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【材料论文】Monel K500沉淀硬化的镍铜铝合金分析与研究-午虎特种合金技术部


【材料论文】 Monel K500 沉淀硬化的镍铜铝合金分析与研究-午虎特种合金技术 部

K500
K500 合金合金 K500 是一种沉淀硬化的镍铜铝合金, 结合了 400 合金优异的耐腐 蚀性能和更高强度和硬度, 性能超越其他镍铜合金。 添加了钛和铝元素, 使 K500 的拉伸强度提升为 400 合金的两倍,屈服强度是 400 合金的三倍。这... K500 合金 合金 K500 是一种沉淀硬化的镍铜铝合金, 结合了 400 合金优异的耐腐蚀性能和 更高强度和硬度,性能超越其他镍铜合金。添加了钛和铝元素,使 K500 的拉伸 强度提升为 400 合金的两倍, 屈服强度是 400 合金的三倍。这种高强度可以一直 保持至 649°C,而当温度低至-240°时,该材料仍具延展性和韧性。K500 合金 的另外一个优势是在低至-129°C 的温度下保持无磁性质。因此,对于带电子设 备或内含电子设备,视磁场为干扰因素的应用来说,K500 是很理想的材料,例 如井下设备。K500 还具有火花电阻和优异的耐腐蚀性能,耐受多种化学元素及 海事环境,例如盐,碱,酸,非氧化酸。

化学成分(按重量%)

镍 (最小值) ………………63.0 铜………………………………27.0-33.0 铝………………………………2.50-3.15 碳(最大值) ………………0.18 锰(最大值) ………………1.5 锌(最大值) ………………0.02 铅(最大值) ………………0.006 硅(最大值) ………………0.50 钴(最大值) ………………0.25 钛(最大值) ………………0.35-0.85 铁(最大值) ………………2.00 硫(最大值) ………………0.01 磷(最大值) ………………0.02

物理性能

密度 8.434g/cm3 熔距 1315-1348°C 弹性模量,106 psi,拉力-26.0;扭力-9.5 热膨胀性质

(a) 测试前材料为退火态 (b) 之前做过的热处理对电阻有很大的影响,因为材料具有时效硬化的特性。上 表的测试数据是退火态加少量时效硬化的材料在降温过程中的测试数据 (c) 电阻测试样件在室温下的电阻值为 355.5 ohm/circ mil/ft *推定数据
磁性

该材料一个非常实用的性质就是无磁性, 即使在很低的温度下, 依然保持无磁性。 然而, 在加工过程中使材料表面产生一层磁性膜也是可能出现的。热处理可能会 选择性地氧化了铝和铜, 使材料表面产生一层具有磁性的镍基膜。这个性质对于 细的丝材和带材影响较大, 因为他们的表面积占的比重更大。可以通过酸洗或浸 亮工艺去除磁性膜,这样就能恢复材料的无磁性质了。K500 兼具无磁性质,高 强度,良好的耐腐蚀性能,因此广泛用于油井勘探设备和电子部件。

机械性能

机械性能标称值范围(a)

(a) 该范围由各种产品尺寸的数据集合而成,不适用于具体用途 (b) 材料为时效硬化状态,以获取最高值

热处理

退火处理可以用于加工后软化金属基体,也可以用于溶解时效硬化相质。虽然 760°C-871°C 这样的低温范围也能获取足够的软化效果,但是为了后续的时效 硬化能达到最优效果,建议热加工产品的退火温度采用 982°C,冷拉产品的退 火温度采用 1038°C。温度超过 982°C 时, 晶粒增长速度相当快,如果是需要 细致的晶粒结构,就需要将高温的热处理时间控制到最短。 为得到最佳的时效反应和最大的软化结果, 热处理后需要马上进行有效的水淬处 理。 未能立即进行水淬或者淬火速度很慢就会产生部分时效硬化相的沉淀,损害 时效反应。水淬液体中加 2%(按体积)的酒精可以减小氧化作用并方便酸洗处 理。 为达到最高性能,推荐使用下面的时效硬化工艺 1. 软材料(140-180 Brinell, 75-90RB) 594°C-607°C 保温 6 个小时,然后进行炉冷,按-9.5°C~ -3.9°C/小时的降 温速度降至 482°C。从 482°C 降至室温可以采用炉冷或者空冷,无需控制降温 速率。这个工艺适用于锻造态,淬火和退火锻造,退火态,热轧条杆, 大直径 冷拉棒料(直径大于 1.5”)和软化回火的丝材和带材。 2. 中度冷作的材料(175-250Brinell,8-25RB) 593°C-607°C 保温 8 个小时或更长时间,然后冷却至 482°,降温速率不超过 -9.5°C~ -3.9°C/小时。如果材料只经过了少量的冷作加工,保温时间长达 16 个小时,可获取更高的硬度。一般来说,初始硬度为 175-200Brinell 的材料保 温时间都需要 16 个小时。接近 250Brinell(25Rc)的材料保温 8 个小时可全面 达到硬度。该工艺适用于冷拉条、杆、半硬状态的带材和冷镦材料。 3. 完全冷作的材料(260-325Brinell,25-35Rc) 527°C-538°C 保温 6 个小时,然后冷却至 482°C,降温速率不超过-9.5°C~ -3.9°C/小时。 如果材料初始硬度为接近硬度下限,通过保温 8-10 小时,可以 获取更高的硬度。该工艺适用于弹性回火的带材,弹簧线材和重度冷作的工件, 例如冷成型的小珠子。

注:冷却可以按 100°F 分步进行,每一步保温 4-6 小时.例如, 工艺 1 的热处理 过程是 1100°F 保温 16 个小时+1000°F 保温 4-6 小时+900°F 保温 4-6 小时. 但 是按照上述 1.2.3 的工艺流程做热处理通常得到性能更高的材料. 有些情况需要缩短热处理时间,为了降低成本或者为了获得一些中间性能. 很难 一一确定具体的热处理时间.建议按材料的横截面规格投放试验件摸索热处理时 间. 过度人工时效会降低材料性能, 并且后续进行的时效处理不能再提高材料性能. 为了加强过度人工时效的材料,必须进行固溶处理(1800-1900°F), 重新溶解时 效硬化的成分, 然后重新时效处理.冷作加工带来的益处会被退火处理抵消.材 料能够达到的最高强度和退火及时效状态有关. 时效硬化的材料可以达到最高硬度,但是重新热处理并不能改善材料性能.如果 第一次热处理的冷却速度很快,在 1050-800°F 之间, 重新热处理可能会稍微提 升材料性能.如果硬化后的材料采用 1100°F 以上的温度进行热处理, 然后冷却, 材料性能会有所下降. 硬化后的 K500 需要在 800°F 长时连续加热. 第一个月会 缓慢出现老化作用,后面再继续加热也不会出现大的变化.

机加性能

K500 的退火态、热加工态和淬火态比较适合重型机加。时效硬化的材料可以精 加至接近的精度然后再次精加。 推荐的工艺步骤是先加工至偏大的尺寸,然后时 效硬化,然后修至规定尺寸。时效会产生一点材料永久性收缩(约为 0.0002in/in)。

K500 应用的行业:

化学处理行业 海事工程 石油天然气开采
用 K500 制造的零件:

离心泵 石油天然气开采设备零部件 传动轴 泵轴 弹簧 阀门及阀门部件
以上资料由午虎特种合金(上海)有限公司-技术部提供,如有转载,请麻烦告知


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