Deskripsi terperinci tentang keunggulan unik dan area aplikasi Monel Alloy

Monel adalah nama dagang untuk keluarga paduan nikel-tembaga dan bukan nama satu bahan, dan data yang diterbitkan untuk keluarga tersebut menunjukkan seberapa berharga perbedaan itu. Tingkatan pasokan umum berbagi kimia dasar dan mencapai kekuatan mereka melalui tiga rute yang berbeda, dan pilihan di antara ketiganya menggeser kekuatan tarik lebih dari setengahnya, memutuskan apakah suatu bagian dapat diandalkan tidak magnetik pada suhu kamar, dan menetapkan berapa banyak langkah termal yang harus dijadwalkan oleh pabrikan.

Anggotanya adalah paduan MONEL 400, paduan K-500, dan paduan R-405. Paduan 400 diterbitkan sebagai paduan larutan padat yang hanya dapat dikeraskan dengan pengerjaan dingin. K-500 diterbitkan sebagai kombinasi ketahanan korosi paduan 400 dengan kekuatan dan kekerasan yang lebih besar, diperoleh dengan menambahkan aluminium dan titanium ke dasar nikel-tembaga dan memanaskan bahan dalam kondisi terkontrol sehingga partikel submikroskopis Ni3(Ti, Al) mengendap di seluruh matriks, perlakuan yang disebut produsen sebagai pengerasan usia. R-405 adalah versi bebas mesin dari paduan 400, dan konstanta fisik yang diterbitkan untuk paduan 400 dinyatakan berlaku juga untuknya.

Apa yang berikut adalah keluarga sebagaimana ditemui oleh pembeli: penunjukan, kimia yang memisahkan tingkatan, kekuatan yang dapat dibeli dalam setiap bentuk, enam keuntungan yang datang dengan angka yang diterbitkan, industri yang membeli setiap tingkatan, dan tugas di mana paduan nikel-tembaga adalah jawaban yang salah.

Penunjukan adalah hal pertama yang harus diselesaikan. Monel adalah merek dagang dari kelompok produsen yang mengembangkan paduan, dan gambar atau pertanyaan yang hanya membawa nama dagang membiarkan spesifikasi terbuka. Nomor UNS adalah pengidentifikasi yang dibawa bersama pesanan pembelian, dan dalam keluarga ini juga membawa rute pengerasan, karena ketiga tingkatan adalah tiga bahan yang berbeda dan bukan tiga temper dari satu.

Dua konsekuensi mengikuti dari tabel tersebut sebelum properti apa pun dibandingkan. Persyaratan untuk kekuatan maksimum dalam keluarga ini sama sekali tidak dapat dipenuhi oleh paduan 400, karena mekanisme yang akan memberikannya tidak ada dalam paduan. Persyaratan untuk rute sederhana dari stok ke bagian jadi paling mudah dipenuhi oleh paduan 400, karena itu adalah anggota tanpa langkah termal setelah pembentukan.

Paduan 400 adalah paduan larutan padat biner. Nikel dan tembaga larut satu sama lain dalam semua proporsi, sehingga strukturnya adalah fase tunggal dengan kisi kubik berpusat pada muka dan parameter kisi 3,534 angstrom, dan tidak ada fase kedua yang mengendap. K-500 mempertahankan matriks tersebut dan menambahkan dua elemen yang mengendap, yang merupakan seluruh perbedaan metalurgi antara dua tingkatan utama. Batas di bawah adalah batas spesifikasi, dan dua baris di bagian bawah tabel hanya ada di K-500.

Satu persyaratan fabrikasi mengikuti dari kimia dan bukan dari gambar bengkel. Belerang merusak keluarga ini pada suhu tinggi, dan praktik anil yang diterbitkan untuk paduan 400 oleh karena itu membutuhkan atmosfer pereduksi bebas belerang. Krayon penanda dan gemuk, serta beberapa bahan tahan api, harus dijauhkan dari bagian yang akan masuk ke dalam tungku, yang merupakan aturan yang berasal langsung dari batas komposisi.

Rentang yang diterbitkan adalah komposit untuk berbagai ukuran produk dan, menurut kata-kata produsen sendiri, tidak cocok untuk tujuan spesifikasi. Mereka berguna untuk tujuan yang berlawanan, yaitu untuk menunjukkan kepada pembeli apa yang dapat dicapai dalam bentuk tertentu dan berapa banyak penyebaran kekuatan keluarga yang berasal dari bentuk dan bukan dari tingkatan.

Baca empat baris terakhir dan keluarga akan mendapatkan bentuknya. Paduan 400 mencapai puncaknya di kisaran 965 MPa dalam temper pegas strip, dan K-500 berlanjut melewati 1.500 MPa dalam bentuk yang sama setelah penuaan, yang lebih dari setengahnya. Ujung terjauh hanya dapat dicapai melalui reaksi pengendapan, dan ujung terdekat dapat dicapai tanpa tungku.

Keluarga ini dipilih pertama kali karena apa yang tidak dilakukannya dalam klorida dan asam pereduksi. Paduan 400 menunjukkan laju korosi yang sangat rendah dalam air laut yang mengalir, menawarkan ketahanan yang luar biasa terhadap asam hidrofluorat dalam semua konsentrasi hingga titik didih, yang digambarkan produsen sebagai mungkin yang paling tahan dari semua paduan teknik yang umum digunakan, dan tahan terhadap banyak bentuk asam sulfat dan hidroklorik dalam kondisi pereduksi. Batas diterbitkan dalam dokumen yang sama: paduan berguna pada suhu hingga dan termasuk 1.000 °F dalam atmosfer pengoksidasi, dengan suhu yang lebih tinggi tersedia dalam lingkungan pereduksi. Asam pengoksidasi kuat adalah pilihan yang berbeda dan termasuk dalam tingkatan yang mengandung kromium.

Dua detail memisahkan tingkatan di dalam amplop itu. Paduan 400 tahan terhadap serangan celah di sebagian besar air tawar dan industri, tetapi air laut yang tergenang telah terbukti menginduksi korosi celah dan pitting, sehingga laju rendah yang dikutip untuk air laut adalah laju untuk air yang bergerak. K-500 diterbitkan sebagai setara substansial dengan paduan 400 dalam ketahanan korosi, dengan satu kualifikasi: dalam kondisi yang dikeraskan usia, ia memiliki kecenderungan yang lebih besar terhadap retak korosi tegangan di beberapa lingkungan. Kualifikasi tersebut dapat diuji dan telah diuji. Spesimen U-bend dari lembaran yang dikeraskan usia bertahan enam hari perendaman terus menerus dalam larutan hidrogen sulfida jenuh pada 3.500 ppm di seluruh nilai pH dari 1,0 hingga 11,0 tanpa retak, pada kekerasan dari 28 hingga 40 pada skala Rockwell C.

Kedua mekanisme tidak dapat dipertukarkan dan tidak bersifat aditif seperti yang diharapkan pembeli. Dalam paduan 400, satu-satunya rute adalah pengerjaan dingin, sehingga kekuatan yang tiba ditetapkan oleh temper yang ditentukan dan oleh jumlah deformasi yang diterapkan oleh pabrik. Dalam K-500, reaksi pengendapan menyediakan sebagian besar kekuatan dan pengerjaan dingin menyediakan sisanya, itulah sebabnya kondisi terkuat yang diterbitkan adalah ditarik dingin lalu ditempa, kombinasi kedua perlakuan.

Penuaan juga memiliki mode kegagalan yang perlu diketahui sebelum pesanan pembelian ditempatkan. Bahan yang dipanaskan untuk waktu yang cukup lama antara 1.100 °F dan 1.400 °F terlalu tua hingga tingkat yang tergantung pada waktu dan suhu, dan bahan yang terlalu tua memiliki sifat mekanik yang lebih rendah daripada logam yang ditempa dengan benar. Sifat-sifat tersebut tidak dapat dipulihkan dengan penuaan lagi. Satu-satunya rute kembali adalah anil larutan pada 1.800 hingga 1.900 °F untuk melarutkan kembali konstituen pengerasan usia, diikuti dengan perlakuan penuaan baru, dan semua manfaat dari pengerjaan dingin hilang dalam anil tersebut.

Ini adalah keuntungan yang paling jelas memisahkan keluarga dari baja, dan ia berperilaku ke arah yang paling tidak diharapkan oleh para insinyur. Paduan 400 yang ditempa diuji pada 70 °F mencapai kekuatan tarik 92,00 ksi dengan perpanjangan 31,0 persen; bahan yang sama pada −297 °F mencapai 128,25 ksi dengan perpanjangan 44,5 persen; dan pada −423 °F mencapai 142,00 ksi dengan perpanjangan 38,5 persen. Kekuatan meningkat dan daktilitas bertahan. Nilai takik Charpy V pada pelat yang selesai panas pada −423 °F diterbitkan sebagai rentang 141 hingga 219 kaki·lb longitudinal, dan tidak ada spesimen dalam program benturan yang menunjukkan patahan rapuh.

K-500 diterbitkan dalam istilah yang sama: kekuatan tarik dan luluh meningkat saat suhu turun sementara daktilitas dan ketangguhan hampir tidak terpengaruh, dan tidak ada transformasi daktil-ke-rapuh yang terjadi bahkan pada suhu hidrogen cair. Lembaran yang dilas diuji pada −423 °F menghasilkan kekuatan tarik 200 ksi, kekuatan luluh 136 ksi, dan perpanjangan 28 persen dengan efisiensi sambungan 95 persen terhadap lembaran induk.

Paduan 400 sering digambarkan sebagai non-magnetik, dan konstanta yang diterbitkan tidak mendukung itu sebagai pernyataan tanpa syarat. Suhu Curie-nya diberikan sebagai rentang 70 hingga 120 °F, yaitu 21 hingga 49 °C, dan buletin mencatat bahwa rentang ini berada dalam rentang ambien dan dipengaruhi oleh variasi komposisi kimia. Oleh karena itu, beberapa batch bersifat magnetik pada suhu kamar dan yang lainnya tidak, dan arah yang diterbitkan eksplisit: di mana ada persyaratan kuat untuk karakteristik non-magnetik, paduan MONEL lainnya harus dipertimbangkan.

K-500 adalah anggota keluarga yang menjawab persyaratan tersebut. Nilai permeabilitas yang diterbitkan berkisar dari 1,0011 untuk bahan yang dianil dan dikuens hingga 1,0019 untuk bahan yang ditarik dingin dan dikeraskan usia pada 200 oersted, dengan suhu Curie untuk permeabilitas 1,01 antara −210 °F dan −130 °F, yaitu 50 hingga 80 derajat di bawah titik beku pada skala Celsius. Paduan ini digambarkan sebagai hampir tidak magnetik bahkan pada suhu yang cukup rendah. Satu peringatan pemrosesan menyertai properti tersebut: aluminium dan tembaga dapat dioksidasi secara selektif selama pemanasan, meninggalkan lapisan kaya nikel magnetik di permukaan, efek yang paling terlihat pada kawat tipis dan strip di mana rasio permukaan terhadap berat tinggi. Lapisan tersebut dihilangkan dengan pengawetan atau pencelupan cerah, dan sifat non-magnetik dipulihkan.

Resistivitas listrik pada 21 °C diterbitkan sebagai 0,511 mikro-ohm meter untuk paduan 400 dan 0,615 untuk K-500, pada bahan dalam kondisi yang setara dengan anil dengan sedikit pengerasan usia. Konduktivitas termal pada suhu yang sama adalah 22,0 W/m·K untuk paduan 400 dan 17,2 W/m·K untuk K-500. Tidak ada angka yang merupakan pengganti tembaga, dan penggunaan keluarga yang benar dalam pekerjaan listrik adalah di mana ketahanan korosi dan resistansi yang stabil lebih penting daripada efisiensi konduksi, dalam komponen listrik dan elektronik serta sensor yang keduanya tercantum dalam aplikasi mereka. Satu peringatan berlaku untuk angka K-500: resistivitasnya sangat dipengaruhi oleh riwayat termal, yang merupakan konsekuensi langsung dari karakteristik pengerasan usia paduan, jadi kondisi harus dinyatakan dengan angka tersebut.

K-500 diterbitkan memiliki stabilitas dimensi yang sangat baik, dalam uji paparan jangka panjang dan dalam uji siklik, dan properti tersebut adalah alasan yang dinyatakan untuk penggunaannya dalam perangkat presisi tinggi seperti giroskop. Angka yang dibutuhkan desainer bersamanya adalah angka yang menggambarkan apa yang terjadi selama perlakuan panas: pengerasan usia menyebabkan kontraksi volume awal, dan batang yang dianil menyusut 2,5 × 10²&sup4; inci per inci selama penuaan. Bagian yang dimesin selesai yang kemudian ditempa oleh karena itu akan menjadi lebih kecil, itulah sebabnya panduan fabrikasi yang diterbitkan untuk pekerjaan presisi adalah mesin berukuran lebih besar, ditempa, lalu diselesaikan sesuai ukuran.

Konstanta di bawah ini diterbitkan untuk dua tingkatan utama dan itulah yang digunakan dalam perhitungan desain. Dua baris dalam tabel memiliki bobot lebih dari yang lain. Kepadatan dan rentang leleh hampir tidak memisahkan tingkatan, sementara baris magnetik memisahkannya sepenuhnya pada suhu kamar, dan suhu Curie adalah baris yang paling sering dihilangkan dari perbandingan.

Kedua buletin menerbitkan daftar aplikasinya sendiri, dan daftar tersebut adalah rute terpendek untuk mengetahui tingkatan apa yang sebenarnya dibeli oleh industri tertentu. Alasan di kolom kanan adalah yang diberikan produsen, bukan kesimpulan dari bagian-bagian tersebut.

Halaman keluarga yang hanya mencantumkan keuntungan tidak berguna bagi desainer, jadi batas-batasnya harus berada di halaman yang sama dengan kekuatan. Setiap baris di bawah ini adalah kondisi yang dilarang atau dikualifikasikan oleh data yang diterbitkan, dan bukan reservasi umum tentang bahan tersebut.

K-500, dan alasannya adalah suhu Curie yang diterbitkan dan bukan kata non-magnetik. Paduan 400 memiliki suhu Curie antara 21 °C dan 49 °C, yang melintasi suhu kamar biasa, dan produsen menyatakan bahwa beberapa batch akan bersifat magnetik pada suhu kamar dan yang lainnya tidak dan mengarahkan persyaratan non-magnetik yang kuat ke paduan MONEL lain. K-500 diterbitkan pada permeabilitas 1,0019 atau lebih rendah, dengan suhu Curie untuk permeabilitas 1,01 antara −134 °C dan −90 °C. Lapisan permukaan magnetik masih dapat terbentuk pada kawat tipis dan strip selama pemanasan, dan pengawetan atau pencelupan cerah menghilangkannya.

Tidak. Paduan ini diterbitkan sebagai paduan larutan padat yang hanya dapat dikeraskan dengan pengerjaan dingin, dan tidak ada perlakuan penuaan dalam keluarga ini untuknya. Perlakuan termal yang ada melakukan pekerjaan sebaliknya: anil melunakkan bahan yang dikerjakan dingin, dan peredaan tegangan atau penyetaraan tegangan mengurangi tegangan sisa. Gambar yang meminta paduan 400 dalam kondisi yang ditempa meminta perlakuan yang tidak ada, dan tingkatan yang memilikinya adalah K-500.

Tidak, dan pernyataan itu muncul dalam deskripsi paduan yang beredar, jadi perlu dikoreksi secara tepat. Mekanisme penguatan yang diterbitkan untuk K-500 adalah pengendapan partikel Ni3(Ti, Al) submikroskopis di seluruh matriks ketika paduan dipanaskan dalam kondisi terkontrol. Itu adalah reaksi pengerasan pengendapan, dan konsekuensinya adalah kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi, permeabilitas magnetik yang lebih rendah, dan kontraksi kecil selama penuaan. Memori bentuk, yaitu kemampuan bahan untuk kembali ke bentuk yang sebelumnya ditetapkan pada perubahan suhu, adalah properti paduan nikel-titanium yang hampir ekuiatomik dan bukan paduan nikel-tembaga dengan tambahan aluminium dan titanium. Spesifikasi yang ditulis berdasarkan harapan efek memori ditulis pada properti yang salah.

Paduan 400 adalah kasus yang lebih sederhana, karena tidak memiliki perlakuan panas untuk dilindungi dan bahan habis pakai pengelasannya adalah keluarga pengisi nikel-tembaga yang sama. K-500 membutuhkan urutan. Pengelasan paling baik dilakukan dengan proses gas-tungsten-arc, bahan pengisi MONEL 60 adalah bahan habis pakai yang biasa, dan kualifikasi yang diterbitkan penting adalah bahwa lasan yang dibuat dengan cara ini tidak dapat dikeraskan usia dan oleh karena itu tidak memiliki kekuatan yang sesuai dengan logam dasar yang dikeraskan. Di mana sambungan harus sesuai dengan logam dasar yang ditempa, bahan pengisi dengan komposisi yang sesuai diendapkan, dengan perlakuan penuaan dilakukan setelah pengelasan bahan yang dianil, adalah rute yang diterbitkan. Lasan bahan yang dianil dapat dibawa ke kekuatan logam dasar yang dikeraskan usia tanpa kehilangan daktilitas yang serius.

Hampir tidak ada, dengan satu kualifikasi yang berlaku untuk kondisi yang ditempa. Produsen menerbitkan ketahanan korosi K-500 sebagai setara substansial dengan paduan 400, kecuali bahwa dalam kondisi yang dikeraskan usia, paduan ini memiliki kecenderungan yang lebih besar terhadap retak korosi tegangan di beberapa lingkungan. Kualifikasi tersebut diuji terhadap gas asam: spesimen U-bend dari lembaran yang dikeraskan usia tidak menunjukkan retak setelah enam hari perendaman terus menerus dalam larutan hidrogen sulfida jenuh pada 3.500 ppm, di seluruh nilai pH dari 1,0 hingga 11,0, pada kekerasan 28 hingga 40 pada skala Rockwell C. Aturan praktisnya adalah bahwa substitusi K-500 diperiksa terhadap media spesifik dan keadaan tegangan spesifik, dan bukan terhadap nama keluarga.

Tidak dengan nama keluarga, dan ketiga tingkatan gagal karena tiga alasan berbeda. Paduan 400 tidak dapat mencapai kekuatan K-500 dalam kondisi apa pun, jadi substitusi ke arah itu dibatasi oleh mekanisme dan bukan oleh pabrik. K-500 dalam kondisi yang dikeraskan usia adalah kasus korosi yang berbeda di beberapa lingkungan, dan ia juga membawa langkah termal dan kontraksi ke dalam urutan fabrikasi yang mungkin tidak memiliki ruang untuk keduanya. R-405 berbeda lagi, karena kemampuan mesinnya berasal dari kandungan belerang yang lebih tinggi. Data yang diterbitkan mendukung satu substitusi dan itu sempit: di mana tugasnya adalah asam klorida atau asam pereduksi dan tidak ada langkah termal yang diinginkan, paduan 400 melakukan pekerjaan yang ditentukan untuk K-500, dan sebaliknya tidak benar.

Keluarga Monel adalah tiga tingkatan nikel-tembaga dengan satu matriks dan tiga rute penguatan. Paduan 400 adalah UNS N04400, larutan padat fase tunggal dengan parameter kisi 3,534 angstrom yang mengeras hanya dengan pengerjaan dingin, berguna hingga 1.000 °F dalam atmosfer pengoksidasi, luar biasa terhadap asam hidrofluorat dalam semua konsentrasi hingga titik didih