Hướng dẫn toàn diện về Hợp kim dựa trên niken: Hợp kim Monel
Hợp kim Monel là gì?
Hợp kim niken-đồng, còn được gọi là hợp kim Monel, là loại hợp kim chống ăn mòn dựa trên niken sớm nhất và được sử dụng rộng rãi nhất. Hợp kim được phát triển lần đầu tiên bởi Công ty Niken quốc tế Hoa Kỳ vào năm 1906 và Trung Quốc bắt đầu sản xuất và sử dụng nó vào những năm 1950. Hợp kim monel có thể được chia thành loại tăng cường dung dịch rắn và loại cứng tuổi theo phương pháp tăng cường. Dung dịch rắn tăng cường hợp kim monel bao gồm Monel 400, Monel 404 và Monel 405; Hợp kim monel cứng tuổi bao gồm monel k -500, m -30 c, monel 505, v.v. Lớp hệ thống, được đại diện bởi các chữ K, R, H, S cộng với hợp kim Monel. Hợp kim "K" Monel là loại làm cứng tuổi ", hợp kim Monel là loại cắt tự do", Hợp kim Monel H "là loại cường độ trung bình và hợp kim" S "Monel là loại cường độ cao. Thứ hai là thương hiệu kỹ thuật số của Công ty Niken quốc tế, được đại diện bởi một hậu tố hợp kim Monel hai chữ số hoặc ba chữ số. Thứ ba là thương hiệu "Hệ thống số hợp nhất ASTM-SAE", viết tắt là "UNS", được đại diện bởi chữ N + năm chữ số. Ở Trung Quốc, nó được đại diện bởi "NCUXX XX XX".
1. So sánh tổ chức, tính chất và ứng dụng của ba loại hợp kim monel
Hợp kim Monel đã phát triển hơn 20 loại, trong đó Monel 400 (Hợp kim Monel chung), Monel K -500 (Hợp kim Monel cứng tuổi) và Monel 505 (Hợp kim Monel cao) được sử dụng rộng rãi, tương ứng với NCU30,
Cấu trúc của hợp kim Monel 400 là một cấu trúc austenite một pha điển hình với khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Hợp kim nói chung không tạo ra các vết nứt ăn mòn căng thẳng và có hiệu suất cắt tốt. Nó có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong khí fluorine, axit hydrochloric, axit sunfuric, axit hydrofluoric và các dẫn xuất của nó. Đồng thời, nó cũng chống ăn mòn trong các dung dịch trung tính, dung dịch kiềm tập trung nóng, nước, nước biển, khí quyển, hợp chất hữu cơ, v.v. Hợp kim dựa trên niken, dựa trên sắt, dựa trên coban và dựa trên đồng, hợp kim Monel 400 cũng thể hiện các tính chất cơ học giòn ở nhiệt độ trung bình và độ dẻo của nó thấp nhất trong phạm vi nhiệt độ 600-850. Hàm lượng đồng trong hợp kim Monel 400 rất cao. Nếu các yếu tố CR và AL không được thêm vào, một màng oxit ổn định không thể được hình thành, vì vậy rất dễ oxy hóa ở nhiệt độ cao. Nói chung, nhiệt độ làm việc liên tục tối đa trong không khí không vượt quá 600 độ và nhiệt độ tối đa trong điều kiện amoniac khan và amoniac không vượt quá 585 độ. Hợp kim có thể được sử dụng trong cả dung dịch rắn và trạng thái làm việc lạnh. Nhiệt độ xử lý giải pháp thường nằm trong khoảng từ 870 đến 980 độ, nhưng hiệu ứng tăng cường dung dịch rắn không rõ ràng và cường độ thấp hơn nhiều so với hợp kim Monel K -500, do đó nó không phù hợp với các thành phần cường độ cao.
Để cải thiện khả năng chống mài mòn của hợp kim, các nhà nghiên cứu đã thêm yếu tố SI vào hợp kim Monel 400 vào những năm 1980 để cải thiện khả năng chống mài mòn của vật liệu. Họ đã phát triển NCU 30-4-2 Hợp kim và Monel 1-505 Hợp kim, thuộc về sê -ri Smonel. Cấu trúc vi mô sau khi lão hóa là ma trận Austenite tập trung vào mặt và pha silicon Ni3. Pha Ni3SI là giai đoạn tăng cường chính của hợp kim monel chứa silicon, sẽ kết tủa trong quá trình hóa rắn, nhưng sẽ kết tủa đáng kể trong quá trình lão hóa. Hợp kim có các đặc điểm của độ cứng cao, cường độ cao, khả năng chống mài mòn tuyệt vời và chống dính. Nó chủ yếu được sử dụng để sản xuất các bộ phận ma sát chính xác đòi hỏi phải hoạt động ổn định, chẳng hạn như các thiết bị nhiên liệu hàng không và bánh lái, trục bánh lái của tên lửa không đối không và phụ kiện nhiên liệu của động cơ hàng không. Quá trình xử lý nhiệt được khuyến nghị là xử lý dung dịch 950 độ × 2H + 600 độ × 8H điều trị lão hóa. Do silicon có xu hướng phản ứng với axit hydrofluoric để tạo ra axit fluorosilic, các vật liệu chứa silicon sẽ bị ăn mòn bởi axit hydrofluoric, do đó, hợp kim không thể được sử dụng trong môi trường axit hydrofluoric. Việc bổ sung SI làm tăng khó khăn trong việc tan chảy và hình thành, và độ dẻo của nó thấp hơn nhiều so với hợp kim Monel K -500. Nó không thể được hàn và hình thành, và phạm vi ứng dụng hiện tại của nó tương đối nhỏ, chủ yếu được sử dụng trong trường Hàng không.
Đồng thời, để cải thiện sức mạnh của hợp kim niken-đồng, các nhà nghiên cứu đã thêm một lượng nguyên tố AL và TI nhất định vào hợp kim Monel 400 để phát triển hợp kim Monel K -500. Các tính chất vật lý của hợp kim Monel K -500 về cơ bản tương tự nhau, nhưng so với hợp kim Monel 400, độ dẫn nhiệt và điểm chuyển từ từ của nó thấp hơn (xem Bảng 3). Do đó, các trường ứng dụng của cả hai về cơ bản là giống nhau, nhưng do bổ sung titan và nhôm, hiệu suất toàn diện của nó tốt hơn hợp kim monel 400. Nó có tiềm năng ứng dụng tuyệt vời trong các lĩnh vực dầu mỏ, công nghiệp hóa học, điều hướng, năng lượng nguyên tử, luyện kim, dệt, in và nhuộm, làm giấy, máy móc thực phẩm, thiết bị y tế, v.v.
Cấu trúc vi mô của hợp kim Monel K -500 Sau khi lão hóa chủ yếu bao gồm ma trận Austenite khối tập trung vào khuôn mặt và Ni. 3 (AL, TI) phân tán kết tủa, hoàn toàn khác với thành phần pha tăng cường của hợp kim Monel 505. Hợp kim này là vật liệu chống ăn mòn tốt nhất trong số các nguyên tố halogen trong các vật liệu biển cường độ cao ngoại trừ hợp kim titan. Do đó, nó được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thiết bị tàu nước ngoài. Được biết, các ốc vít, bu lông và các loại hạt của đường ống dầu Biển Bắc và cầu Thames ở Anh chủ yếu được làm bằng hợp kim Monel K -500. Vật liệu này được sử dụng rộng rãi trong các cánh quạt, trục chính và một số phần của máy bơm của tàu. Nhiều thiết bị và hệ thống của tàu sân bay "Charles de Gaulle" của Pháp cũng sử dụng vật liệu này. Tàu ngầm Virginia của Hải quân Hoa Kỳ sử dụng Monel K -500 để sản xuất trục chân vịt, ốc vít và một số thiết bị bên ngoài, với hiệu suất ứng dụng tuyệt vời. Quân đội đã mua với số lượng lớn. Ngoài việc được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực biển, hợp kim Monel K -500 còn được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hóa dầu của đất nước tôi, chủ yếu là lò xo van và trục bơm cho bơm phun nhiên liệu. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng so với các lò xo bằng thép không gỉ, Monel K -500 Hợp kim có thể đảm bảo tốt hơn tuổi thọ và độ tin cậy của máy bơm trong môi trường chất lỏng mẹ polymer kiềm khi được sử dụng làm bơm phun polymer dầu mỏ. Tuy nhiên, khi được sử dụng làm dây buộc biển, cần phải tránh sử dụng nó kết hợp với các vật liệu tiềm năng cao. Tóm lại, hợp kim Monel K -500 và hợp kim Monel 505 là các loại mới được phát triển bằng cách thêm các yếu tố tăng cường khác nhau vào hợp kim Monel 400. Tuy nhiên, hiệu suất toàn diện của Monel K -500 Hợp kim vượt xa so với hợp kim Monel 505 và nó có thị trường rộng hơn để sử dụng.
2. Ảnh hưởng của các yếu tố đối với các thuộc tính hợp kim
Các yếu tố chính trong monel k {{0}} hợp kim là niken, đồng, nhôm, titan, v.v. Đồng có thể cải thiện khả năng chống ăn mòn của hợp kim trong việc giảm môi trường. Vai trò chính của nhôm và titan là cải thiện sức mạnh và tính chất cơ học của hợp kim. Sắt có thể cải thiện đáng kể khả năng kháng của monel k -500 hợp kim để ăn mòn tác động hỗn loạn trong nước biển và cải thiện hiệu suất xử lý của hợp kim; Mangan cũng có thể cải thiện khả năng chống ăn mòn của hợp kim trong nước biển chảy và tăng cường tác dụng có lợi của sắt, như tinh chế cấu trúc; Lưu huỳnh có thể cải thiện hiệu suất cắt của Monel K -500 Hợp kim, nhưng hàm lượng lưu huỳnh quá mức sẽ làm giảm hiệu suất hàn và giả mạo của nó, do đó, nó cần được kiểm soát trong 0. 03WT%; Tác dụng của carbon đối với hợp kim monel k -500 khá phức tạp. Một mặt, nó có thể cải thiện sức mạnh của hợp kim, và mặt khác, nó có thể làm giảm độ dẻo của hợp kim. Nó có độ hòa tan rất nhỏ trong hợp kim và có thể dễ dàng tạo thành các cacbua sơ cấp và thứ cấp với titan. Lượng kết tủa cacbua tỷ lệ thuận với hàm lượng carbon, có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất rèn của hợp kim. Nội dung của các bộ phận có biến dạng lớn phải được kiểm soát dưới 0,15WT%.
3. Cơ chế tăng cường của Monel K -500 Hợp kim
Nói chung, các phương pháp tăng cường chính của các hợp kim dựa trên niken là tăng cường ranh giới hạt, tăng cường dung dịch rắn và tăng cường kết tủa. Cơ chế tăng cường của monel k -500 bao gồm tăng cường dung dịch rắn và tăng cường kết tủa, trong đó tăng cường kết tủa lão hóa là phương pháp tăng cường chính. Bảng 4 cho thấy các hệ số tăng cường dung dịch rắn của các phần tử như C, TI và Mn trên Monel K -500. Có thể thấy rằng hiệu ứng tăng cường của C là rõ ràng. Do đó, Monel K -500 thường có hàm lượng carbon cao hơn (C lớn hơn hoặc bằng 0. 10%), có thể cải thiện hiệu quả việc tăng cường kẽ. So với hợp kim monel400, độ bền kéo và cường độ năng suất của hợp kim Monel K -500 sau khi xử lý lão hóa cao hơn 2 lần theo tiền đề của cùng một dung dịch rắn tăng cường. Việc tăng cường hợp kim chủ yếu là do kết tủa phân tán của 'pha ở nhiệt độ trung bình và thấp.
