Guia integral dels aliatges basats en níquel: aliatge Monel
Què és l’aliatge Monel?
L’aliatge de níquel-coure, també conegut com a aliatge Monel, és el primer tipus d’aliatge resistent a la corrosió basat en níquel. L’aliatge va ser desenvolupat per primera vegada per la American International Nickel Company el 1906 i la Xina va començar a produir -la i a utilitzar -la als anys cinquanta. L’aliatge Monel es pot dividir en un tipus d’enfortiment de solucions sòlides i tipus d’enduriment d’edat segons el mètode d’enfortiment. Les solucions sòlides en reforçar els aliatges Monel inclouen Monel 400, Monel 404 i Monel 405; Els aliatges Monel Endardening Edat inclouen Monel K -500, M -30 C, Monel 505, etc. Segons el mètode de formació, l'aliatge monel es pot dividir en aliatge de deformació i aliatge de colada, i les notes i composicions es mostren a la taula 1 i a la taula. Enginyers) Grau del sistema, que està representat per les lletres K, R, H, S Plus Aliatge Monel. "K" Aliatge Monel és el tipus d'enduriment de l'edat, "R" Monel Alloy és tipus de tall lliure, "H" Aliatge Monel és de tipus de resistència mitjana i "S" Aliatge Monel és de tipus de gran resistència. La segona és la marca digital de la companyia internacional de níquel, que està representada per un sufix d’aliatge Monel de dos dígits o de tres dígits. El tercer és la marca "ASTM-SAE Number System", abreujat com a "UNS", representada per la lletra N + cinc dígits. A la Xina, està representat per "Ncuxx XX XX".
1. Comparació de l’organització, propietats i aplicacions de tres tipus d’aliatges Monel
Aliatge Monel ha desenvolupat més de 20 graus, entre els quals Monel 400 (aliatge general Monel), Monel K -500 (aliatge de Monel de l’edat d’edat) i Monel 505 (aliatge de High-Silicon Monel) s’utilitzen àmpliament, corresponent als graus Ncu30 de la Xina, Ncu 30-3-0.
L’estructura de l’aliatge de Monel 400 és una estructura típica d’un austenita monofàsic amb una excel·lent resistència a la corrosió. L’aliatge generalment no produeix esquerdes de corrosió d’estrès i té un bon rendiment de tall. Té una excel·lent resistència a la corrosió en gas fluor, àcid clorhídric, àcid sulfúric, àcid hidrofluòric i els seus derivats. Al mateix temps, també és resistent a la corrosió en solucions neutres, solucions alcalines concentrades en calent, aigua, aigua de mar, atmosfera, compostos orgànics, etc. Aliatges basats en níquel, a base de ferro, basats en cobalt i basats en coure, aliatge Monel 400 també presenta propietats mecàniques trencadisses a mitja temperatura i la seva plasticitat és la més baixa en el rang de temperatura de grau 600-850. El contingut de coure en aliatge Monel 400 és molt alt. Si no s’afegeixen elements de CR i Al, no es pot formar una pel·lícula d’òxid estable, de manera que és molt fàcil oxidar a temperatures altes. Generalment, la temperatura màxima de treball contínua a l’aire no supera els 600 graus i la temperatura màxima en condicions d’amoníac i amoniació anhidra no supera els 585 graus. L’aliatge es pot utilitzar tant en una solució sòlida com en estat de treball en fred. La temperatura del tractament de la solució generalment es troba entre 870 i 980 graus, però l’efecte d’enfortiment de la solució sòlida no és evident, i la força és molt inferior a la de l’aliatge Monel K -500, de manera que no és adequat per a components d’alta resistència.
Per millorar la resistència al desgast de l'aliatge, els investigadors van afegir element SI a Monel 400 Aliatge a la dècada de 1980 per millorar la resistència al desgast del material. Van desenvolupar ncu 30-4-2 aliatge i aliatge Monel 1-505, que pertanyen a la sèrie Smonel. La microestructura després de l’envelliment és la matriu austenita cúbica centrada en la cara i la fase de silici Ni3. La fase NI3SI és la principal fase de reforç de l’aliatge Monel que conté silici, que es precipitarà durant la solidificació, però que precipitarà significativament durant l’envelliment. L’aliatge té les característiques d’alta duresa, alta resistència, excel·lent resistència al desgast i anti-adhesió. S'utilitza principalment per fabricar peces de fricció de precisió que requereixen un funcionament estable, com ara dispositius de combustible d'aviació i timons, eixos de timó de míssils aire-aire i accessoris de combustible dels motors d'aviació. El procés de tractament tèrmic recomanat és de 950 graus × 2h Solució Tractament + 600 grau × 8h Tractament envelliment. Com que el silici tendeix a reaccionar amb l’àcid hidrofluoric per generar àcid fluorosilic, els materials que contenen silici seran corroïts per l’àcid hidrofluòric, de manera que l’aliatge no es pot utilitzar en un medi d’àcid hidrofluòric. L’addició de SI augmenta la dificultat de fusió i formació, i la seva plasticitat és molt inferior a la de l’aliatge Monel K -500. No es pot soldar i formar, i el seu rang d'aplicació actual és relativament petit, principalment utilitzat en el camp de l'aviació.
Al mateix temps, per millorar la força dels aliatges de coure de níquel, els investigadors van afegir una certa quantitat d’elements Al i Ti a l’aliatge Monel 400 per desenvolupar aliatge Monel K -500. Les propietats físiques de l’aliatge de Monel K -500 són bàsicament similars, però en comparació amb l’aliatge Monel 400, la seva conductivitat tèrmica i el punt de transició magnètica són més baixes (vegeu Taula 3). Per tant, els camps d’aplicació dels dos són bàsicament els mateixos, però a causa de l’addició de titani i alumini, el seu rendiment integral és millor que l’aliatge Monel 400. Té un gran potencial d’aplicació en els camps del petroli, la indústria química, la navegació, l’energia atòmica, la metal·lúrgia, el tèxtil, la impressió i la tintura, la paperera, la maquinària d’aliments, els equips mèdics, etc. Els productes principals són eixos de bomba, eines del pou d’oli, rascadors, etc., vàlvules internes, fixacions (cargols), brols, etc.
La microestructura de l'aliatge de Monel K -500 després de l'envelliment es compon principalment de matriu austenita cúbica centrada en la cara i Ni. 3 (Al, Ti) precipitats dispersos, que és completament diferent de la composició de fase d’enfortiment de l’aliatge Monel 505. Aquest aliatge és el millor material resistent a la corrosió entre els elements halògens en materials marins d’alta resistència, excepte l’aliatge de titani. Per tant, s’utilitza àmpliament en la fabricació d’equips de vaixells estrangers. Es informa que els fixadors, els cargols i les femelles del gasoducte del mar del Nord i el pont del Tàmesi al Regne Unit estan fabricats principalment per aliatge Monel K -500. Aquest material s’utilitza àmpliament a les hélices, eixos clau i algunes parts de bombes de vaixells. Molts equips i sistemes del transportista d'avions "Charles de Gaulle" francès també utilitzen aquest material. El submarí de la Marina de la Marina dels Estats Units utilitza Monel K -500 per fabricar eixos de hèlix, fixadors i determinats equips externs, amb un excel·lent rendiment de l'aplicació. Els militars han comprat a granel. A més de ser àmpliament utilitzat en el camp marí, l’aliatge Monel K -500 també s’utilitza àmpliament a la indústria petroquímica del meu país, principalment com a molles de vàlvula i eixos de bomba per a bombes d’injecció de combustible. La nostra investigació va trobar que en comparació amb les molles d'acer inoxidable, l'aliatge Monel K -500 pot garantir millor la vida útil i la fiabilitat de la bomba en un medi líquid mare de polímer alcalí quan s'utilitza com a bomba d'injecció de polímer de petroli. Tanmateix, quan s’utilitza com a fixador marí, és necessari evitar utilitzar-lo en combinació amb materials alts potencials. En resum, Aliatge Monel K -500 i aliatge Monel 505 són noves qualificacions desenvolupades afegint diferents elements de reforç a l'aliatge Monel 400. Tanmateix, el rendiment complet de l’aliatge de Monel K -500 supera amb escreix la de l’aliatge Monel 505, i té un mercat més ampli per a ús.
2. La influència dels elements sobre les propietats de l'aliatge
Els elements principals de l'aliatge de Monel K {{0}} són níquel, coure, alumini, titani, etc. El coure pot millorar la resistència a la corrosió de l'aliatge en la reducció dels suports. El principal paper de l’alumini i el titani és millorar la força i les propietats mecàniques de l’aliatge. El ferro pot millorar significativament la resistència de l’aliatge de Monel K -500 a la corrosió d’impacte turbulent a l’aigua de mar i millorar el rendiment de processament de l’aliatge; El manganès també pot millorar la resistència a la corrosió de l’aliatge en l’aigua de mar que flueix i millorar els efectes beneficiosos del ferro, com ara perfeccionar l’estructura; El sofre pot millorar el rendiment de tall de l'aliatge de Monel K -500, però el contingut excessiu de sofre reduirà el seu rendiment de soldadura i forja, per la qual cosa s'ha de controlar dins de 0. 03WT%; L’efecte del carboni sobre l’aliatge Monel K -500 és força complicat. D’una banda, pot millorar la força de l’aliatge i, d’altra banda, pot reduir la plasticitat de l’aliatge. Té una solubilitat molt petita en l'aliatge i pot formar fàcilment carburs primaris i secundaris amb titani. La quantitat de precipitació de carbur és proporcional al contingut de carboni, que té un efecte significatiu en el rendiment de forja de l'aliatge. El contingut de les parts amb gran deformació s’ha de controlar per sota del 0,15%en%.
3. Mecanisme d’enfortiment de l’aliatge de Monel K -500
En general, els principals mètodes d’enfortiment dels aliatges basats en níquel són l’enfortiment del límit del gra, l’enfortiment de la solució sòlida i l’enfortiment de les precipitacions. El mecanisme d’enfortiment de Monel K -500 inclou l’enfortiment de les solucions sòlides i l’enfortiment de les precipitacions, entre el qual l’enfortiment de les precipitacions de l’envelliment és el principal mètode d’enfortiment. La taula 4 mostra els coeficients d’enfortiment de la solució sòlida d’elements com C, Ti i Mn a Monel K -500. Es pot veure que l'efecte reforçador de C és evident. Per tant, Monel K -500 sol tenir un contingut de carboni més elevat (C més gran o igual a 0. 10%), que pot millorar efectivament el seu reforç intersticial. En comparació amb l'aliatge Monel400, la resistència a la tracció i la força de rendiment de l'aliatge Monel K -500 després del tractament de l'envelliment són més de dues vegades més amunt sota la premissa del mateix reforç de la mateixa solució sòlida. L’enfortiment de l’aliatge es deu principalment a la precipitació de dispersió de la fase a temperatures mitjanes i baixes.
