M

Monel K500 i Monel 400 mają tę samą bazę: mniej więcej dwie części niklu do jednej części miedzi, z tym samym charakterem korozyjnym i tą samą matrycą sześcienną o ścianach skierowanych do środka. Żaden ze stopów nie jest nadstopem utwardzanym wydzieleniowo i żaden nie jest wybierany na szczyt zakresu temperatur. Różnica między nimi polega na dwóch dodatkach stopowych i obróbce cieplnej, którą te dodatki umożliwiają, a prawie każda różnica we właściwościach opisana w tym artykule wynika właśnie z tego.

Jedna konsekwencja jest warta podkreślenia na początku, ponieważ to właśnie tutaj porównanie jest najczęściej źle przeprowadzane. Dane dotyczące wytrzymałości publikowane dla tych dwóch stopów są podawane dla formy i stanu obróbki cieplnej, a różnica między nimi zmienia się ogromnie w zależności od porównywanych stanów. Wersja tego porównania, która nie podaje stanu, nie może być użyta do określenia czegokolwiek, dlatego poniższe liczby są podane ze wskazaniem stanu.

Stop 400 jest stopem stałorozpuszczalnym. Nikiel i miedź są rozpuszczalne w sobie we wszystkich proporcjach, więc materiał jest jednofazowy, a jedynym sposobem jego utwardzenia jest obróbka plastyczna na zimno. Stop K500 ma tę samą bazę i dodaje aluminium i tytan, co pozwala na utwardzanie starzeniowe stopu: kontrolowany cykl ogrzewania wytrąca submikroskopijne cząstki Ni₃(Ti, Al) w całej matrycy. Opublikowany opis jasno stwierdza, że K500 łączy odporność korozyjną 400 z dodatkowymi zaletami większej wytrzymałości i twardości, a wzrost ten wynika z tych dwóch dodatków i obróbki starzeniowej.

Składy różnią się dokładnie tymi dwoma pierwiastkami plus niewielkie przesunięcia w pozostałościach. Wszystkie inne dane są zbliżone, dlatego oba stopy zachowują się tak podobnie w eksploatacji.

Limit siarki to cicha linia w tej tabeli. Jest on około dwa i pół raza bardziej rygorystyczny w K500 niż w 400, a powodem jest ta sama właściwość, która sprawia, że stop jest mocny: gdy wydzielenie jest na miejscu, jest mniej plastyczności do wchłonięcia uszkodzeń, jakie wtrącenie siarki powoduje wzdłuż granicy ziarna.

Opublikowane porównanie stwierdza, że K500 ma około trzykrotnie większą granicę plastyczności i dwukrotnie większą wytrzymałość na rozciąganie niż 400. Jest to rzeczywista liczba i opisuje ona jedną parę stanów. Poniższa tabela zestawia oba stopy w stanach, w jakich są faktycznie dostarczane, w postaci prętów i walcówki.

Czytając tę tabelę w dół, twierdzenie się wyjaśnia. K500 w stanie wyżarzonym jest mocniejszy niż 400 w stanie wyżarzonym, o około 1,2 razy pod względem wytrzymałości na rozciąganie i około 1,4 razy pod względem granicy plastyczności, co jest marginesem, a nie czynnikiem. Po obróbce na gorąco, oba stopy prawie całkowicie się pokrywają: zakresy granicy plastyczności wynoszą 276 do 690 MPa dla 400 i 276 do 758 MPa dla K500, więc pręt po obróbce na gorąco wykonany z 400 może być tak mocny jak pręt po obróbce na gorąco wykonany z K500.

Opublikowane liczby trzy i dwa faktycznie porównują K500, który został utwardzony starzeniowo, z 400 w stanie wyżarzonym. Jest to uzasadnione porównanie, ponieważ tak te dwa stopy są najczęściej kupowane, ale jest to porównanie dwóch stanów zamiast dwóch stopów.

Porównanie jest zakończone w połowie, gdy ustalono wytrzymałość. Cztery koszty się z tym wiążą, a każdy z nich jest linią w specyfikacji, a nie przypisem.

Stop 400 nie ma żadnych z tych kosztów. Jest to jednofazowy roztwór stały, który utwardza się tylko przez obróbkę plastyczną na zimno, nie ma etapu starzenia, którego można by przekroczyć, nie ma skurczu, który trzeba uwzględnić, i nie ma utraty spawalności w stanie, w jakim jest dostarczany. Tam, gdzie jego wytrzymałość jest wystarczająca, jest to prostszy materiał do określenia.

Dwie z fizycznych różnic między tymi stopami są sprzeczne z intuicją, a jedna z nich jest regularnie podawana odwrotnie w literaturze dostawców.

Rząd temperatury Curie zasługuje na miejsce. Stop 400 ma temperaturę Curie w zakresie otoczenia, a towarzysząca jej notatka jest jednoznaczna: wartość jest zależna od zmian składu chemicznego, podany zakres jest tym, czego można oczekiwać od normalnej produkcji, a zatem niektóre partie będą magnetyczne w temperaturze pokojowej, a inne nie. To samo źródło dodaje, że jeśli istnieje silne wymaganie dotyczące cech niemagnetycznych, należy rozważyć inne stopy z rodziny.

K500 nie ma takiej niejednoznaczności. Jego temperatura Curie leży między około -90 a -134 °C w zależności od stanu, co umieszcza temperaturę pokojową znacznie powyżej niej, a opublikowany opis mówi, że stop jest praktycznie niemagnetyczny nawet w dość niskich temperaturach. Zatem w przypadku wymogu niemagnetyczności, stop utwardzany starzeniowo jest bezpieczniejszy z obu. Jest to odwrotność założenia, z którym większość kupujących się zgadza, ponieważ K500 jest mocniejszym stopem, a siła jest zazwyczaj uważana za coś kosztującego.

Jedno zastrzeżenie dotyczące przetwarzania należy do tego odczytu. Opublikowane źródło zauważa, że ogrzewanie może pozostawić magnetyczną warstwę na zewnętrznej stronie elementu, ponieważ aluminium i miedź mogą się selektywnie utleniać, i że warstwę tę można usunąć w kwasie. Wymaganie dotyczące magnetyczności powinno zatem określać stan powierzchni na zamówieniu zakupu obok stopu.

Opublikowane stanowisko jest takie, że odporność korozyjna K500 jest zasadniczo równoważna z 400, z jednym wyjątkiem. W stanie utwardzonym starzeniowo K500 ma większą tendencję do korozyjnego pękania naprężeniowego w niektórych środowiskach. Słowo 'zasadniczo' odgrywa tu ważną rolę, a wyjątek jest jedyną rzeczą, którą kupujący musi sprawdzić przed wyborem stanu utwardzonego starzeniowo do pracy w wilgotnym środowisku.

Tam, gdzie oba są razem, są razem w istotnych mediach. Oba są szeroko stosowane w służbie morskiej i oba wykazują bardzo niskie wskaźniki korozji w płynącej wodzie morskiej. Oba podlegają temu samemu ograniczeniu w tym medium: stojąca lub wolno poruszająca się woda morska wywołuje atak szczelinowy i wżerowy, a opublikowany opis K500 zauważa, że może wystąpić porastanie, a następnie wżerowanie, które spowalnia po dość szybkim początkowym ataku. Stop 400 jest również odporny na korozyjne pękanie naprężeniowe i wżerowanie w większości wód słodkich i przemysłowych, a także oferuje wyjątkową odporność na kwas fluorowodorowy we wszystkich stężeniach do punktu wrzenia, co to samo źródło opisuje jako być może najbardziej odporne zachowanie spośród wszystkich powszechnie stosowanych stopów inżynierskich. Jest również odporny na szereg zastosowań z kwasem siarkowym i solnym w warunkach redukcyjnych.

K500 niesie ze sobą jedną informację o korozyjności, którą warto znać, ponieważ dotyczy ona zastosowania, w którym wytrzymałość jest powodem wyboru. Jest opisany jako odporny na środowisko gazu kwaśnego: po sześciu dniach ciągłego zanurzenia w nasyconych roztworach siarkowodoru przy 3500 ppm, w zakresie pH od 1,0 do 11,0, próbki U-bend z blachy utwardzonej starzeniowo nie wykazały pękania. Utworzyła się ścisła czarna łuska, a próbki miały twardość 28 do 40 HRC. Jest to kwalifikacja stopu w przemyśle naftowym i w zastosowaniach z gazem kwaśnym, i jest to kwalifikacja dla stanu utwardzonego starzeniowo.

Tylko dla jednej pary stanów, i ta para musi być podana. K500, który został utwardzony starzeniowo, ma około trzykrotnie większą granicę plastyczności i około dwukrotnie większą wytrzymałość na rozciąganie niż wyżarzony 400, co jest porównaniem opisanym przez opublikowane dane. Porównanie podobnych stanów daje znacznie mniejszą różnicę: wyżarzony w porównaniu do wyżarzonego wynosi około 1,2 razy pod względem wytrzymałości na rozciąganie, a w stanie po obróbce na gorąco oba zakresy się pokrywają.

Dwa dodatki stopowe i obróbka cieplna, którą umożliwiają. Stop 400 jest roztworem stałym niklu i miedzi, który jest jednofazowy i może być utwardzany tylko przez obróbkę plastyczną na zimno. Stop K500 dodaje od 2,30 % do 3,15 % aluminium i od 0,35 % do 0,85 % tytanu, co sprawia, że kontrolowana obróbka starzeniowa wytrąca submikroskopijne cząstki Ni₃(Ti, Al) w całej matrycy. Wszystko inne wynika z tego.

Zasadniczo tak, z jednym wyjątkiem, który opublikowane dane jasno podają. W stanie utwardzonym starzeniowo K500 ma większą tendencję do korozyjnego pękania naprężeniowego w niektórych środowiskach. Tam, gdzie medium niesie to ryzyko, 400 jest bezpieczniejszym wyborem, chyba że wytrzymałość jest niezbędna, a w obu przypadkach medium musi być sprawdzone w oparciu o opublikowane dane przed ustaleniem stanu.

K500, i to z powodu, które łatwo odwrócić. Temperatura Curie 400 leży między 21 a 49 °C, co obejmuje temperaturę otoczenia, a opublikowana uwaga brzmi, że niektóre partie będą magnetyczne w temperaturze pokojowej, a inne nie. K500 ma temperaturę Curie między około -90 a -134 °C, znacznie poniżej temperatury otoczenia, i jest opisywany jako praktycznie niemagnetyczny nawet w dość niskich temperaturach.

Nie w stanie utwardzonym starzeniowo, a opublikowane wytyczne jasno stwierdzają, że należy unikać spawania materiału utwardzonego starzeniowo z powodu znacznie zmniejszonej plastyczności. Tam, gdzie połączenie musi osiągnąć wytrzymałość starzeniową, sekwencja polega na spawaniu materiału wyżarzonego, a następnie przeprowadzeniu obróbki starzeniowej. Stop 400 można łączyć konwencjonalnymi procesami w stanie, w jakim jest dostarczany.

Właściwości są tracone i nie można ich odzyskać przez ponowne starzenie. Materiał nadmiernie starzony ma niższe właściwości mechaniczne niż prawidłowo starzony materiał, a aby go wzmocnić, część musi być wyżarzona roztworowo w temperaturze 1800 do 1900 °F, aby ponownie rozpuścić wydzielenie, a następnie ponownie starzona. Cała korzyść z jakiejkolwiek obróbki plastycznej na zimno jest tracona w tym wyżarzaniu, więc najlepszy wynik dostępny później to wartość wyżarzonego i starzonego.

Monel K500 to Monel 400 z dodanym aluminium i tytanem oraz zastosowaną obróbką starzeniową. Daje to około trzykrotnie większą granicę plastyczności i dwukrotnie większą wytrzymałość na rozciąganie wyżarzonego 400, a zabiera cztery rzeczy: plastyczność, pewną odporność na korozyjne pękanie naprężeniowe w stanie utwardzonym starzeniowo, spawalność w tym stanie i prostotę materiału bez nieodwracalnego etapu procesu. Pomiędzy tymi dwoma pozycjami różnice fizyczne są niewielkie, z wyjątkiem dwóch miejsc: 400 lepiej przewodzi ciepło o około 28 %, a K500 jest bardziej niezawodnie niemagnetyczny w temperaturze pokojowej, ponieważ jego temperatura Curie znajduje się daleko poniżej temperatury otoczenia, podczas gdy temperatura 400 znajduje się w jej zakresie.

Oba stopy są dostarczane z Changzhou, Jiangsu, w postaci prętów, drutów, taśm, płyt i rur, w formach i stanach opisanych w powyższych opublikowanych zakresach. Zakład posiada certyfikat ISO 9001 i jest audytowany przez SGS. Podaj medium serwisowe, wymaganą wytrzymałość i sekwencję produkcji, a wybór między tymi dwoma wynika z tych trzech odpowiedzi.

1. Biuletyn techniczny Special Metals SMC-053, stop niklowo-miedziowy MONEL 400. Źródło limitów składu, gęstości i zakresu topnienia, modułu i współczynnika Poissona, temperatury Curie i uwagi, że obejmuje temperaturę otoczenia, więc niektóre partie są magnetyczne w temperaturze pokojowej, zakresów właściwości mechanicznych według formy i stanu, stwierdzenia, że stop jest jednofazowym roztworem stałym utwardzanym tylko przez obróbkę plastyczną na zimno, limitu 1000 °F w atmosferach utleniających oraz zachowania korozyjnego w wodzie morskiej, wodzie słodkiej i kwasie fluorowodorowym.
2. Biuletyn techniczny Special Metals SMC-062, stop MONEL K-500. Źródło zakresów aluminium i tytanu, bardziej rygorystycznych limitów pozostałości, opisu stopu jako łączącego odporność korozyjną 400 z większą wytrzymałością i twardością poprzez wytrącanie Ni₃(Ti, Al), zakresów właściwości mechanicznych według formy i stanu, gęstości, charakterystyk magnetycznych i temperatur Curie według stanu, magnetycznej warstwy powierzchniowej i jej usuwania, równoważności korozyjnej i wyjątku korozyjnego pękania naprężeniowego w stanie utwardzonym starzeniowo, danych dotyczących gazu kwaśnego, uwagi dotyczącej prędkości wody morskiej i skurczu podczas starzenia.
3. Ten sam biuletyn, dotyczący łączenia. Źródło stwierdzenia, że należy unikać spawania materiału utwardzonego starzeniowo z powodu znacznie zmniejszonej plastyczności, oraz że obróbka starzeniowa jest wykonywana po spawaniu materiału wyżarzonego, gdy połączenie musi osiągnąć wytrzymałość starzeniową.
4. Ten sam biuletyn, dotyczący obróbki cieplnej i obróbki skrawaniem. Źródło zachowania nadmiernego starzenia, wymogu wyżarzania roztworowego w temperaturze 1800 do 1900 °F i ponownego starzenia, utraty wszelkich korzyści z obróbki plastycznej na zimno w tym wyżarzaniu, wartości wyżarzonego i starzonego jako najwyższej dostępnej później, oraz praktyki obróbki ponad wymiar, utwardzania starzeniowego i wykańczania do wymiaru.
5. Ten sam biuletyn, dotyczący opublikowanych nominalnych zakresów właściwości. Źródło ostrzeżenia, że zakresy są kompozytami dla różnych rozmiarów produktów i nie nadają się do celów specyfikacji.
6. UNS N04400 i N05500 zgodnie z publikacją dla tych dwóch stopów. Źródło identyfikatorów używanych w tabeli składu.
7. Rejestry dostaw posiadane przez DLX Alloy obejmujące oba gatunki. Źródło form produktów i stanów, w jakich są oferowane.

Każda z powyższych liczb jest wartością opublikowaną dla standardowego produktu, a kilka z nich to kompozyty obejmujące zakres rozmiarów i hartowań. Nie nadają się one do celów specyfikacji. Stan jest częścią specyfikacji obu stopów, więc zamówienie, które podaje stop bez podania hartowania, nie opisuje kupowanego materiału. Akceptacja opiera się na certyfikacie próby młyna dla dostarczonej partii.