευτερογενή καρβίδια με τιτάνιο. Η ποσότητα των βροχοπτώσεων του καρβιδίου είναι ανάλογη με την περιεκτικότητα σε άνθρακα, η οποία έχει σημαντική επίδραση στην απόδοση του κράματος. Το περιεχόμενο των εξαρτημάτων με μεγάλη παραμόρφωση θα πρέπει να ελέγχεται κάτω από 0,15wt%.
3. Ενίσχυση μηχανισμού Monel K -500 κράμα
Σε γενικές γραμμές, οι κύριες μεθόδους ενίσχυσης των κραμάτων με βάση το νικέλιο είναι η ενίσχυση των ορίων των κόκκων, η ενίσχυση του στερεού διαλύματος και η ενίσχυση των βροχοπτώσεων. Ο μηχανισμός ενίσχυσης του Monel K -500 περιλαμβάνει την ενίσχυση της στερεής διαλύματος και την ενίσχυση της βροχόπτωσης, μεταξύ των οποίων η ενίσχυση της βροχόπτωσης της γήρανσης είναι η κύρια μέθοδος ενίσχυσης. Ο Πίνακας 4 δείχνει τους συντελεστές ενίσχυσης στερεών διαλύματος στοιχείων όπως C, Ti και MN στο Monel K -500. Μπορεί να φανεί ότι η ενισχυτική επίδραση του C είναι προφανές. Επομένως, το Monel K -500 έχει συνήθως υψηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα (C μεγαλύτερη ή ίση με 0. Σε σύγκριση με το κράμα MonEl400, η αντοχή σε εφελκυσμό και η αντοχή απόδοσης του Monel K -500 κράμα μετά τη θεραπεία της γήρανσης είναι περισσότερο από 2 φορές υψηλότερη υπό την προϋπόθεση της ίδιας ενίσχυσης στερεών διαλύματος. Η ενίσχυση του κράματος οφείλεται κυρίως στην κατακρήμνιση διασποράς της «φάσης σε μεσαία και χαμηλές θερμοκρασίες.
