Visaptverošs ceļvedis uz niķeļa sakausējumiem: Monel sakausējums
Kas ir Monel sakausējums?
Niķeļa-vara sakausējums, kas pazīstams arī kā Monel sakausējums, ir agrākais izstrādātais un visplašāk izmantotais niķeļa bāzes izturīgs pret koroziju izturīgs sakausējums. Sakausējumu pirmo reizi izstrādāja Amerikas Starptautiskais niķeļa uzņēmums 1906. gadā, un Ķīna to sāka ražot un izmantot piecdesmitajos gados. Monel sakausējumu var iedalīt cietā šķīduma stiprināšanas un vecuma sacietēšanas tipā atbilstoši stiprināšanas metodei. Cietā šķīduma stiprināšana Monel sakausējumi ir Monel 400, Monel 404 un Monel 405; Vecuma sacietēšanas monel sakausējumos ietilpst Monel K -500, M -30 C, Monel 505 utt. Saskaņā ar veidošanas metodi Monel sakausējumu var iedalīt deformācijas sakausējumā un liešanas sakausējumā, un 1. tabulā ir parādīts sakausējums. pakāpe, ko attēlo burti K, R, H, S plus Monel sakausējumi. "K" Monel sakausējuma ir vecums, "R" Monel sakausējums ir brīvi griežošs tips, "H" Monel sakausējums ir vidēja stipruma tips un "S" Monel sakausējums ir augstas stiprības tips. Otrais ir starptautiskā niķeļa uzņēmuma digitālais zīmols, kuru pārstāv divciparu vai trīsciparu Monel sakausējuma piedēklis. Trešais ir zīmols "ASTM-SAE vienotā skaitļu sistēmā", kas saīsināts kā "UNS", ko attēlo burts n + pieci cipari. Ķīnā to pārstāv "NCUXX XX XX".
1. Monel sakausējumu organizācijas, īpašību un pielietojumu salīdzinājums
Monel sakausējums ir izstrādājis vairāk nekā 20 pakāpes, starp kurām Monel 400 (vispārējais Monel sakausējums), Monel K -500 (vecuma izturīgs Monel sakausējums) un Monel 505 (augstas silicona monel sakausējuma) tiek plaši izmantoti, kas atbilst Ķīnas NCU30, NCU 30-3-0. 5 un NCU {9}}}.
Monel 400 sakausējuma struktūra ir tipiska vienfāzes austenīta struktūra ar lielisku izturību pret koroziju. Sakausējums parasti nerada stresa korozijas plaisas un tam ir labs griešanas veiktspēja. Tam ir lieliska izturība pret koroziju fluora gāzē, sālsskābē, sērskābē, hidrofluorskābē un tās atvasinājumos. Tajā pašā laikā tas ir arī pret koroziju izturīgs pret neitrāliem šķīdumiem, karsti koncentrētiem sārmainiem šķīdumiem, ūdeni, jūras ūdeni, atmosfēru, organiskiem savienojumiem utt. To var izmantot bezšuvju ūdens un tvaika caurulēm spēkstacijās, jūras ūdens apmainītājiem un iztvaicētājiem, sūkņu šahtu aprīkojumam, izmantojot jūras ūdens un hydrohlorskābes, uranium ekstrakciju. Monel 400 sakausējumā uz dzelzs bāzes, kobaltu bāzes un uz vara bāzes sakausējumiem ir arī vidējas temperatūras trauslas mehāniskās īpašības, un tā plastiskums ir viszemākais 600-850 pakāpes temperatūras diapazonā. Vara saturs Monel 400 sakausējumā ir ļoti augsts. Ja CR un Al Elements nav pievienoti, nevar izveidot stabilu oksīda plēvi, tāpēc augstā temperatūrā to ir ļoti viegli oksidēt. Parasti maksimālā nepārtrauktā darba temperatūra gaisā nepārsniedz 600 grādus, un maksimālā temperatūra bezūdens amonjaka un amonācijas apstākļos nepārsniedz 585 grādus. Sakausējumu var izmantot gan cietā šķīdumā, gan aukstā darba stāvoklī. Šķīduma apstrādes temperatūra parasti ir no 870 līdz 980 grādiem, bet cietā šķīduma stiprināšanas efekts nav acīmredzams, un stiprība ir daudz zemāka nekā Monel K -500 sakausējumam, tāpēc tā nav piemērota augstas stiprības komponentiem.
Lai uzlabotu sakausējuma nodiluma izturību, pētnieki 1980. gados pievienoja SI elementu Monel 400 sakausējumam, lai uzlabotu materiāla nodiluma izturību. Viņi izstrādāja NCU 30-4-2 sakausējumu un Monel 1-505 sakausējumu, kas pieder Smonel sērijai. Mikrostruktūra pēc novecošanās ir vērsta uz sejas kubisko austenīta matricu un Ni3 silīcija fāzi. Ni3SI fāze ir galvenā silīcija saturošā Monel sakausējuma stiprināšanas fāze, kas sacietēšanas laikā izgulsnējas, bet novecošanās laikā ievērojami izgulsnēs. Sakausējumam ir augstas cietības, augstas izturības, lieliskas nodiluma izturības un anti-adhēzijas īpašības. To galvenokārt izmanto, lai ražotu precīzas berzes detaļas, kurām nepieciešama stabila darbība, piemēram, aviācijas degvielas ierīces un stūri, raķešu gaisa un gaisa stūrei un aviācijas motoru degvielas piederumi. Ieteicamais termiskās apstrādes process ir 950 grādu × 2H šķīduma apstrāde + 600 grāds × 8h novecošanās ārstēšana. Tā kā silīcijam ir tendence reaģēt ar hidrofluorskābi, lai ģenerētu fluorosilicskābi, silīcija saturošus materiālus korodē ar hidrofluorskābi, tāpēc sakausējumu nevar izmantot hidrofluoricskābes vidē. Si pievienošana palielina kušanas un veidošanās grūtības, un tā plastika ir daudz zemāka nekā Monel K -500 sakausējuma. To nevar metināt un izveidot, un tā pašreizējais pielietojuma diapazons ir salīdzinoši mazs, galvenokārt izmanto aviācijas laukā.
Tajā pašā laikā, lai uzlabotu niķeļa-var sakausējumu stiprumu, pētnieki Monel 400 sakausējumam pievienoja noteiktu daudzumu AL un Ti elementu, lai izstrādātu Monel K -500 sakausējumu. Monel K -500 sakausējuma fizikālās īpašības būtībā ir līdzīgas, bet, salīdzinot ar Monel 400 sakausējumu, tā siltumvadītspēja un magnētiskās pārejas punkts ir zemāks (sk. 3. tabulu). Tāpēc abu piemērošanas lauki būtībā ir vienādi, bet titāna un alumīnija pievienošanas dēļ tā visaptverošā veiktspēja ir labāka nekā Monel 400 sakausējums. Tam ir liels pielietojuma potenciāls naftas, ķīmiskās rūpniecības, navigācijas, atomenerģijas, metalurģijas, tekstilizstrādājumu, drukāšanas un krāsošanas, papīra ražošanas, pārtikas tehnikas, medicīniskās iekārtas utt.
Monel K -500 sakausējuma mikrostruktūru pēc novecošanās galvenokārt sastāv no uz seju vērsta kubiskā austenīta matrica un Ni. 3 (Al, Ti) izkliedēti nogulsnes, kas pilnīgi atšķiras no Monel 505 sakausējuma stiprinošās fāzes sastāva. Šis sakausējums ir labākais pret koroziju izturīgs materiāls starp halogēna elementiem augstas stipruma jūras materiālos, izņemot titāna sakausējumu. Tāpēc to plaši izmanto ārvalstu kuģu aprīkojuma ražošanā. Tiek ziņots, ka Ziemeļjūras eļļas cauruļvada stiprinājumi, skrūves un rieksti un Temzas tilts Apvienotajā Karalistē galvenokārt ir izgatavots no Monel K -500 sakausējuma. Šis materiāls tiek plaši izmantots dzenskrūvēs, galvenajās šahtās un dažās kuģu sūkņu daļās. Šo materiālu izmanto arī daudzas franču "Charles de Golle" aprīkojuma un sistēmas. ASV Jūras spēku Virdžīnijas zemūdene izmanto Monel K -500, lai ražotu propellera vārpstas, stiprinājumus un noteiktu ārēju aprīkojumu ar lielisku lietojumprogrammu veiktspēju. Militāristi ir iegādājušies vairumā. Papildus tam, ka tas tiek plaši izmantots jūras laukā, Monel K -500 sakausējums tiek plaši izmantots arī manas valsts naftas ķīmijas rūpniecībā, galvenokārt kā vārstu atsperes un sūkņa vārpstas degvielas iesmidzināšanas sūkņiem. Mūsu pētījumā atklājās, ka, salīdzinot ar nerūsējošā tērauda avotiem, Monel K -500 sakausējums var labāk garantēt sūkņa kalpošanas laiku un uzticamību sārmainā polimēra mātes šķidrā barotnē, ja to izmanto kā naftas polimēra iesmidzināšanas sūkni. Tomēr, ja to lieto kā jūras stiprinājumu, ir jāizvairās no tā lietošanas kombinācijā ar augstas potenciāla materiāliem. Rezumējot, Monel K -500 sakausējums un Monel 505 sakausējums ir jaunas pakāpes, kas izstrādātas, pievienojot dažādus stiprināšanas elementus Monel 400 sakausējumam. Tomēr Monel K -500 sakausējuma visaptverošā veiktspēja ievērojami pārsniedz Monel 505 sakausējuma rezultātu, un tam ir plašāks lietošanas tirgus.
2. Elementu ietekme uz sakausējuma īpašībām
Galvenie elementi Monel K {{0}} sakausējumā ir niķelis, varš, alumīnijs, titāns utt. Varš var uzlabot sakausējuma korozijas pretestību samazināšanai. Alumīnija un titāna galvenā loma ir uzlabot sakausējuma stiprību un mehāniskās īpašības. Dzelzs var ievērojami uzlabot Monel K -500 sakausējuma izturību pret turbulentu trieciena koroziju jūras ūdenī un uzlabot sakausējuma apstrādes veiktspēju; Mangāns var arī uzlabot sakausējuma izturību pret koroziju plūstošajā jūras ūdenī un uzlabot dzelzs labvēlīgo iedarbību, piemēram, struktūras pilnveidošanu; Sērs var uzlabot Monel K -500 sakausējuma griešanas veiktspēju, bet pārmērīgs sēra saturs samazinās tā metināšanu un kalšanas veiktspēju, tāpēc tas jākontrolē 0. 03WT%; Oglekļa ietekme uz Monel K -500 sakausējumu ir diezgan sarežģīta. No vienas puses, tas var uzlabot sakausējuma izturību, un, no otras puses, tas var samazināt sakausējuma plastiskumu. Tam ir ļoti maza šķīdība sakausējumā, un tas var viegli veidot primāros un sekundāros karbīdus ar titānu. Karbīda nokrišņu daudzums ir proporcionāls oglekļa saturam, kas būtiski ietekmē sakausējuma kalšanas veiktspēju. Detaļu saturs ar lielu deformāciju jākontrolē zem 0,15WT%.
3. Monel K -500 sakausējuma stiprināšanas mehānisms
Vispārīgi runājot, galvenās stiprināšanas metodes, kas balstītas uz niķeļa sakausējumiem, ir graudu robežu stiprināšana, cieta šķīduma stiprināšana un nokrišņu stiprināšana. Monel K -500 stiprināšanas mehānisms ietver cietu šķīdumu stiprināšanu un nokrišņu stiprināšanu, starp kuriem galvenā stiprināšanas metode ir novecošanās nokrišņu stiprināšana. 4. tabulā parādīti cietā šķīduma stiprināšanas koeficienti tādiem elementiem kā C, Ti un Mn uz Monel K -500. Var redzēt, ka C stiprināšanas efekts ir acīmredzams. Tāpēc Monel K -500 parasti ir lielāks oglekļa saturs (c lielāks vai vienāds ar 0. 10%), kas var efektīvi uzlabot tā intersticiālo stiprināšanu. Salīdzinot ar MONEL400 sakausējumu, Monel K -500 sakausējuma stiepes stiprums un ražas stiprums pēc novecošanās ārstēšanas ir vairāk nekā 2 reizes lielāks zem tā paša cietā šķīduma stiprināšanas pieņēmuma. Sakausējuma stiprināšana galvenokārt ir saistīta ar izkliedes nokrišņu izkliedei vidē un zemā temperatūrā.
