وصف مفصل للمزايا الفريدة من نوعها ومجالات تطبيق Monel Alloy

والمونيل هو اسم تجاري لعائلة من سبائك النيكل والنحاس وليس اسم مادة واحدة، وتظهر البيانات المنشورة للعائلة مدى قيمة هذا التمييز. تشترك الدرجات في العرض العام في الكيمياء الأساسية وتصل قوتها من خلال ثلاثة طرق مختلفة، والاختيار بينها يحرك قوة الشد بأكثر من النصف، ويقرر ما إذا كان الجزء غير مغناطيسي بشكل موثوق في درجة حرارة الغرفة، ويحدد عدد الخطوات الحرارية التي يجب على المصنع جدولتها.

الأعضاء هم سبيكة MONEL 400، وسبائك K-500، وسبائك R-405. يتم نشر السبيكة 400 على هيئة سبيكة ذات محلول صلب لا يمكن تقويتها إلا عن طريق العمل البارد. يتم نشر K-500 على أنه يجمع بين مقاومة التآكل للسبائك 400 مع قوة وصلابة أكبر، يتم الحصول عليها عن طريق إضافة الألومنيوم والتيتانيوم إلى قاعدة النيكل والنحاس وتسخين المادة تحت ظروف خاضعة للرقابة بحيث تترسب الجزيئات دون المجهرية من Ni3(Ti, Al) في جميع أنحاء المصفوفة، وهي معالجة يطلق عليها المنتج التصلب العمري. R-405 هو نسخة التصنيع الحر من السبيكة 400، والثوابت الفيزيائية المنشورة للسبائك 400 تنطبق عليها أيضًا.

ما يلي هو العائلة التي يلتقي بها المشتري: التسميات، والكيمياء التي تفصل بين الدرجات، والقوة التي يمكن شراؤها في كل شكل، وستة مزايا تأتي مع الأرقام المنشورة، والصناعات التي تشتري كل درجة، والواجبات حيث تكون سبائك النيكل والنحاس هي الإجابة الخاطئة.

التسميات هي أول شيء يجب تسويته. Monel هي علامة تجارية لمجموعة المنتجين التي طورت السبائك، والرسم أو الاستفسار الذي يحمل الاسم التجاري فقط يترك المواصفات مفتوحة. رقم UNS هو المعرف الذي ينتقل مع أمر الشراء، وفي هذه العائلة يحمل أيضًا طريق التصلب، لأن الدرجات الثلاث عبارة عن ثلاث مواد مختلفة وليست ثلاث درجات من مادة واحدة.

هناك نتيجتان تترتبان على هذا الجدول قبل مقارنة أي خاصية. لا يمكن تلبية متطلبات القوة القصوى في هذه العائلة بواسطة السبيكة 400 على الإطلاق، لأن الآلية التي من شأنها توفيرها غائبة عن السبيكة. يتم تلبية متطلبات المسار البسيط من المخزون إلى الجزء النهائي بسهولة أكبر بواسطة السبيكة 400، لأنها العضو الذي لا يوجد به خطوة حرارية بعد التشكيل.

السبائك 400 عبارة عن سبيكة ثنائية الحل الصلب. النيكل والنحاس قابلان للذوبان بشكل متبادل في جميع النسب، وبالتالي فإن الهيكل عبارة عن مرحلة واحدة مع شبكة مكعبة مركزية الوجه ومعلمة شبكية تبلغ 3.534 أنجستروم، ولا توجد مرحلة ثانية للترسيب. يحتفظ K-500 بهذه المصفوفة ويضيف عنصرين يترسبان، وهو الفرق المعدني بأكمله بين الدرجتين الرئيسيتين. الحدود أدناه هي حدود المواصفات، والصفين الموجودين في أسفل الجدول موجودان فقط في K-500.

أحد متطلبات التصنيع يتبع من الكيمياء وليس من رسم الورشة. يدمر الكبريت هذه العائلة عند درجة حرارة عالية، وبالتالي فإن ممارسة التلدين المنشورة للسبائك 400 تتطلب جوًا مختزلًا خاليًا من الكبريت. يجب إبعاد أقلام التلوين والشحوم، وكذلك بعض المواد المقاومة للحرارة، عن الجزء الذي يدخل إلى الفرن، وهي قاعدة تأتي مباشرة من حد التركيب.

النطاقات المنشورة عبارة عن مركبات لأحجام مختلفة من المنتجات، وعلى حد تعبير الشركة المصنعة، فهي غير مناسبة لأغراض المواصفات. إنها مفيدة للغرض المعاكس، وهو إظهار المشتري ما يمكن تحقيقه في شكل معين ومقدار انتشار قوة العائلة يأتي من الشكل وليس من الدرجة.

اقرأ الصفوف الأربعة الأخيرة وستصل العائلة إلى شكل ما. تصل السبيكة 400 إلى قمة 965 ميجا باسكال في مزاج الربيع الشريطي، وتستمر السبائك K-500 في تجاوز 1500 ميجا باسكال بنفس الشكل بعد التقادم، وهو ما يزيد عن النصف مرة أخرى. لا يمكن الوصول إلى النهاية البعيدة إلا من خلال تفاعل الهطول، ويمكن الوصول إلى النهاية القريبة بدون فرن.

يتم اختيار العائلة أولاً لما لا تفعله في الكلوريدات وفي تقليل الأحماض. تُظهِر السبيكة 400 معدلات تآكل منخفضة جدًا في مياه البحر المتدفقة، وتوفر مقاومة استثنائية لحمض الهيدروفلوريك بجميع التركيزات حتى نقطة الغليان، والتي يصفها المنتج بأنها ربما الأكثر مقاومة لجميع السبائك الهندسية شائعة الاستخدام، وتقاوم العديد من أشكال حمض الكبريتيك والهيدروكلوريك في ظل ظروف مخفضة. تم نشر الحدود في نفس الوثيقة: تعتبر السبيكة مفيدة في درجات حرارة تصل إلى 1000 درجة فهرنهايت وتتضمن 1000 درجة فهرنهايت في الأجواء المؤكسدة، مع توفر درجات حرارة أعلى في بيئة مختزلة. يعتبر الحمض المؤكسد بقوة اختيارًا مختلفًا وينتمي إلى درجة تحمل الكروم.

يوجد تفصيلان يفصلان بين الدرجات داخل هذا الظرف. تقاوم السبائك 400 هجوم الشقوق في معظم المياه العذبة والصناعية، ولكن ثبت أن مياه البحر الراكدة تؤدي إلى الشقوق والتآكل، وبالتالي فإن المعدلات المنخفضة المذكورة لمياه البحر هي معدلات لنقل المياه. تم نشر K-500 على أنه يعادل إلى حد كبير السبيكة 400 في مقاومة التآكل، مع مؤهل واحد: في حالة تصلب العمر، يكون لديها ميل أكبر نحو التشقق الناتج عن الإجهاد في بعض البيئات. المؤهل قابل للاختبار وتم اختباره. نجت عينات U-bend من الصفائح المتصلبة بمرور الوقت لمدة ستة أيام من الغمر المستمر في محاليل كبريتيد الهيدروجين المشبعة عند 3500 جزء في المليون عبر قيم الأس الهيدروجيني من 1.0 إلى 11.0 دون تشقق، عند صلابة من 28 إلى 40 على مقياس روكويل سي.

الآليتان غير قابلتين للتبادل ولا يمكن إضافةهما بالطريقة التي قد يأملها المشتري. في السبائك 400، الطريق الوحيد هو العمل البارد، وبالتالي فإن القوة التي تصل يتم تحديدها بواسطة درجة الحرارة المحددة وبمقدار التشوه الذي تطبقه الطاحونة. في K-500، يوفر تفاعل الترسيب الجزء الأكبر من القوة ويزود العمل البارد الباقي، ولهذا السبب فإن أقوى حالة منشورة يتم سحبها على البارد ثم تعتيقها، وهو مزيج من كلا المعالجتين.

يحتوي التقادم أيضًا على وضع فشل يستحق المعرفة قبل تقديم أمر الشراء. المواد التي يتم تسخينها لأي وقت ملموس بين 1100 درجة فهرنهايت و1400 درجة فهرنهايت تكون زائدة عن الحد إلى درجة تعتمد على الوقت ودرجة الحرارة، والمواد الزائدة عن الحد لها خواص ميكانيكية أقل من المعدن القديم بشكل صحيح. ولا يمكن استعادة تلك الخصائص بالشيخوخة مرة أخرى. الطريق الوحيد للعودة هو محلول يصلب عند درجة حرارة 1800 إلى 1900 درجة فهرنهايت لإعادة إذابة المكونات المسببة للتصلب، يليه علاج جديد للشيخوخة، ويتم فقدان كل فائدة أي عمل بارد في هذا التلدين.

هذه هي الميزة التي تفصل العائلة بوضوح عن الفولاذ، وهي تتصرف في الاتجاه الذي لا يتوقعه معظم المهندسين. تم اختبار السبائك المطروقة 400 عند درجة حرارة 70 درجة فهرنهايت وتصل إلى 92.00 كيلو لكل بوصة مربعة من قوة الشد مع استطالة بنسبة 31.0 بالمائة؛ نفس المادة عند -297 درجة فهرنهايت تصل إلى 128.25 كيلو ثانية مع استطالة 44.5 بالمائة؛ وعند −423 درجة فهرنهايت يصل إلى 142.00 كيلو باسكال مع استطالة 38.5 بالمائة. ترتفع القوة وتحمل الليونة. تم نشر قيم Charpy V-notch على اللوحة الساخنة المصقولة عند -423 درجة فهرنهايت في نطاق يتراوح من 141 إلى 219 قدمًا · رطل طوليًا، ولم تظهر أي عينة في برنامج التأثير كسرًا هشًا.

تم نشر K-500 بنفس الشروط: تزداد قوة الشد والخضوع مع انخفاض درجة الحرارة بينما تكون الليونة والمتانة غير ضعيفة تقريبًا، ولا يحدث أي تحول من اللدونة إلى الهشاشة حتى عند درجة حرارة الهيدروجين السائل. تم اختبار الصفائح الملحومة عند −423 درجة فهرنهايت مما أدى إلى شد 200 كيلو لكل بوصة مربعة وإنتاجية 136 كيلو بوصة مربعة واستطالة بنسبة 28 بالمائة مع كفاءة مشتركة تبلغ 95 بالمائة مقابل اللوحة الأم.

غالبًا ما توصف السبيكة 400 بأنها غير مغناطيسية، ولا تدعم الثوابت المنشورة ذلك باعتباره بيانًا غير مشروط. تتراوح درجة حرارة كوري الخاصة بها بين 70 إلى 120 درجة فهرنهايت، أي 21 إلى 49 درجة مئوية، وتشير النشرة إلى أن هذا النطاق يقع ضمن النطاق المحيط ويتأثر بالتغيرات في التركيب الكيميائي. وبالتالي فإن بعض درجات الحرارة تكون مغناطيسية في درجة حرارة الغرفة والبعض الآخر ليس كذلك، والاتجاه المنشور واضح: عندما يكون هناك متطلبات قوية للخصائص غير المغناطيسية، ينبغي النظر في سبائك MONEL الأخرى.

K-500 هو فرد الأسرة الذي يجيب على هذا المطلب. تتراوح قيم النفاذية المنشورة من 1.0011 للمواد الملدنة والمروية إلى 1.0019 للمواد المسحوبة على البارد والمتصلبة بالعمر عند 200 أورستد، مع درجات حرارة كوري لنفاذية تبلغ 1.01 بين -210 درجة فهرنهايت و-130 درجة فهرنهايت، وهي 50 إلى 80 درجة تحت درجة التجمد على مقياس مئوية. توصف السبيكة بأنها غير مغناطيسية تقريبًا حتى في درجات الحرارة المنخفضة جدًا. يصاحب هذه الخاصية أحد تحذيرات المعالجة: يمكن أكسدة الألومنيوم والنحاس بشكل انتقائي أثناء التسخين، مما يترك طبقة مغناطيسية غنية بالنيكل على السطح، وهو تأثير أكثر وضوحًا على الأسلاك الرفيعة والشريط حيث تكون نسبة السطح إلى الوزن مرتفعة. تتم إزالة الفيلم عن طريق التخليل أو الغمس الساطع، ويتم استعادة الخصائص غير المغناطيسية.

يتم نشر المقاومة الكهربائية عند 21 درجة مئوية على أنها 0.511 ميكرو أوم متر للسبائك 400 و0.615 لـ K-500، على مادة مكافئة لحالة التلدين مع كمية صغيرة من تصلب العمر. تبلغ الموصلية الحرارية عند نفس درجة الحرارة 22.0 وات/م · كلفن للسبيكة 400 و17.2 وات/م · كلفن للسبيكة K-500. لا يعد أي من الرقمين بديلاً عن النحاس، والاستخدام الصحيح للعائلة في الأعمال الكهربائية حيث تكون مقاومة التآكل والمقاومة المستقرة أكثر أهمية من كفاءة التوصيل، في المكونات الكهربائية والإلكترونية وأجهزة الاستشعار التي تدرجها كلتا النشرتين ضمن تطبيقاتها. هناك تحذير واحد ينطبق على الرقم K-500: مقاومته تتأثر بشكل ملحوظ بالتاريخ الحراري، وهو نتيجة مباشرة لخصائص التصلب العمري للسبيكة، لذلك يجب ذكر الحالة مع الرقم.

تم نشر K-500 على أنه يتمتع باستقرار أبعاد جيد بشكل استثنائي، في اختبارات التعرض لفترة طويلة وفي الاختبارات الدورية، وهذه الخاصية هي السبب المعلن لاستخدامه في الأجهزة عالية الدقة مثل الجيروسكوبات. الرقم الذي يحتاجه المصمم هو الذي يصف ما يحدث أثناء المعالجة الحرارية: التصلب بالعمر يسبب انكماشًا أوليًا للحجم، وينكمش القضيب الملدن بمقدار 2.5 × 10⁻⁴ بوصة في البوصة أثناء التعتيق. وبالتالي فإن الجزء النهائي الذي تم تصنيعه والذي أصبح قديمًا بعد ذلك يصل إلى حجم أقل، ولهذا السبب فإن إرشادات التصنيع المنشورة للعمل الدقيق هي تصنيع الحجم الكبير، والتقادم، ثم الانتهاء من الحجم المناسب.

تم نشر الثوابت أدناه للدرجتين الرئيسيتين وهما الثوابت التي تنتقل إلى حساب التصميم. صفان في الجدول يحملان وزنًا أكبر من الباقي. بالكاد يفصل نطاق الكثافة والانصهار بين الدرجات على الإطلاق، بينما يفصل الصف المغناطيسي بينهما تمامًا عند درجة حرارة الغرفة، ودرجة حرارة كوري هي الصف الذي غالبًا ما يتم استبعاده من المقارنة.

تنشر النشرتان قوائم الطلبات الخاصة بهما، وهذه القوائم هي أقصر طريق لمعرفة الدرجة التي تشتريها صناعة معينة بالفعل. الأسباب الموجودة في العمود الأيمن هي الأسباب التي قدمها المنتج، وليس استنتاجًا من الأجزاء.

إن صفحة العائلة التي تسرد المزايا فقط ليست ذات فائدة للمصمم، لذا فإن الحدود تنتمي إلى نفس الصفحة التي تنتمي إليها نقاط القوة. كل صف أدناه هو شرط تستبعده البيانات المنشورة أو تؤهله، وليس تحفظًا عامًا حول المادة.

K-500، والسبب هو درجة حرارة كوري المنشورة وليس كلمة غير مغناطيسية. تتمتع السبيكة 400 بدرجة حرارة كوري تتراوح بين 21 درجة مئوية و49 درجة مئوية، والتي تمتد إلى درجة حرارة الغرفة العادية، ويذكر المنتج أن بعض درجات الحرارة ستكون مغناطيسية في درجة حرارة الغرفة والبعض الآخر لن يكون كذلك، ويوجه متطلبات قوية غير مغناطيسية إلى سبيكة مونيل أخرى. تم نشر K-500 عند نفاذية 1.0019 أو أقل، مع درجة حرارة كوري لنفاذية تبلغ 1.01 بين -134 درجة مئوية و-90 درجة مئوية. لا يزال من الممكن أن يتشكل فيلم سطحي مغناطيسي على سلك رفيع وشريط أثناء التسخين، ويزيله التخليل أو الغمس الساطع.

لا. يتم نشر السبيكة على أنها سبيكة ذات محلول صلب يمكن تصليدها فقط عن طريق العمل البارد، ولا يوجد علاج للشيخوخة في العائلة لها. تؤدي المعالجات الحرارية الموجودة وظيفة معاكسة: فالتلدين يخفف من المواد المتصلبة، كما أن تخفيف الإجهاد أو معادلة الإجهاد يقلل من الإجهاد المتبقي. الرسم الذي يطلب سبيكة 400 في حالة قديمة يطلب معالجة غير موجودة، والدرجة التي بها معالجة هي K-500.

لا، والبيان يظهر في الأوصاف المتداولة للسبيكة، لذا يستحق التصحيح بدقة. آلية التعزيز المنشورة لـ K-500 هي ترسيب جزيئات Ni3(Ti, Al) دون المجهرية في جميع أنحاء المصفوفة عندما يتم تسخين السبيكة تحت ظروف خاضعة للرقابة. وهذا هو رد فعل تصلب هطول الأمطار، وعواقبه هي قوة وصلابة أعلى، ونفاذية مغناطيسية أقل وانكماش صغير أثناء الشيخوخة. ذاكرة الشكل، وهي قدرة المادة على العودة إلى شكل محدد مسبقًا عند تغير درجة الحرارة، هي خاصية لسبائك النيكل والتيتانيوم شبه الاستوائية وليست من درجة النيكل والنحاس مع إضافات الألومنيوم والتيتانيوم. المواصفات المكتوبة على توقع تأثير الذاكرة مكتوبة على خاصية خاطئة.

تعتبر السبائك 400 هي الحالة الأبسط، لأنها لا تحتوي على معالجة حرارية لحمايتها والمواد الاستهلاكية للحام الخاصة بها هي نفس عائلة حشوات النيكل والنحاس. يحتاج K-500 إلى تسلسل. من الأفضل إجراء اللحام من خلال عملية قوس الغاز والتنغستن، ومعدن حشو مونيل 60 هو المادة الاستهلاكية المعتادة، والمؤهل المهم المنشور هو أن اللحامات المصنوعة بهذه الطريقة ليست قابلة للتصلب بمرور الوقت، وبالتالي لا تتمتع بقوة تطابق المعدن الأساسي المتصلب. عندما يجب أن يتطابق المفصل مع المعدن الأساسي القديم، يتم ترسيب معدن حشو ذو تركيبة مطابقة، مع معالجة التعتيق التي يتم إجراؤها بعد لحام المادة الملدنة، هو المسار المنشور. يمكن جلب اللحامات من المواد الملدنة إلى قوة المعدن الأساسي المتصلب بالعمر دون خسارة خطيرة في الليونة.

لا شيء تقريبًا، مع مؤهل واحد ينطبق على حالة التقدم في السن. ينشر المنتج أن مقاومة التآكل لـ K-500 تعادل إلى حد كبير مقاومة السبائك 400، فيما عدا أنه في حالة تصلب العمر، يكون للسبائك ميل أكبر نحو التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي في بعض البيئات. تم اختبار هذا التأهيل ضد الغاز الحامض: لم تظهر عينات U-bend من الصفائح المتصلبة بمرور الزمن أي تشقق بعد ستة أيام من الغمر المستمر في محاليل كبريتيد الهيدروجين المشبعة عند 3500 جزء في المليون، عبر قيم الأس الهيدروجيني من 1.0 إلى 11.0، عند صلابة من 28 إلى 40 على مقياس روكويل سي. القاعدة العملية هي أن يتم فحص استبدال K-500 مقابل الوسط المحدد وحالة الإجهاد المحددة، وليس مقابل اسم العائلة.

ليس على اسم العائلة، والدرجات الثلاث تفشل لثلاثة أسباب مختلفة. لا يمكن للسبيكة 400 أن تصل إلى قوة K-500 في أي حالة، لذا فإن الاستبدال في هذا الاتجاه محدود بالآلية وليس بالطاحونة. يعتبر K-500 في حالة تصلب العمر حالة تآكل مختلفة في بعض البيئات، كما أنه يجلب خطوة حرارية وانكماشًا في تسلسل التصنيع الذي قد لا يكون به مجال لأي منهما. يختلف R-405 مرة أخرى، لأن قابليته للتصنيع تأتي من محتوى كبريت أعلى. تدعم البيانات المنشورة استبدالًا واحدًا وهو بديل ضيق: حيث يكون الواجب عبارة عن كلوريد أو حمض مختزل ولا توجد خطوة حرارية مطلوبة، فإن السبيكة 400 تقوم بالمهمة التي تم تحديد K-500 لها، والعكس غير صحيح.

تتكون عائلة المونيل من ثلاث درجات من النيكل والنحاس مع مصفوفة واحدة وثلاث طرق تقوية. السبيكة 400 هي UNS N04400، وهي عبارة عن محلول صلب أحادي الطور بمعلمة شبكية تبلغ 3.534 أنجستروم والتي تتصلب فقط عن طريق العمل البارد، وهي مفيدة عند درجة حرارة 1000 درجة فهرنهايت في الأجواء المؤكسدة، وهي استثنائية ضد حمض الهيدروفلوريك في جميع التركيزات حتى الغليان.