Monel 400 Samenstelling en Eigenschappen Over Temperatuur

Monel 400 is UNS N04400, ook gepubliceerd als W.Nr. 2.4360 en 2.4361, en het is een binaire vaste oplossing van nikkel en koper die alleen door koudvervorming kan worden verhard. Die ene zin vestigt beide helften van wat een eigenschappenpagina te zeggen heeft: de samenstelling bepaalt het karakter van de legering, en de hoeveelheid werk die erin is gestoken, bepaalt elk sterktecijfer dat u kunt kopen.

De samenstelling is minimaal 63,0% nikkel met koper tussen 28,0% en 34,0%, en de rest is een kleine set residuen die laag worden gehouden en niet worden toegevoegd. Wat de legering nuttig maakt, is de oplosbaarheid van de twee hoofdelementen in elkaar: ze zijn onderling oplosbaar in alle verhoudingen, dus de structuur is monofasig, met een kubisch vlakgecentreerd rooster en een roosterparameter van 3,534 Å. Er is geen tweede fase om te precipiteren, wat de reden is dat er geen verouderingsbehandeling is in deze legering en de reden dat het enige beschikbare verhardingsmechanisme deformatie is.

Zo gelezen, vallen de eigenschappen van Monel 400 in twee groepen die zich volledig anders gedragen. Degenen die door de samenstelling worden bepaald, bewegen helemaal niet: de dichtheid, de modulus, het smeltbereik en de thermische eigenschappen worden bepaald door de chemie en de temperatuur, en geen enkele verwerkingsbeslissing verandert ze. Degenen die de klant daadwerkelijk specificeert, bewegen over een breed bereik, omdat ze voortvloeien uit hoeveel koud werk het onderdeel heeft gezien en welke thermische behandeling daarna kwam. De onderstaande secties houden de twee groepen gescheiden en volgen vervolgens de legering naar beide uiteinden van zijn temperatuurbereik, waar zijn gedrag het meest onderscheidend is.

De samenstelling, en wat elk element doet

De zwavellijn is degene die de werkplaats bereikt in plaats van op het specificatieblad te blijven. Omdat zwavel deze familie van legeringen bij temperatuur beschadigt, vereist de gepubliceerde gloeipraktijk een zwavelvrije reducerende atmosfeer, en markeerstiften, vet en sommige refractaire materialen moeten uit de buurt worden gehouden van een onderdeel dat in een oven gaat. Dat is een fabricagevereiste die rechtstreeks voortvloeit uit een samenstellingslimiet.

Wat het werk doet met de eigenschappen

Dit is de tabel waaruit een koper daadwerkelijk bestelt, en de spreiding die het bevat is groter dan de meeste mensen verwachten van een enkele legering. Elke rij heeft dezelfde samenstelling; wat verandert is de staat waarin het werd geleverd.

Twee dingen in die tabel bepalen de meeste bestellingen. Het eerste is dat koudvervorming het hele mechanisme is, dus de sterkte die u krijgt, is de sterkte die u hebt gevraagd door een temper te specificeren. Van gegloeide plaat naar veerharde strip verdubbelt de vloeigrens ruwweg en neemt de rek af van 35% tot een waarde die zo laag als 2% kan zijn. Het tweede is dat de gepubliceerde opmerking die aan deze bereiken is toegevoegd expliciet is: het zijn composieten voor verschillende productmaten, en ze zijn niet geschikt voor specificatiedoeleinden. Een inkooporder noemt daarom de vorm, de toestand en de standaard, en neemt de minima uit de standaard in plaats van uit een tabel als deze.

Een verder gevolg van de monofasige structuur is het vermelden waard. Omdat er geen precipitatiereactie is, is er niets om te oververouderen en geen verouderingsbehandeling om te plannen. De thermische behandelingen die voor deze legering bestaan, doen een ander werk: gloeien verzwakt koudvervormd materiaal volledig, en spanningsvermindering vermindert restspanningen zonder de korrelstructuur te herkristalliseren.

Sterkte en ductiliteit bij dalende temperatuur

Dit is de eigenschap die Monel 400 het duidelijkst scheidt van de staalsoorten, en het loopt in de tegenovergestelde richting van wat de meeste ingenieurs verwachten. Naarmate de testtemperatuur daalt, wordt de legering sterker en behoudt hij tegelijkertijd zijn ductiliteit. Er is geen overgang naar bros gedrag.

De gesmede rij is degene waar je naar moet kijken, omdat deze het volledige bereik beslaat. Tussen kamertemperatuur en −423 °F stijgt de treksterkte van 92 ksi naar 142 ksi, wat ongeveer de helft sterker is, en de rek stijgt mee in plaats van te dalen. De gepubliceerde beoordeling van de legering merkt op dat dit gedrag over een aanzienlijk temperatuurbereik wordt gehandhaafd, en het praktische gevolg is dat een cryogene toepassing geen materiaalverandering vereist vanwege de taaiheid.

Twee gepubliceerde kanttekeningen horen bij de tabel. De getoonde waarden voor de koud getrokken en gegloeide omstandigheden zijn van toepassing op maten van 0,032 tot 0,250 inch diameter, en de bron stelt dat de eigenschappen voor andere maten hiervan kunnen afwijken. En de koud getrokken rij die bij kamertemperatuur werd getest na enkele uren op −110 °F te zijn gehouden, gaf een lagere vloeigrens dan de rij die bij temperatuur werd getest, wat het soort detail is dat alleen belangrijk is als een specificatie een week in plaats van een test vereist.

Taaiheid bij temperatuur, wat hetzelfde verhaal is

Slagtesten vertellen hetzelfde verhaal scherper, omdat een taaiheidstest is waar een staal met een overgangstemperatuur zou falen. Deze legering heeft er geen die bereikt kan worden.

De gepubliceerde beoordeling vermeldt dat er geen bewijs was van broze breuken, en dat lasmetaal dat in hetzelfde programma werd getest, brak in het laswerk en niet in de plaat. Er is ook een opmerking over de torsie-slagproefstukken: pogingen om breuken te produceren door het minimale oppervlak met 75% te verminderen, waren onsuccesvol, vanwege de taaiheid van het materiaal.

De fabricageramen

Omdat de legering alleen door koudvervorming verhardt, bouwen de thermische behandelingen geen sterkte op. Ze herstellen de ductiliteit en verwijderen spanning. Ze bepalen ook de korrelgrootte, en elk heeft een gepubliceerd venster.

Het onderscheid tussen spanningsvermindering en spanningsgelijkstelling is degene die het vaakst verloren gaat. Ze worden gepubliceerd als aparte behandelingen bij aparte temperaturen voor aparte doeleinden, en een werkplaats die de ene voor de andere vervangt, krijgt niet het resultaat dat de tekening vroeg.

Het lasafzetting bij temperatuur

De legering wordt verbonden met een bijpassende toevoeging, en de gepubliceerde gegevens van het gehele lasmetaal laten zien hoe de afzetting zich gedraagt naarmate deze heter wordt. Het is de moeite waard om apart te hebben van de basismetaalcijfers, omdat een verbinding bij temperatuur wordt beperkt door zijn zwakste bestanddeel.

De laatste rij is degene die ertoe doet, omdat 1000 °F, of 538 °C, de temperatuur is waarop de legering het einde van zijn nuttige bereik in lucht bereikt. De afzetting draagt nog steeds 386 MPa in spanning op dat punt, wat een nuttig cijfer is om te hebben, en de oppervlakte-inperking is gedaald tot 24,5%, wat het getal is dat bepaalt hoeveel van een verbinding bij die temperatuur kan worden verwacht te accommoderen.

Een volledige stompe las gedraagt zich anders dan het gehele lasmetaal, en de gepubliceerde gegevens vermelden dat de transversale tests over een las allemaal braken in het laswerk en niet in de plaat, wat het verwachte resultaat is wanneer de afzetting zwakker is dan het moedermetaal. Een warmtebehandeling van 1150 °F gedurende 10 uur gevolgd door luchtkoeling veranderde de las-eigenschappen bij kamertemperatuur niet significant, wat consistent is met het feit dat de afzetting geen verouderingsreactie heeft om te ontwikkelen.

De studie waaruit het gepubliceerde lichaam is genomen, en waarom de cijfers ervan niet kunnen worden gebruikt

De versie van deze pagina die is gepubliceerd, bevat de methode en resultaten van een studie naar hete treksterkte, en de studie is nauwkeurig genoeg beschreven om te identificeren: een Gleeble-1500D thermische simulatiemachine, een monster van 6 mm diameter en 120 mm lengte, verwarmd met 10 °C per seconde tot 1100 °C en gedurende drie minuten vastgehouden, vervolgens afgekoeld met 3 °C per seconde tot testtemperaturen van 600, 700, 800, 900, 1000 en 1100 °C, uitgerekt met 10⁻³ per seconde in vacuüm, met de breukvlakken onderzocht onder een scannende elektronenmicroscoop.

Twee dingen eraan zijn het vermelden waard. De ductiliteitsbevinding is consistent met wat de gepubliceerde werkbereiken zouden doen verwachten: de studie rapporteert dat de plasticiteit bij hoge temperatuur met de temperatuur stijgt tot een piek rond 900 °C en dan weer daalt, en 900 °C valt binnen het gepubliceerde warmwerkbereik van 927 tot 1177 °C, terwijl 1100 °C dicht bij de bovenkant ervan ligt. Het tweede is dat een monster dat gedurende drie minuten bij 1100 °C werd gehouden voor het testen, effectief is gegloeid, dus de cijfers beschrijven gegloeid materiaal en niet de toestand waarin de legering gewoonlijk wordt geleverd.

De sterktecijfers kunnen niet worden heruitgegeven als eigenschappen van deze legering. De studie rapporteert een treksterkte van 106,49 MPa bij 600 °C en 22,41 MPa bij 1100 °C. De gepubliceerde kortetermijngegevens voor dezelfde legering vermelden 55,95 ksi, wat 386 MPa is, voor het gehele lasmetaal bij 1000 °F, of 538 °C, en lasmetaal is normaal gesproken het zwakkere bestanddeel van een verbinding. Een smeedcijfer van 106 MPa bij een hogere temperatuur is daarom ongeveer een factor drie tot vier lager dan wat de gepubliceerde gegevens impliceren, en het verschil is groot genoeg dat het cijfer moet worden behandeld als specifiek voor die ene testconfiguratie. Het is geen sterkte die voor deze legering kan worden gespecificeerd.

Het uitgangspunt van de studie moet ook worden gelezen tegen de gepubliceerde beoordeling van de legering. De studie werd ondernomen vanwege een neiging tot hete scheurvorming die deels werd toegeschreven aan de lage thermische geleidbaarheid en de lage uitzettingscoëfficiënt, maar de gepubliceerde beschrijving van Monel 400 vermeldt dat het gemakkelijk kan worden verbonden met conventionele processen, dat het een goede lasbaarheid heeft, en dat het in bijna elke vorm kan worden warmgevormd. Die twee posities zijn niet onverenigbaar, in die zin dat een studie nuttig een probleem binnen een materiaal kan onderzoeken dat over het algemeen bewerkbaar is, en ze mogen niet worden gelezen als een algemene waarschuwing tegen het lassen van de legering. Het onderscheid is het vermelden waard, aangezien dezelfde lage thermische geleidbaarheid die warmte concentreert in een lasbad ook de reden is waarom de legering zijn sterkte behoudt naarmate de temperatuur stijgt.

Vragen die kopers stellen

Wat is de chemische samenstelling van Monel 400?

Nikkel minimaal 63,0% en koper tussen 28,0% en 34,0%, met de rest nikkel en de residuen laag gehouden: koolstof maximaal 0,3%, ijzer 2,5%, mangaan 2,0%, silicium 0,5% en zwavel 0,024%. Het nikkelcijfer is een minimum en geen bereik. Het wordt bij verschil bepaald. Gepubliceerde specificatiebladen geven soms het nikkelbereik aan als 63,0 tot 70,0%.

Hoe wordt Monel 400 versterkt?

Alleen door koudvervorming. Nikkel en koper zijn onderling oplosbaar in alle verhoudingen, dus de legering is monofasig met een kubisch vlakgecentreerd rooster en er is geen tweede fase om te precipiteren. Er is daarom geen verouderingsbehandeling voor deze legering, en de sterkte van een geleverd onderdeel is een functie van hoeveel koudwerk het heeft gezien. Dat is het tegenovergestelde van de positie met een precipitatiehardende kwaliteit zoals Monel K500.

Wat is het beschikbare sterktebereik van één samenstelling?

Ongeveer een factor twee tussen de extremen, en de extremen liggen niet dicht bij elkaar. Gegloeide plaat wordt gepubliceerd op 482 tot 586 MPa treksterkte met 35% of meer rek. Veerharde strip van dezelfde legering bereikt 690 tot 965 MPa met een rek zo laag als 2%. Een inkooporder moet daarom de temper naast de legering noemen, omdat de toestand de sterkte draagt.

Wordt Monel 400 bros bij lage temperatuur?

Nee, en het doet het tegenovergestelde. Gesmeed materiaal getest bij −423 °F, wat −253 °C is, toont een treksterkte van 142 ksi tegenover 92 ksi bij kamertemperatuur, met de rek stijgend van 31% naar 38,5%. Charpy V-notch waarden bij dezelfde temperatuur lopen van 121 tot 219 ft·lb, afhankelijk van de oriëntatie, en de gepubliceerde beoordeling vermeldt geen bewijs van broze breuken. Dit is een reden om de legering te kiezen voor cryogene toepassingen en geen beperking ervan.

Wat zijn de temperaturen voor warmvervormen en gloeien?

Warmvervormen loopt van 1700 °F tot 2150 °F, of 927 °C tot 1177 °C, met een optimum rond 2000 °F, en de legering mag nooit boven 2150 °F worden verwarmd omdat permanente schade kan optreden. Gloeien wordt gepubliceerd als 1600 tot 1800 °F gedurende 2 tot 10 minuten in de open verwarmingsmethode, of 1400 tot 1500 °F gedurende 1 tot 3 uur in doosgloeien, met een algemeen bereik van 1300 tot 1800 °F. Het lagere einde van het bereik wordt gebruikt met langere tijden om de korrel fijn te houden. De gloeiatmosfeer moet zwavelvrij en reducerend zijn.

Wat is het verschil tussen spanningsvermindering en spanningsgelijkstelling?

Het zijn aparte gepubliceerde behandelingen met aparte doeleinden. Spanningsvermindering wordt uitgevoerd bij 1000 tot 1050 °F gedurende 1 tot 2 uur en vermindert restspanningen zonder de korrelstructuur te herkristalliseren. Spanningsgelijkstelling wordt uitgevoerd door ongeveer 3 uur bij 575 °F te houden en verhoogt de vloeigrens bij 0,00% offset zonder merkbare effecten op de andere eigenschappen. Het vervangen van de ene door de andere levert niet het resultaat op dat de tekening vroeg.

Samenvatting

Monel 400 is een monofasige nikkel-koper vaste oplossing, UNS N04400 en W.Nr. 2.4360 of 2.4361, die alleen door koudvervorming kan worden verhard. De samenstelling is minimaal 63,0% nikkel met koper tussen 28,0% en 34,0%, en omdat de twee elementen onderling oplosbaar zijn, is er geen precipitatiereactie en geen verouderingsbehandeling. De eigenschappen verdelen zich daarom in die welke door de samenstelling worden bepaald, zoals dichtheid, modulus en smeltbereik, en die welke door de toestand waarin het materiaal wordt geleverd worden bepaald, waarbij de gepubliceerde bereiken lopen van 482 MPa treksterkte in gegloeide plaat tot 965 MPa in veerharde strip. Bij dalende temperatuur wint de legering aan sterkte terwijl hij zijn ductiliteit behoudt, en bereikt 142 ksi in gesmeed materiaal bij −423 °F zonder bewijs van broze breuken. Bij stijgende temperatuur is de nuttige limiet in lucht 1000 °F, het warmwerkbereik is 1700 tot 2150 °F, en de lasafzetting draagt nog steeds 386 MPa bij 1000 °F.

Monel 400 wordt geleverd vanuit Changzhou, Jiangsu in plaat, strip, staf, stang, draad, smeedstukken, naadloze buizen en pijpen, en condensorbuizen, in de gegloeide, spanningsarme, halfharde, volharde en veerharde omstandigheden, vanuit een fabriek die ISO 9001-certificering heeft en wordt gecontroleerd door SGS. Stuur het formulier, de temper en de servicetemperatuur, en de eigenschappen volgen uit die drie antwoorden.

Referenties

1. Special Metals technisch bulletin SMC-053, MONEL nikkel-koper legering 400. Bron voor de samenstellingslimieten, de dichtheid van 8,80 g/cm³ en het smeltbereik, de elasticiteitsmodulus in trek, druk en torsie met de Poisson-verhouding, de Curie-temperatuur en de bijbehorende opmerking, de beschrijving van de legering als een binaire vaste oplossing met een kubisch vlakgecentreerd roosterparameter van 3,534 Å, de mechanische eigenschappenbereiken per vorm en toestand, de tabellen met lage temperatuur treksterkte en slag, de opmerking dat de gepubliceerde bereiken composieten zijn die niet geschikt zijn voor specificatiedoeleinden, de kortetermijn eigenschappen van het gehele lasmetaal bij temperatuur, het resultaat van de transversale lasproef, en de temper-hardheidstabel voor plaat en strip.
2. Hetzelfde bulletin, over thermische behandeling en fabricage. Bron voor de open verwarmings- en doosgloeibereiken, de verklaring dat de legering een hecht oxidefilm vormt wanneer deze aan de lucht wordt afgekoeld na verwarming, de verklaring dat de afkoelsnelheid geen significant effect heeft, de spanningsgelijkstellingsbehandeling bij 575 °F en het effect ervan op de vloeigrens bij 0,00% offset, de verklaring dat korrelgroei optreedt wanneer materiaal wordt verwarmd tot verhoogde temperatuur, de 2150 °F warmwerkplafond met de waarschuwing dat permanente schade kan optreden, en de richtlijn dat de legering in geen geval boven die waarde mag worden verwarmd.
3. Gepubliceerde technische gegevens voor legering 400 zoals verspreid door