Monel Alaşımının benzersiz avantajlarının ve uygulama alanlarının ayrıntılı açıklaması

Monel, nikel-bakır alaşımları ailesi için bir ticari isimdir ve tek bir malzemenin adı değildir ve aile için yayınlanan veriler bu ayrımın ne kadar değerli olduğunu göstermektedir. Genel tedarikteki kaliteler ortak bir temel kimyaya sahiptir ve güçlerini üç farklı yoldan elde ederler ve aralarındaki seçim, çekme mukavemetini yarıdan fazla değiştirir, bir parçanın oda sıcaklığında güvenilir bir şekilde manyetik olmama durumunu belirler ve bir imalatçının planlaması gereken termal adım sayısını belirler.

Üyeler MONEL alaşım 400, alaşım K-500 ve alaşım R-405'tir. Alaşım 400, yalnızca soğuk işlemle sertleştirilebilen katı çözelti alaşımı olarak yayınlanmıştır. K-500, alaşım 400'ün korozyon direncini daha yüksek mukavemet ve sertlikle birleştiren, nikel-bakır tabanına alüminyum ve titanyum eklenerek ve malzemenin alt mikroskobik parçacıkların Ni3(Ti, Al) matris boyunca çökeltilmesi için kontrollü koşullar altında ısıtılmasıyla elde edilen, üreticinin yaş sertleştirmesi adını verdiği bir işlemle yayınlanmıştır. R-405, alaşım 400'ün serbest işlenebilir versiyonudur ve alaşım 400 için yayınlanan fiziksel sabitlerin buna da uygulandığı belirtilmiştir.

Takip eden, alıcının karşılaştığı ailedir: gösterimler, kaliteleri ayıran kimya, her formda satın alınabilen mukavemet, yayınlanan sayılarla gelen altı avantaj, her kaliteyi satın alan endüstriler ve bir nikel-bakır alaşımının yanlış cevap olduğu görevler.

Gösterimler, çözülmesi gereken ilk şeydir. Monel, alaşımları geliştiren üretici grubunun bir ticari markasıdır ve yalnızca ticari adı taşıyan bir çizim veya talep, spesifikasyonu açık bırakır. UNS numarası, bir satın alma emriyle birlikte seyahat eden tanımlayıcıdır ve bu ailede aynı zamanda sertleştirme yolunu da taşır, çünkü üç kalite tek bir malzemenin üç tavı değil, üç farklı malzemedir.

O tablodan herhangi bir özellik karşılaştırılmadan önce iki sonuç çıkar. Bu ailede maksimum mukavemet gereksinimi, bunu sağlayacak mekanizma alaşımda bulunmadığı için alaşım 400 ile hiç karşılanamaz. Stoktan bitmiş parçaya basit bir yol gereksinimi, termal adımı olmayan üyesi olduğu için alaşım 400 ile en kolay şekilde karşılanır.

Alaşım 400, ikili bir katı çözelti alaşımıdır. Nikel ve bakır her oranda birbirine çözünebilir, bu nedenle yapı yüz merkezli kübik bir kafes ve 3.534 angstromluk bir kafes parametresi ile tek fazlıdır ve çökecek ikinci bir faz yoktur. K-500 bu matrisi korur ve çöken iki element ekler, bu da iki ana kalite arasındaki tüm metalurjik farktır. Aşağıdaki sınırlar spesifikasyon sınırlarıdır ve tablonun en altındaki iki satır yalnızca K-500'de bulunur.

Kimyadan değil, bir atölye çiziminden kaynaklanan bir imalat gereksinimi vardır. Kükürt, bu aileyi yüksek sıcaklıkta bozar ve alaşım 400 için yayınlanan tavlama uygulaması bu nedenle kükürt içermeyen bir indirgeyici atmosfer gerektirir. İşaretleme kalemleri ve gresler ile bazı refrakter malzemeler, bir fırına girecek bir parçadan uzak tutulmalıdır, bu da doğrudan bir bileşim sınırından gelen bir kuraldır.

Yayınlanan aralıklar çeşitli ürün boyutları için kompozitlerdir ve üreticinin kendi deyimiyle spesifikasyon amaçları için uygun değildir. Tam tersi amaç için kullanışlıdır, yani bir alıcıya belirli bir formda neyin başarılabilir olduğunu ve ailenin mukavemet yayılımının ne kadarının formdan, kaliteden değil, formdan geldiğini göstermek için.

Son dört satırı okuyun ve aile bir şekle ulaşır. Alaşım 400, yay tavı şeridinde 965 MPa civarında zirve yapar ve K-500, yaşlandırmadan sonra aynı formda 1.500 MPa'nın üzerine çıkar, bu da yarıdan fazladır. Uzak uç yalnızca çökelme reaksiyonu ile ulaşılabilir ve yakın uç fırın olmadan ulaşılabilir.

Aile öncelikle klorürlerde ve indirgeyici asitlerde ne yapmadığı için seçilir. Alaşım 400, akan deniz suyunda çok düşük korozyon oranları gösterir, kaynama noktasına kadar tüm konsantrasyonlarda hidroflorik aside olağanüstü direnç sunar, ki bu üretici tarafından yaygın olarak kullanılan tüm mühendislik alaşımlarının en dirençlisi olarak tanımlanır ve indirgeyici koşullar altında birçok sülfürik ve hidroklorik asit formuna direnç gösterir. Sınır aynı belgede yayınlanmıştır: alaşım, oksitleyici atmosferlerde 1.000 °F'ye kadar ve dahil olmak üzere sıcaklıklarda kullanışlıdır, indirgeyici bir ortamda daha yüksek sıcaklıklar mevcuttur. Güçlü bir oksitleyici asit farklı bir seçimdir ve krom içeren bir kaliteye aittir.

Bu zarfın içindeki kaliteleri ayıran iki ayrıntı vardır. Alaşım 400, çoğu tatlı ve endüstriyel sularda yarık korozyonuna direnç gösterir, ancak durgun deniz suyu yarık ve çukurlaşma korozyonuna neden olduğu gösterilmiştir, bu nedenle deniz suyu için belirtilen düşük oranlar hareketli su oranlarıdır. K-500, korozyon direnci açısından alaşım 400 ile büyük ölçüde eşdeğer olarak yayınlanmıştır, bir nitelikle: yaş sertleştirilmiş durumda bazı ortamlarda gerilme korozyonu çatlamasına karşı daha fazla eğilimi vardır. Nitelik test edilebilir ve test edilmiştir. Yaş sertleştirilmiş sacın U-büküm numuneleri, 1.0 ila 11.0 pH değerleri arasında 3.500 ppm'lik doymuş hidrojen sülfür çözeltilerinde altı gün boyunca sürekli daldırmada, Rockwell C ölçeğinde 28 ila 40 sertlikte çatlamadan hayatta kaldı.

İki mekanizma değiştirilebilir değildir ve bir alıcının umabileceği şekilde toplanamaz. Alaşım 400'de tek yol soğuk işlemdir, bu nedenle gelen mukavemet belirtilen tav ve değirmenin uyguladığı deformasyon miktarı ile belirlenir. K-500'de çökelme reaksiyonu mukavemetin büyük kısmını sağlar ve soğuk işleme geri kalanını sağlar, bu nedenle en güçlü yayınlanmış durum soğuk çekilmiş ve sonra yaşlandırılmış olmasıdır, her iki işlemin birleşimi.

Yaşlandırmanın ayrıca satın alma emri verilmeden önce bilinmesi gereken bir arıza modu vardır. 1.100 °F ile 1.400 °F arasındaki herhangi bir önemli süre boyunca ısıtılan malzeme, süreye ve sıcaklığa bağlı olarak bir dereceye kadar aşırı yaşlandırılır ve aşırı yaşlandırılmış malzeme, düzgün yaşlandırılmış metale göre daha düşük mekanik özelliklere sahiptir. Bu özellikler tekrar yaşlandırılarak geri kazandırılamaz. Geri dönüşün tek yolu, yaş sertleştirme bileşenlerini yeniden çözmek için 1.800 ila 1.900 °F'de bir çözelti tavlaması ve ardından taze bir yaşlandırma işlemidir ve herhangi bir soğuk işlemin tüm faydası bu tavlamada kaybolur.

Bu, aileyi çeliklerden en net şekilde ayıran avantajdır ve çoğu mühendisin beklemediği yönde davranır. Dövülmüş alaşım 400, 70 °F'de test edildiğinde %31.0 uzama ile 92.00 ksi çekme mukavemetine ulaşır; aynı malzeme -297 °F'de %44.5 uzama ile 128.25 ksi'ye ve -423 °F'de %38.5 uzama ile 142.00 ksi'ye ulaşır; Mukavemet artar ve süneklik korunur. -423 °F'de sıcak işlenmiş levhanın Charpy V-çentik değerleri, boyuna 141 ila 219 ft·lb aralığında yayınlanmıştır ve darbe programındaki hiçbir numune kırılgan kırılma göstermemiştir.

K-500 aynı terimlerle yayınlanmıştır: çekme ve akma mukavemetleri sıcaklık düştükçe artarken süneklik ve tokluk neredeyse bozulmadan kalır ve sıvı hidrojen sıcaklığında bile sünek-brittle dönüşüm olmaz. -423 °F'de test edilen kaynaklı sac, ana sacın %95'i eklem verimliliği ile 200 ksi çekme, 136 ksi akma ve %28 uzama sağladı.

Alaşım 400 genellikle manyetik olmayan olarak tanımlanır ve yayınlanan sabitler bunu koşulsuz bir ifade olarak desteklemez. Curie sıcaklığı 70 ila 120 °F (21 ila 49 °C) aralığında verilir ve bülten, bu aralığın ortam aralığına düştüğünü ve kimyasal bileşimdeki değişikliklerden etkilendiğini belirtir. Bu nedenle bazı partiler oda sıcaklığında manyetiktir, bazıları ise değildir ve yayınlanan yön açıktır: manyetik olmayan özellikler için güçlü bir gereksinim olduğunda, diğer MONEL alaşımları düşünülmelidir.

K-500, bu gereksinimi karşılayan aile üyesidir. Yayınlanan geçirgenlik değerleri, tavlanmış ve söndürülmüş malzeme için 1.0011'den, soğuk çekilmiş ve yaş sertleştirilmiş malzeme için 200 oersted'de 1.0019'a kadar değişir, 1.01 geçirgenlik için Curie sıcaklıkları -210 °F ile -130 °F arasındadır, bu da Celsius ölçeğinde donma noktasının 50 ila 80 derece altındadır. Alaşım, oldukça düşük sıcaklıklarda bile neredeyse manyetik olmayan olarak tanımlanır. Bir işlem uyarısı bu özellik eşlik eder: alüminyum ve bakır, ısıtma sırasında seçici olarak oksitlenebilir, yüzey-ağırlık oranının yüksek olduğu ince tel ve şeritte en çok fark edilen bir etki olan yüzeyde manyetik bir nikel açısından zengin film bırakır. Film, dağlama veya parlak daldırma ile çıkarılır ve manyetik olmayan özellikler geri yüklenir.

21 °C'de elektriksel direnç, alaşım 400 için 0.511 mikro-ohm metre ve K-500 için 0.615 olarak yayınlanmıştır, az miktarda yaş sertleştirmesi olan tavlanmış duruma eşdeğer malzemede. Aynı sıcaklıkta termal iletkenlik, alaşım 400 için 22.0 W/m·K ve K-500 için 17.2 W/m·K'dir. Bu rakamlardan hiçbiri bakırın yerini tutmaz ve ailenin elektrik işlerinde doğru kullanımı, iletim verimliliğinden daha önemli olan korozyon direnci ve kararlı bir direncin olduğu yerdir, her iki bültenin de uygulamaları arasında listelediği elektrikli ve elektronik bileşenler ve sensörlerde. K-500 rakamı için bir uyarı geçerlidir: direnci termal geçmişten belirgin şekilde etkilenir, bu da alaşımın yaş sertleştirme özelliklerinin doğrudan bir sonucudur, bu nedenle durum numarayla birlikte belirtilmelidir.

K-500, uzun süreli maruz kalma testlerinde ve döngüsel testlerde olağanüstü iyi boyutsal kararlılığa sahip olarak yayınlanmıştır ve bu özellik, jiroskoplar gibi yüksek hassasiyetli cihazlarda kullanımının belirtilen nedenidir. Bir tasarımcının bununla birlikte ihtiyaç duyduğu sayı, ısıtma işlemi sırasında ne olduğunu açıklayan sayıdır: yaş sertleştirme başlangıçta bir hacim daralmasına neden olur ve tavlanmış bir çubuk yaşlandırma sırasında inç başına 2.5 × 10⁻⁴ inç daralır. Bu nedenle sonradan yaşlandırılan bitmiş işlenmiş bir parça, boyutundan küçük olur, bu nedenle hassas işler için yayınlanan imalat kılavuzu, boyutundan büyük işlemek, yaşlandırmak ve sonra boyuta bitirmektir.

Aşağıdaki sabitler iki ana kalite için yayınlanmıştır ve tasarım hesaplamalarına girenlerdir. Tablodaki iki satır, diğerlerinden daha fazla ağırlık taşır. Yoğunluk ve erime aralığı kaliteleri neredeyse hiç ayırmazken, manyetik satır oda sıcaklığında onları tamamen ayırır ve Curie sıcaklığı, karşılaştırmadan en sık çıkarılan satırdır.

İki bülten kendi uygulama listelerini yayınlar ve listeler, belirli bir endüstrinin aslında hangi kaliteyi satın aldığını bilmenin en kısa yoludur. Sağ sütundaki nedenler, üreticinin verdiği nedenlerdir, parçalardan çıkarım değildir.

Yalnızca avantajları listeleyen bir aile sayfası bir tasarımcı için işe yaramaz, bu nedenle sınırlar güçlerle aynı sayfada yer almalıdır. Aşağıdaki her satır, yayınlanan verilerin dışladığı veya nitelendirdiği bir koşuldur, malzemeyle ilgili genel bir çekince değildir.

K-500 ve nedeni, manyetik olmayan kelime değil, yayınlanan Curie sıcaklığıdır. Alaşım 400'ün Curie sıcaklığı 21 °C ile 49 °C arasındadır, bu da sıradan oda sıcaklığını kapsar ve üretici, bazı partilerin oda sıcaklığında manyetik olacağını, bazılarının ise olmayacağını belirtir ve güçlü bir manyetik olmayan gereksinimi başka bir MONEL alaşımına yönlendirir. K-500, 1.0019 veya daha düşük geçirgenlikte, 1.01 geçirgenlik için Curie sıcaklığı -134 °C ile -90 °C arasında yayınlanmıştır. Isıtma sırasında ince tel ve şeritte hala manyetik bir yüzey filmi oluşabilir ve dağlama veya parlak daldırma bunu giderir.

Hayır. Alaşım, yalnızca soğuk işlemle sertleştirilebilen katı çözelti alaşımı olarak yayınlanmıştır ve ailede bunun için bir yaşlandırma işlemi yoktur. Mevcut olan termal işlemler ters işlevi görür: tavlama, işlenmiş malzemeyi yumuşatır ve gerilim giderme veya gerilim eşitleme artık gerilimi azaltır. Yaşlandırılmış durumda alaşım 400 isteyen bir çizim, var olmayan bir işlem istemektedir ve buna sahip olan kalite K-500'dür.

Hayır ve ifade, alaşımın dolaşımdaki açıklamalarında yer almaktadır, bu nedenle tam olarak düzeltmeye değer. K-500 için yayınlanan güçlendirme mekanizması, alaşım kontrollü koşullar altında ısıtıldığında matris boyunca alt mikroskobik Ni3(Ti, Al) parçacıklarının çökeltilmesidir. Bu bir çökelme sertleştirme reaksiyonudur ve sonuçları daha yüksek mukavemet ve sertlik, daha düşük manyetik geçirgenlik ve yaşlandırma sırasında küçük bir daralmadır. Şekil hafızası, bir malzemenin sıcaklık değişiminde daha önce ayarlanmış bir şekle dönme yeteneği, neredeyse eşdeğer nikel-titanyum alaşımlarının bir özelliğidir, alüminyum ve titanyum katkılı bir nikel-bakır kalitesinin değil. Bir hafıza etkisi beklentisi üzerine yazılmış bir spesifikasyon, yanlış bir özellik üzerine yazılmıştır.

Alaşım 400 daha basit bir durumdur, çünkü korunacak bir ısı işlemi yoktur ve kaynak sarf malzemeleri aynı aileden nikel-bakır dolgulardır. K-500 bir sıra gerektirir. Kaynak, gaz-tungsten ark işlemiyle en iyi şekilde yapılır, MONEL dolgu metali 60 yaygın kullanılan malzemedir ve önemli yayınlanmış nitelik, bu şekilde yapılan kaynakların yaş sertleştirilebilir olmadığı ve bu nedenle sertleştirilmiş ana metalin mukavemetine uymadığıdır. Bir eklemin yaş sertleştirilmiş ana metale uyması gerektiği yerde, eşleşen bileşimde bir dolgu metali yatırılması ve tavlanmış malzemenin kaynağı sonrasında yaşlandırma işleminin yapılması yayınlanan yoldur. Tavlanmış malzemenin kaynakları, süneklikte ciddi bir kayıp olmadan yaş sertleştirilmiş ana metalin mukavemetine getirilebilir.

Bir nitelik hariç, neredeyse hiçbir şey yaş sertleştirilmiş durumu için geçerlidir. Üretici, K-500'ün korozyon direncini alaşım 400'ünkiyle büyük ölçüde eşdeğer olarak yayınlar, ancak yaş sertleştirilmiş durumda alaşımın bazı ortamlarda gerilme korozyonu çatlamasına karşı daha fazla eğilimi vardır. Bu nitelik, ekşi gaza karşı test edildi: yaş sertleştirilmiş sacın U-büküm numuneleri, 1.0 ila 11.0 pH değerleri arasında 3.500 ppm'lik doymuş hidrojen sülfür çözeltilerinde altı gün boyunca sürekli daldırmadan sonra, Rockwell C ölçeğinde 28 ila 40 sertlikte çatlama göstermedi. Pratik kural, bir K-500 ikamesinin, aile adına karşı değil, belirli ortama ve belirli gerilim durumuna karşı kontrol edilmesidir.

Aile adına göre değil ve üç kalite üç farklı nedenle başarısız olur. Alaşım 400, hiçbir durumda K-500'ün mukavemetine ulaşamaz, bu nedenle bu yöndeki bir ikame mekanizma ile sınırlıdır, değirmen ile değil. Yaş sertleştirilmiş durumdaki K-500, bazı ortamlarda farklı bir korozyon durumudur ve ayrıca imalat dizisine bir termal adım ve daralma getirir ki bu da her ikisi için de yer olmayabilir. R-405 yine farklıdır, çünkü işlenebilirliği daha yüksek kükürt içeriğinden gelir. Yayınlanan veriler bir ikameyi destekler ve bu dar bir ikamedir: görev bir klorür veya indirgeyici asit ise ve termal adım istenmiyorsa, alaşım 400, K-500'ün belirtildiği işi yapar ve tersi doğru değildir.

Monel ailesi, tek bir matris ve üç güçlendirme yoluna sahip üç nikel-bakır kalitesidir. Alaşım 400, 3.534 angstrom kafes parametreli, yalnızca soğuk işlemle sertleşen, oksitleyici atmosferlerde 1.000 °F'ye kadar kullanışlı, kaynama noktasına kadar tüm konsantrasyonlarda hidroflorik aside olağanüstü derecede dirençli tek fazlı bir katı çözeltidir, UNS N04400'dür