Monel K-500

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Monel K-500

合金K-500 / Monel K-500
NCu30-3-0.5
W.Nr.2.4375
UNS N05500

材料特性

Monel K-500(UNSN05500/NCu30-3-0.5)和400鎳銅合金具有相同的良好的耐蝕性之外，還具有更高的強度和硬度。這主要是此合金中含有鋁、鈦等元素，經一定的熱處理后，在基體上存在彌散分布的Ni3(Ti、Al)金屬間化合物沉淀的緣故。
此合金主要應用于泵軸和葉輪、輸送器刮刀、油經鉆環、彈性部件、閥墊等。
表1 牌號及標準

材料牌號	標準系列	標準
		化學成分	管材		板材	棒材	帶材	焊絲	鍛件
			無縫管	焊接管
美標 N05500	ASME		SB 165 SB 163 SB 829	SB 751 SB 775	SB 127 SB 906	SB 164	SB 127	AWS A 5.14	SB 564
國標 NCu30-3-0.5	GB/T	5235		/		4435	2072		26030

表2 化學成分

元素	C	Si	Mn	P	S	Ni+Co	Cr	Sn
AMS 4676D	≤0.25	≤1.00	≤1.5	≤0.02	≤0.01	≥63	—	≤0.006
GB/T5235	≤0.1	≤0.5	≤1.5	≤0.005	≤0.01	≥63	—	—
元素	Zn	Fe	Al	Ti	Mg	Co	Cu	Pb
AMS 4676D	≤0.02	≤2.5	2.00~4.00	0.25~1.00	—	≤1.00	余量	≤0.006
GB/T5235	—	≤2.0	2.3~3.15	0.35~0.86	—	—	27~33	—

表3 物理性能

密度	8.44 g/cm³
熔點	1315~1350℃

表4 室溫和高溫典型物理性能

溫度（℃）	膨脹系數（μm/m·℃）	導熱系數（W/m·℃）	比熱（J/Kg·℃）	電子系數（μΩ·m）
-200	11.2			0.550
-157	11.7	12.3	297.3
-130	12.2	13.1	322.4
-70	13.0	14.7	364.3
21		17.2	418.7	0.615
100	13.7	19.4	448.0	0.618
200	14.6	22.2	477.3	0.628
300	14.9	25.4	489.9	0.640
400	15.3	28.2	502.4	0.648
500	15.7	31.4	523.4	0.653
600	16.4	34.2	552.7	0.658
700	16.7	37.3	590.3	0.665
800	17.3	40.2	657.3	0.678
900		43.1	778.7	0.695

機械性能

表5 棒材、鍛件常用室溫拉伸性能

類型和尺寸		抗拉強度（MPa）	屈服強度0.2%,（MPa）	延伸率（50mm）（%）	硬度
類型和尺寸		抗拉強度（MPa）	屈服強度0.2%,（MPa）	延伸率（50mm）（%）	布氏	洛氏C
硬態Y	3~20mm	≥1000		≥15
	＞20~40mm	≥965		≥17
	＞40~65	≥930		≥20
熱加工態R	6~254	實測	—	實測
類型和尺寸		抗拉強度（MPa）	屈服強度0.2%,（MPa）	延伸率（50mm）（%）	硬度
類型和尺寸		抗拉強度（MPa）	屈服強度0.2%,（MPa）	延伸率（50mm）（%）	布氏	洛氏C
退火態M	3~65	≥895	—	≥20
圓棒、六角、四方、長方、鍛件，熱加工+時效	所有尺寸	≥965	≥690	≥20	≥265	≥27
圓棒，冷加工+時效	6.4~25.4	≥1000	≥760	≥15	≥300	≥32
	＞25.4~76.2	≥965	≥690	≥17	≥280	≥29
	＞76.2~101.6	≥930	≥655	≥20	≥255	≥25
六方，冷加工+時效	6.4~50.8	≥965	≥690	≥15	≥265	≥27
四方、六方，長方、六方、鍛件，退火+時效	＜25.4	≥895	≥620	≥20	≥250	≥24
四方、六方，長方、六方、鍛件，退火+時效	≥25.4	≥895	≥585	≥20	≥250	≥24

圖1 K-500熱軋材的高溫力學性能

圖2 K-500熱加工+時效的高溫力學性能   圖3 K-500退火+時效的高溫力學性能

金相結構

K-500合金為面心立方晶格結構，鎳-銅合金是鎳和銅元素*互溶奧氏體組織。此合金中含有鋁、鈦等元素，經一定的熱處理后，在基體上存在彌散分布的Ni3(Ti、Al)金屬間化合物沉淀。

Monel K-500耐腐蝕性

一般固溶態的K-500合金的耐蝕性與400合金基本相同，因此400合金的腐蝕數據*可以適用于固溶態的K-500合金。但是，K-500合金經固溶+時效后，其耐蝕性一般要低于固溶態。同時在一些條件下還會出現應力腐蝕斷裂。例如在的氣相中，受拉伸應力K-500合金就會產生應力腐蝕。由于K-500合金在流動海水中的低腐蝕速度和此合金的高強度，因此，K-500合金特別適用于制造耐海水腐蝕的離心泵和軸。在靜止和流速慢的海水中，海洋生物和污垢在K-500合金表面附著會引起點蝕，但其擴展較慢。

加工及熱處理

熱加工：

K-500合金的熱變形溫度為871~1150℃，當變形量大時，則建議在1038~1150℃進行。K-500合金的冷變形均在退火（或固溶態）進行。

機加工

常規的加工方法均適用于此合金，雖然K-500合金的具有較大的變形抗力，但其塑性好，因而不會產生困難。

熱處理

K-500合金主要有兩種退火方式：固溶退火和中間退火。這兩種退火工藝在使用目的和工藝上都有差別。
固溶處理：Monel K500主要是通過第二相粒子Ni3(Ti,Al)的析出達到硬化的目的。第二相粒子的析出就像是時效處理的固態反應。在時效處理之前，首先應進行的是固溶處理，這樣可以溶解在之前的工序中形成的粒子。固溶處理通常如下：熱加工態的產品通常加熱到982℃，冷加工態的產品通常加熱到1038℃為了防止晶粒的過分長大，通常保溫時間不超過30min。加熱和冷卻時間保持在低限度，以防止有害相的析出。固溶處理的冷卻通常為水冷。
中間回火：在生產產品的機械制造過程中，需要對產品進行軟化處理。這樣的回火可以使材料結構再結晶化，回火溫度一般選為760℃~871℃。
更高的溫度可以使產品退火，但是，中間退火的溫度要限制在不使晶粒長大的范圍內。保溫時間不能過長，要防止第二相粒子的形成。以免影響合金的硬度。
通常，在加工產品的過程中，溫度達到設定的溫度后保溫1小時就可以使材料軟化。使用者警告：不建議大于1.5h。時間過長會導致TiC的形成。TiC在時效（通常用來硬化K-500合金）的過程中很穩定，所以，其中的Ti在時效的過程中不能參與形成Ni3(Ti,Al)。因此，強度和硬度都會受到影響。
很明顯，避免TiC相的形成。但是，如果由于不適當的處理方式形成了TiC，可以通過在1121℃保溫30min來溶解TiC。但是需要注意的是，這樣的熱處理方式會導致晶粒粗大，會會降低成形能力。但是，如果想保證產品硬度及強度均勻，必須采取高溫固溶的方式。

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