蒙乃尔合金(Monel K500 NO5500)镍铜合金的耐腐蚀性能参数

蒙乃尔K500是一种合金,具有高强度、耐腐蚀、无磁性等特点,主要应用于泵轴和阀杆、输送器刮刀等。蒙乃尔K500合金除具有高强度、耐腐蚀、无磁性等优异的机械性能外,还具有蒙乃尔400同样的耐蚀性。能作为泵轴材料,适用于较恶劣的高硫、高蜡油层的地质开采条件下工作。由于该合金没有塑—脆转变温度,所以非常适用于各种低温设备。此合金主要用于泵轴和阀杆、输送器刮刀、油井钻环、弹性部件、阀垫等。适用于石油、化工、造船、制药、电子部门。化学成分该合金的化学成分大体与蒙乃尔400相同,最大的差别是含有2.3-3.15%的A1和0.30-1.00%的Ti,此合金的组织特点除有弥散的Ni3(A1,Ti)沉淀相析出外,其他与蒙乃尔400合金相同。

机械性能该合金没有塑—脆转变温度,所以非常适用于制造各种低温设备,焊接可提高合金的强度,但降低合金的塑性。因此,为了保持高塑性,蒙乃尔K500合金焊后需进行热处理。

相关性能抗拉强度935/1275(MPa)屈服强度655/1103(MPa)延伸率10/20(%)硬度255/370(HB)对应数据

Monel K500是Monel系列镍铜耐蚀合金中一个可时效硬化的合金,美国金属与合金统一编号为N05500。[2]其化学成分列于表1中。

Monel K500合金的适用技术条件有:AMS4676,FED QQ-N-286,MIL SPEC MIL-N-24549。

Monel K500合金是在Monel 400合金的基础上通过加入3.0% Al、0.63% Ti而获得时效硬化能力的。该合金经冷加工后在580℃左右时效16h即可得到强化。其最高室温抗拉强度可达到1200 MN/m²,硬度可达到320 HV左右。

Monel K500合金中的沉淀强化相为金属间化合物Ni₃(Al,Ti)。它在固溶退火合金加热到1100F左右时析出。

由于Monel K500合金具有高的强度,高的耐蚀性,低的磁导率和在低达-100℃(一150F)下都无磁性,使得它适合于用作不生火花的工具、舰船的螺旋桨轴和扫雷艇的锚缆,并在海水中显示出高的疲劳强度。[3.K500合金还以铸件和锻件形式用作阀门和泵。在石油和天然气工业中被广泛用作抽油杆,并且特别适合于原油环境中的枞树泉用途。还可用作其他油井工具和仪器,刮油刀和刮油板,弹簧和阀门饰边等。

Monel K500合金的物理性能

Monel K500合金的物理性能在表2中给出。为了便于比较,在表2中还同时列出了Monel 400的物理性能。

从表 2 中可以看出, Monel K500 合金明显地具有较高的电阻率和相应较低的热导率。除了磁性转变点之外,这两个合金的其他物理性能相当接近。

Monel 400合金的居里温度在环境温度范围内,而K500合金则不然,对于固溶态的该合金为-210F,时效硬化后则为-153F。K500合金在相当低的温度下实际上是无磁性的。[1]Monel K500合金的机械性能

室温性能

抗拉性能。Monel K500合金的室温拉伸性能及硬度列于表3中。从表中可以看出,由于K500合金具有时效硬化的能力,可以达到较宽的抗拉性能范围。抗拉强度在从退火材料的90ksi到经过深度冷加工后时效硬化材料的220ksi的范围内。以伸长率度量的塑性在从退火材料的45%到经过冷加工但未经时效硬化材料的2%的范围内。然而,时效硬化可引起经过强烈冷加工材料的塑性得到某些改善。

冷加工和经冷加工后的时效硬化对K500合金抗拉强度的影响示于图1中。时效硬化显著提高了强度。例如,在以60%变形量冷加工的材料中,时效硬化可使抗拉强度提高约30。

硬度:由于沉淀硬化能力的影响,K500合金的硬度在从退火状态的B75到冷加工并时效状态的C24的范围内。由于冷加工和随后的时效所引起的硬度值范围示于图1中。

疲劳性能:冷加工和时效对Monel K500合金疲劳性能的影响示于表4中。K500合金圆棒和薄板的时效硬化明显降低其疲劳比。

冲击性能:Monel K500合金的冲击性能示于表5中。为了便于对比,同时列出了Monel400合金的冲击性能。

显然,Monel K500合金的韧性要比400合金的低,尽管由于采用的程序不同而对其结果未加直接对比。在夏氏冲击试验中时效材料完全断裂了的事实进一步说明了这一点。补充冲击数据还包括有低温性能。

高温性能

热轧态Monel K500和Monel 400合金的短时高温抗拉强度对比示于图2中。Monel K500合金的强度几乎在最高温度下也高于400合金。时效硬化对K500合金的影响,在这个图中也显示出来了。在时效持续到1000F以前,强度升高最大,但超过这个温度以后,就会发生软化,时效材料的强度就大体和未时效材料的一样了。

Monel K500合金的蠕变和持久性能数据列于表6中。为了便于对比,同时列出了Monel400合金的数据。

如所预料的那样,在800-1000下范围内,冷加工并时效状态的K500合金的蠕变强度要比400合金的高得多。如同表6所表明的那样,这个合金在1100F下的蠕变强度实际上相当于退火态400合金在1000F下的蠕变强度。而100小时持久强度的差别却没有那么大。

低温性能

Monel合金在零下温度下具有优异的机械性能。强度和硬度升高,并且甚至在极低的温度下也没有韧性到脆性的转变。[1]Monel K500合金的强度随着温度的下降而升高,时效和未时效材料的强度之间的差别,随着温度的下降大体保持恒定(见图3)。

冷加工并时效到182 ksi抗拉强度的K500合金的疲劳数据列于表7中。与Monel合金的其他机械性能相反,其疲劳强度随着温度下降而升高。

温度,K

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