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蒙乃爾合金|Monel alloy

蒙乃爾合金是一種沉淀硬化的鎳銅鋁合金, 有優異的耐腐蝕性能和更高強度和硬度,性能超越其他鎳銅合金。添加了鈦和鋁元素,K500拉伸強度提升為K400合金的兩倍,屈服強度是400合金的三倍。這種高強度可以一直保持至649℃,而當溫度低至-240℃時,該材料仍具延展性和韌性。

產品分類 / 用途

Monel 400

    Ni68Cu28Fe / Monel 400 合金是一種用量最大、用途最廣、綜合性能最佳的耐蝕鎳銅合金。由于化學成分上的差異,它又可以有多種合金牌號,但是他們之間在耐蝕性上并沒有顯著差別。


一、化學成分和組織特點


 Monel 400 合金的化學成分主要由30%Cu和65%Ni加上少量的Fe(1%~2%)所組成。組織結構為典型單相奧氏體組織。由于鎳和銅可以任何比例互溶,故一般沒有金屬間相析出。在金相顯微鏡下非浸蝕條件觀察此合金的組織,可見奧氏體基體上有非常彌散的非金屬雜夾物,例如硫化物和硅酸鹽。在某些條件下,也可觀察到有碳化物存在。


400合金 化學成分_副本.jpg


二、耐蝕性能


 前面已經提到鎳銅合金較純鎳更耐還原性介質的腐蝕,而較純銅更耐氧化性介質的腐蝕。Monel 400合金也不例外,由于Monel 400合金是呈單相奧氏體組織,因此,此合金不存在由于復相合金不同相間電偶反應而引起的腐蝕。


1. 大氣腐蝕


 在大氣中,Monel 400 合金具有極高的耐腐蝕性,屬于極耐腐蝕的合金。


2. 水腐蝕


  目前許多工業合金,例如不銹鋼和鋁合金等,在工業水腐蝕所遇到最為頭疼的問題就是點蝕和應力腐蝕。即使它們耐一般腐蝕性能非常好,但是一旦遇到水腐蝕,選擇不銹鋼和鋁合金時就要慎重對待。但是,Monel 400 合金在多少水腐蝕情況下,不僅耐腐蝕性極佳,而且點蝕、應力腐蝕等也很少發現。在天然水和蒸餾水中,Monel 400合金是極耐腐蝕,腐蝕速率一般 小于0.025mm/a(包括不同溫度、不同流速和充入空氣的許多苛刻的條件)在酸性含氧化性鹽類的礦漿水中,對Monel 400 合金的腐蝕會加重,但仍屬于耐蝕材料之列。在核反應堆高純水條件下,Monel 400 合金腐蝕速率比普通的Ni-Cr合金0Cr15Ni75Fe和含鈮不銹鋼0Cr18Ni11Nb高出2~3倍。


  在蒸汽和水共存的條件下,例如在冷凝器中,如果有二氧化碳和空氣存在,Monel 400合金在氣相中將有明顯的腐蝕。試驗表明,氣相中含有70%二氧化碳和30%空氣,71℃的蒸汽冷凝時,Monel 400 合金的腐蝕速率可達1.5mm/a,當氣相中的二氧化碳和空氣的比例有變化時,此合金的腐蝕速率則有所降低,在天然和人造海水中,Monel 400合金有優良的耐蝕性。在有空蝕-磨蝕條件下,此合金的耐蝕性更為優越。因此,它可以制造螺旋槳和軸、泵軸、冷凝器傳熱管和葉輪等。在海水中,Monel 400 合金的另一個重要用途是制造采油平臺飛濺區防海水腐蝕的結構部件。Monel 400 合金在強攪動,有空氣存在的海水中,其腐蝕速率一般不超過0.026mm/a。但是在靜止的海水中,Monel 400 合金易產生點蝕,而此種點蝕擴展確很慢,幾年后其深度也不會超過1.3mm。


3. 高溫腐蝕


   在空氣和氧中的試驗表明,Monel 400 合金的抗氧化能力要低于純鎳。此時,合金表面氧化膜的外層含有CuO和Cu2O,而內層富鎳,基本上市純氧化鎳。Monel 400 合金在空氣中連續工作的溫度一般認為是在600℃左右。


  在高溫蒸汽中,(無論是干的還是濕的蒸汽),Monel400合金的使用溫度要低于485℃。在高流速的蒸汽中,Monel 400 合金的耐沖蝕性也很好。受應力的Monel 400 合金在溫度高于455℃蒸汽中會產生沿晶脆化,此種現象尤以474℃和500℃尤為明顯。這也是確定此合金用于蒸汽中上限溫度的主要依據。在150~250℃干蒸汽中,試驗1000~1150 小時,Monel 400 合金的腐蝕率為≤0.026mm/a。


4. 氨


由于Monel 400 合金鎳含量高,故可耐585℃以下無水氨和氮化條件下的腐蝕。


5. 硫


 與鎳相似,Monel 400 合金在熔融硫和焊硫介質中由于易形成低熔點的硫化鎳而受到腐蝕。其使用溫度一般不高于320℃和370℃。前者是Monel 400 合金對于還原性硫和硫化物(液態硫和蒸汽,硫化氫)而言,而后者是Monel 400 合金用于氧化性硫化物(如二氧化硫)中而言。



三、力學性能


400合金力學性能_副本.jpg


四、焊接性能


  Monel 400 合金焊接性能良好,它可采用下述方法與匹配的焊絲焊條進行焊接。


  TIG 和 MIG 法,可用 Monel 60 焊絲;


  手工電弧焊法,可用 Monel 190 焊條;


  埋弧焊,可用 Monel 60 填絲 和 Incofax 5 埋弧焊劑 。


  當與碳鋼和低合金鋼焊接時,可用 Monel 190 焊條。



五、冷熱加工性能


Monel 400 合金高溫下變形抗力小,故易于熱加工和熱成型。適宜的熱加工的溫度為650~1177℃。對于苛刻的熱變形條件,建議在 927~1177℃間熱加工。對于輕微變形,則可在649℃下進行。溫度較低時的熱加工,可得到較高的強度和較微細的晶粒。此合金由于具有奧氏體組織和高的塑、韌性以及低的冷加工硬化傾向,故極易冷加工變形和成型。其冷加工硬化傾向高于碳鋼,但遠比一般鉻鎳奧氏體不銹鋼低。



六、熱處理工藝


為了獲得強度、塑性與耐蝕性的良好配合,Monel 400 合金一般需要進行熱處理。試驗表明,隨熱處理溫度升高,此合金的強度降低,塑性、韌性增加。Monel 400 合金的固溶(退火)溫度一般選在871~982℃,消除應力熱處理(即消除殘余應力,又可導致合金的再結晶)可在538~566℃間進行。為了耐應力腐蝕,消除應力熱處理也可以在538~649℃間進行。隨著熱處理的溫度不同,Monel 400 合金的晶粒尺寸不同。


七、材料應用


Monel 400 合金是鎳基耐蝕合金中用量較大的一種,它主要應用于化學和石化工業及海洋開發中,制造各種換熱設備、鍋爐水加熱器、石油和化工(包括核化工)用管線、容器、塔、槽、反應釜、彈性部件以及泵、閥、軸等。由于Monel 400 合金具有優良的冷、熱加工性能,因此,此合金的冶金產品品種、規格齊全,可生產板、管(包括焊管)、絲、帶、棒材、鍛件等產品。




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