1. Уводзіны
Монель сплавы сямейства нікель-медзі (Ni–Cu) на аснове матэрыялаў, вядомых Выдатная каразійная ўстойлівасць, асабліва ў марской вадзе, расолы і многія хімічныя асяроддзя, у спалучэнні з добрай трываласцю і тэхналагічнасцю.
Два гатункі -Манель 400 і Манель К-500— пераважае прамысловае выкарыстанне. Для задавальнення спецыяльных патрабаванняў існуюць іншыя варыянты Monel (апрацоўка, лібельнасць, каштаваць).
У гэтым артыкуле тлумачацца адрозненні паміж асноўнымі тыпамі монель, абагульняе рэпрэзентатыўныя ўласцівасці і дае практычныя рэкамендацыі па выбары і вырабе.
2. Што такое монель сплавы?
«Манель» - агульная гандлёвая назва для сямейства нікелева-медных сплаваў, у якіх нікель з'яўляецца асноўным элементам (звычайна ~60–70 мас.%) і медзь з'яўляецца асноўным партнёрам па легіраванні (звычайна ~25–35 мас.%).
Сістэма Ni–Cu ўтварае суцэльны цвёрды раствор у шырокім дыяпазоне складу; Манелавыя сплавы выкарыстоўваюць гэта, каб аб'яднаць каразійную ўстойлівасць нікеля з цеплавымі/электрычнымі ўласцівасцямі медзі і палепшанай вырабляльнасцю.
Асаблівасці
- Каразія супраціву: Выдатная ўстойлівасць да марской вадзе, плавікавая кіслата (разбавіць), шчолачныя растворы і многія аднаўленчыя асяроддзя.
- Добрыя механічныя ўласцівасці пры тэмпературы навакольнага асяроддзя і нізкіх тэмпературах (высокая трываласць).
- Два розныя спосабы апрацоўкі: цвёрды раствор (Манель 400) і ападкаўстойлівы (К-500) каб абмяняць трываласць на трываласць.
- Добрая свариваемость і формуемость у параўнанні з многімі суперсплавов з высокім утрыманнем Ni.
- Біясумяшчальнасць: Манель 400 і K-500 адпавядаюць ISO 10993 стандарты, падыходзіць для медыцынскага і харчовага абсталявання.
3. Асноўныя тыпы манель сплаваў
Запіска: хімічныя дыяпазоны ніжэй з'яўляюцца рэпрэзентатыўнымі. Для інжынернага праектавання пракансультуйцеся з сертыфікаваным лістом складу і механічных уласцівасцей пастаўшчыка.
Манель 400 (ЗША N04400) — Гатунак «Працоўны конік».
Хімія (тыповы): Ni ≈ 63–67 мас.%, З ≈ 28–34 мас.%, Fe ≤ ~2,5%, Mn ≤ ~2%, C, Цябе шукаюць.
Натура: аднафазны цвёрды раствор Ni–Cu (няма ўзроставай загартоўкі).
Асноўныя атрыбуты: выдатная ўстойлівасць да карозіі марской вады, вуглевадародныя вадкасці і многія кіслоты; добрая трываласць і пластычнасць; простая тэрмічная апрацоўка (адпальваць) і выдатная свариваемость.
Калі выкарыстоўваць: агульнае абслугоўванне марской вады, кампаненты помпы / клапана, трубы, крапежныя элементы і агульнае хімічнае тэхналагічнае абсталяванне, устойлівае да карозіі + пластычнасць з'яўляюцца першаснымі патрэбамі.
Заўвагі па выкананні: Манель 400 супрацьстаіць кропкавай і шчыліннай карозіі ў многіх хларыдных асяроддзях лепш, чым звычайная нержавеючая сталь; ён не застрахаваны ад усіх агрэсіўных акісляльных кіслот або ад вельмі высокай тэмпературы - выбірайце для кожнага прымянення.
Манель К-500 (ЗША N05500) — Высакатрывалы клас, які паддаецца ўзроставай загартоўцы
Хімія (тыповы): база падобная на 400 (Пры ≈ 60–67, Cu ≈ 28–35) з дапаўненнямі Al ≈ 2,0–3,6 мас.% і Ti ≈ 0,4–1,2 мас.% (плюс малы Cr/Fe/Mn).
Натура: ападкі (ўзрост) загартоўваецца — пры старэнні ўтварае дробныя інтэрметалідныя вылучэнні для павышэння трываласці.
Асноўныя атрыбуты: значна больш высокая цякучасць і трываласць на разрыў у састарэлым стане ў параўнанні з монель 400; захоўвае добрую ўстойлівасць да марской вады і карозіі, але з паніжанай пластычнасцю ў параўнанні з отожженными 400 стан. Размякчэнне ЗТВ зварнога шва патрабуе ўвагі.
Апрацоўка: раствор лячыць → тушыць → старэць (час/тэмпература залежыць ад жаданага тэмпераменту). Ападкі (Ni₃(AL,Аб)-быццам) забяспечвае ўмацаванне.
Калі выкарыстоўваць: шахты, муфты, крапеж з высокай нагрузкай і падводнае абсталяванне, дзе патрабуецца ўстойлівасць да карозіі, а таксама высокая статычная ці стомленая трываласць.
Практычная агаворка: зварка К-500 звычайна патрабуе аднаўлення пасля зваркі (пера-рашэнне і пера-ўзр) каб аднавіць першапачатковую сілу; таксама графікі старэння і стан халоднай працы істотна ўплываюць на канчатковыя ўласцівасці.
Манель Р-405 (ЗША N04405) — Палепшаная апрацоўка
Хімія (тыповы): Ni–Cu асновы падобныя на 400 з невялікімі дадаткамі для паляпшэння обрабатываемости (сера/тэлур або іншыя агенты свабоднай механічнай апрацоўкі ў кантраляваных колькасцях).
Натура & кампрамісы: R-405 распрацаваны для палягчэння рэзкі і апрацоўкі (лепшае разбіванне сколаў і аздабленне паверхні).
Гэта паляпшэнне звычайна адбываецца пры некаторай страце ўстойлівасці да карозіі і часам нязначнага зніжэння пластычнасці.
Калі выкарыстоўваць: дэталі, дзе высокая прадукцыйнасць апрацоўкі і дакладныя формы пераважваюць невялікае зніжэнне ўстойлівасці да карозіі - крапежныя элементы, арматура, якая патрабуе сур'ёзнай механічнай апрацоўкі.
Запіска: Паколькі дадаткі свабоднай апрацоўкі могуць паўплываць на каразійныя паводзіны, R-405 выбіраецца толькі пасля пацверджання экалагічнасці.
Манель 502 (UNS N05502) — Ацэнка ліцця (спецыяльнасць)
Хімія / прызначэнне: Манель 502 і падобныя кампазіцыі Monel, арыентаваныя на акцёрскі склад, створаны для ліцейная цякучасць, трываласць і ліцейнасць, патэнцыйна уключаючы нязначныя карэкціроўкі для паляпшэння характарыстык зацвярдзення.
Натура & выкарыстоўваць: прызначаны для літых кампанентаў (працоўныя, дапрацоўкі, клапаны) дзе трываласць ліцця і кантроль мікраструктуры важныя.
Механічныя ўласцівасці ў адліваным выглядзе або пасля тэрмічнай апрацоўкі забяспечваюцца пастаўшчыкамі.
Калі выкарыстоўваць: буйныя літыя дэталі, якія падвяргаюцца ўздзеянню агрэсіўных вадкасцей, дзе патрабуецца ўстойлівасць да карозіі Monel 400, але спосаб вытворчасці - гэта ліццё.
Манель S-67000 (UNS S67000) — Нізкі нікель, Эканамічная адзнака (спецыяльнасць)
Намер: былі распрацаваны некаторыя сплавы сямейства Манель знізіць утрыманне нікеля (і, такім чынам, кошт) захоўваючы прымальную ўстойлівасць да карозіі для пэўных асяроддзяў; S-67000 пазначае такое абазначэнне UNS класа распрацоўкі ў некаторых каталогах вытворцаў.
Случаі выкарыстання & засцярогі: гэтыя сплавы прывабныя там, дзе патрабуецца кошт і разумная ўстойлівасць да марской вады, але яны павінны быць выбраны толькі пасля выпрабаванняў на карозію ў канкрэтных умовах эксплуатацыі, таму што невялікія змены складу могуць істотна змяніць кропкавую ўстойлівасць і SCC.
4. фізічны, Механічны, і Каразійныя ўласцівасці — параўнальныя даныя
Табліца ніжэй дае прадстаўнік дыяпазоны ўласцівасці (тыповы отожженный, калі не пазначана іншае). Гэта ілюстрацыйны: выкарыстоўваць сертыфікаты пастаўшчыкоў для канчатковых значэнняў.
| Маёмасць | Манель 400 (N04400) | Манель К-500 (N05500, старэчы) | Манель Р-405 (N04405) | Манель 502 (N05502, cast) |
| Шчыльнасць (тып.) | ≈ 8,7–8,9 г·см⁻³ | ≈ 8,7–8,9 г·см⁻³ | ≈ 8,7–8,9 г·см⁻³ | ≈ 8,7–8,9 г·см⁻³ |
| Трываласць на расцяжэнне, Rm | ≈ 450–700 МПа (залежны ад халоднай працы) | ≈ 700–1200 МПа (старэчы) | ≈ 450–700 МПа | Як-адліты: ~350–700 МПа пасля тэрмічнай апрацоўкі |
| Мяжа цякучасці, Rp0.2 | ≈ 150–400 МПа | ≈ 400–900 МПа | ~падобны да 400 | зменная (залежыць акцёрскі склад + HT) |
| Падаўжэнне (А) | ~20–50% | ~8–25% | Падобна на 400 (вар'іруецца) | Пераменлівы (ніжэй за адліты) |
| Цяжкасць (Hb / HRC) | ~120–200 HB | З узростам вышэй (можа перавышаць ~300 HB у залежнасці ад характару) | Падобна на 400 | Залежыць ад акцёрскага складу/HT |
| Карозія (марская вада) | Выдатны | Выдатны (трохі адчувальны да мікраструктуры) | Добры (крыху паменшаны супраць 400) | Выдатны (калі гукавы кастынг) |
| Зварачнасць | Выдатны | Добра — змякчэнне ЗТВ; часта патрабуецца аднаўленне пасля зваркі | Добры | Добры (ліццё, меркаванні па зварцы) |
5. Выдумка, Далучэнне, і кіраўніцтва па тэрмічнай апрацоўцы
Фарміраванне & апрацоўванне
- Манель 400: выдатная халодная формуемость; праца загартоўвае, таму пры неабходнасці выкарыстоўвайце адпаведны адпал для аднаўлення пластычнасці.
Апрацоўка простая, але вострыя інструменты і ўмераныя хуткасці працуюць лепш за ўсё з-за тэндэнцыі да загартоўкі. - К-500: можа падвяргацца халоднай апрацоўцы, але канчатковая трываласць вырабляецца шляхам кантраляванага старэння; цяжкая халодная праца перад старэннем можа павялічыць дасяжную трываласць, але зніжае пластычнасць.
Вінжаванне & далучэнне
- Манель 400: лёгка зварваецца з выкарыстаннем адпаведнага Ni-Cu напаўняльніка; зварныя швы звычайна захоўваюць устойлівасць да карозіі, калі выкарыстоўваюцца адпаведны напаўняльнік і метады.
- К-500: ЗТВ зварнога шва змякчаецца, таму што ападкі раствора/старэння парушаюцца; для паўторнага рашэння прыкладанняў крытычнай трываласці + звычайна прымяняецца паўторнае або лакальнае механічнае аднаўленне. Варта выкарыстоўваць папярэдне кваліфікаваныя працэдуры.
Тэрмічная апрацоўка (агульны)
- Манель 400: адпаліць для зняцця напружання або аднаўлення пластычнасці; без ападкаў загартоўвання. Тыповы адпал праводзіцца пры высокай тэмпературы (звярнуцца да пастаўшчыка).
- К-500:Рашэнне лячыць пры падвышанай тэмпературы (раствараць асадак) → патушыць → ўзрост пры ўмеранай тэмпературы выпадаць фазы ўмацавання.
Кантроль часу/тэмпературы вытрымкі вызначае канчатковае Rm / кампраміс пластычнасці. Не рабі ўжываць старэнне, не ведаючы патрабаванага характару. Пракансультуйцеся са спецыфікацыяй матэрыялаў, каб даведацца час/час.
6. Выбар паміж сплавамі Монель
Выкарыстоўвайце гэта практычнае кіраўніцтва па прыняцці рашэнняў:
- Выбірайце Монель 400 калі: асноўнае патрабаванне - надзейная ўстойлівасць да карозіі, добрая пластычнасць і пластычнасць, і меркаванні кошту/даступнасці аддаюць перавагу добра зарэкамендавалі сябе, зварваецца сплаў.
Тыповы для службы марской вады, абсталяванне для апрацоўкі хімікатаў, і абсталяванне агульнага прызначэння. - Выбірайце Monel K-500 калі: вам трэба значна больш высокая трываласць у спалучэнні з устойлівасцю да карозіі (e.g., высоканагружаныя валы, муфты, высокатрывалы крапеж).
Улічыце неабходнасць кантраляванай тэрмічнай апрацоўкі і магчымае аднаўленне пасля зваркі. - Выбірайце альтэрнатывы (іншыя Ni-Cu або дуплексныя сплавы) калі: каштаваць, магнітныя ўласцівасці, або спецыфічныя карозійныя асяроддзя (e.g., больш высокая канцэнтрацыя хларыду, акісляльныя кіслоты) зрабіць іншае сямейства сплаваў пераважней.
Заўсёды выконвай тэст на экалагічнасць (або звярніцеся да даведнікаў па карозіі) для агрэсіўных СМІ (моцныя акісляльнікі, гарачыя канцэнтраваныя кіслоты) — Манель выдатна працуе ў многіх, але не ва ўсіх агрэсіўных асяроддзях.
7. Тыповае прамысловае прымяненне сплаваў Monel
- Марская вада & Марскае абсталяванне: помпа шахты, карданныя валы, клапан ўнутраныя органы, трубаправоды і фільтры для марской вады (Манель 400 найбольш распаўсюджаныя).
- Змазваць & бензін / падводны: муфты, свідравіннае абсталяванне і раздымы (К-500 выбіраюць там, дзе патрэбна больш высокая трываласць).
- Хімічная апрацоўка: сасудаў, цеплаабменнікі і фітынгі, якія падвяргаюцца ўздзеянню хларыдных і аднаўляльных асяроддзяў.
- Аэракасмічная & крыягенныя: часткі, якія патрабуюць трываласці пры нізкай тэмпературы.
- Зашпількі & клапаны: кампаненты, якія патрабуюць каразійнай стойкасці і механічнай надзейнасці.
8. Абмежаванні, Асаблівыя клопаты, і Рэжымы адмовы
- Каштаваць: Змест нікеля і медзі робіць сплавы Monel значна даражэйшымі за звычайную нержавеючую сталь. Кошт жыццёвага цыкла павінен апраўдваць выбар сплаву.
- Размякчэнне ЗТВ у К-500: зварка можа знізіць мясцовую трываласць, калі пасля зваркі не ўжываецца тэрмаапрацоўка.
- Сульфідныя расколіны пад напругай / вадародныя эфекты: у той час як манель добра працуе ў многіх кіслых асяроддзях, канкрэтныя ўмовы H₂S і сцэнары катоднай зарадкі патрабуюць дбайнай ацэнкі.
- Гальванічная сувязь: Манель пры кантакце з менш высакароднымі металамі можа ствараць токі гальванічнай карозіі - пры неабходнасці распрацуйце ізаляцыю або ахвярныя аноды.
- Дэфекты ліцця: адліваныя дэталі з манэлі патрабуюць перадавой практыкі ліцейнага вытворчасці; сітаватасць або ўключэння зніжаюць карозію і механічныя характарыстыкі.
9. Распаўсюджаныя памылкі пра манельныя сплавы
«Усе маркі Monel ўзаемазаменныя»
Хлусня. К-500 у 2,5 разы мацней, чым 400 але мае меншую ўстойлівасць да высокіх тэмператур; Даданне серы ў R-405 паляпшае апрацоўваемасць, але крыху зніжае пластычнасць.
Выбар гатунку залежыць ад трываласці, навакольнае асяроддзе, і патрэбы апрацоўкі.
«Манэль устойлівы да карозіі ў любых умовах»
Хлусня. Монель сплавы ўспрымальныя да акісляльных кіслот (e.g., канцэнтраваная HNO₃) і высокатэмпературная серная кіслата (>70% канцэнтрацыя).
Яны выдатна спраўляюцца з рэдукцыйнымі асяроддзямі (марская вада, разбаўленыя кіслоты) але не акісляльныя.
«Monel K-500 - проста мацнейшы Monel 400»
Часткова праўда, але К-500 мае меншую свариваемость (патрабуе старэння пасля зваркі) і абмежаваная 480°C (супраць. 550°C для 400).
Ён таксама мае больш высокую ўстойлівасць да SCC, што робіць яго лепшым для марскіх прымянення з высокімі нагрузкамі.
«Monel занадта дарагі для большасці прымянення»
Кантэкстна-залежны. Манель каштуе ў 3 разы даражэй, чым 316 з нержавеючай сталі, але яго 25+ гадавы тэрмін службы ў марской вадзе зніжае выдаткі на 40–60% у параўнанні з нержавеючай сталлю (які патрабуе частай замены).
«Манелевыя сплавы нельга зварваць»
Хлусня. Усе першасныя маркі монель можна зварваць з правільнымі прысадкавымі металамі (ERNiCu-7) і тэрмічная апрацоўка пасля зваркі (для К-500). Зварной монель 400 захоўвае 90% трываласці асноўнага металу.
10. Параўнанне з іншымі нікелевымі сплавамі
| Маёмасць / Рыса | Манель 400 (N04400) | Манель К-500 (N05500) | Нік 200 / 201 (N02200 / N02201) | Умова 600 (N06600) | Умова 625 (N06625) | Hastelloy C-276 (N10276) |
| Сістэма першаснага сплаву | Ni–Cu | Ni-Cu-Al-Ti (Ph) | Камерцыйна чысты Ni | Ні–Cr–Fe | Ni–Cr–Mo–Nb | Ni–Mo–Cr–W |
| Змест Ni (вага%) | ~63 | ~60 | >99 | ~72 | ~58 | ~57 |
| З утрыманнем (вага%) | ~30 | ~30 | ~0,2 | <0.5 | <0.5 | <0.5 |
| Узровень трываласці | Нізкі–сярэдні | Высокі (старэчы) | Нізкі | Сярэдні | Высокі | Сярэдні–высокі |
| Устойлівасць да карозіі - марская вада | Выдатны | Выдатны | Умераны | Умераны | Добры | Добры |
| Устойлівасць да карозіі - аднаўляюць кіслоты | Выдатны | Выдатны | Добры | Умераны | Добры | Выдатны |
| Устойлівасць да карозіі - акісляльныя кіслоты | Абмежаваны | Абмежаваны | Абмежаваны | Добры | Добры | Выдатны |
| Ўстойлівасць да хларыднай точцы | Вельмі добра | Вельмі добра | Бедны | Умераны | Добры | Выдатны |
| Кіслы (H₂S) Устойлівасць да навакольнага асяроддзя | Добры | Добры – умераны | Умераны | Нізкі | Добры | Выдатны |
| Макс. Тэмпература абслугоўвання (прыбл.) | ~480°C | ~480°C | ~315°C | ~1100°C | ~980°C | ~1050°C |
| Трываласць пры нізкіх тэмпературах | Выдатны | Добры | Выдатны | Добры | Добры | Добры |
| Зварачнасць | Выдатны | Умераны (ЗМякчэнне ЗТВ) | Выдатны | Добры | Добры | Умераны (неабходны кантроль расколін) |
| Механізм загартоўкі | Цвёрды раствор | Зацвярдзенне ападкаў | Цвёрды раствор | Цвёрды раствор | Цвёрды раствор + Умацаванне Nb/Mo | Цвёрды раствор |
| Тыповыя прыкладанні | Марская, помпы, клапаны | Высокагрузны марскі, зашпількі | Хімічны, з'едлівыя рэчывы | Высокатэмпературнае акісленне | Высокая тэмпература + каразійна-крытычная | Жорсткі хімічны працэс, фармацэўтычны |
| Адносная кошт | Высокі | Вышэйшы | Высокі | Высокі | Вельмі высокі | Вельмі высокі |
11. Conclusion
Монель сплавы ўтвараюць практычныя, надзейнае сямейства матэрыялаў Ni–Cu, якія ахопліваюць карысны дыяпазон устойлівасці да карозіі, трываласць і трываласць.
Манель 400 з'яўляецца выбарам па змаўчанні, калі ўстойлівасць да карозіі і тэхналагічнасць маюць першараднае значэнне; Манель К-500 з'яўляецца выбарам для больш высокай трываласці, калі ападкавае цвярдзенне прымальна і абмежаванні пры апрацоўцы кіруюцца.
Спецыяльныя варыянты (Р-405, 502, S-тыпы) існуюць для вырашэння апрацоўкі, кастынг або праблемы з коштам - але заўсёды падлягаюць праверцы ў залежнасці ад асяроддзя.
Для важных кампанентаў, заўсёды патрабуюць нумары UNS, сертыфікаты млына, і адпаведная кваліфікацыя неразбуральнага кантролю і карозіі.
FAQ
Які монель лепш за ўсё падыходзіць для помпаў марской вады?
Манель 400 з'яўляецца найбольш распаўсюджаным выбарам для працоўных колаў помпы марской вады, валы і кампаненты клапанаў дзякуючы праверанай устойлівасці да марской вады і трываласці.
Ці можна зварваць К-500 без страты трываласці?
Зварка К-500 звычайна змякчае ЗТВ. Каб аднавіць поўную сілу, апрацоўка раствора пасля зваркі і паўторнае старэнне (на працэдуру пастаўшчыка) патрабуецца для крытычных прыкладанняў.
Манель магнітная?
Манель 400 па сутнасці немагнітны (парамагнітныя). K-500 можа дэманстраваць лёгкую магнітную рэакцыю ў залежнасці ад апрацоўкі і характару.
Які кошт у параўнанні з нержавеючай сталлю?
Манельныя сплавы значна даражэйшыя за нержавеючую сталь 300-й серыі з-за больш высокага ўтрымання нікеля і медзі - кошт звычайна абгрунтоўваецца каразійнымі характарыстыкамі і перавагамі жыццёвага цыкла.
Дзе ўзяць дакладныя дадзеныя для праектавання?
Выкарыстоўвайце Нумар UNS (e.g., N04400, N05500) запытваць у пастаўшчыкоў сертыфікаваныя пашпарты матэрыялаў і сертыфікаты выпрабаванняў млына; пры неабходнасці выконваць тэсты на карозію для канкрэтнага прымянення.
