Введение в химический состав и свойства сплава меди и никеля (monel400/UNS 4400)

Сплав Monel-400 представляет собой сплав на основе никеля, состоящий в основном из никеля и также содержащий медь. Он обладает превосходными физическими свойствами, такими как высокая прочность и высокая коррозионная стойкость, а также хорошими физическими и механическими свойствами. Поэтому сплав Monel-400 широко используется в ключевых компонентах в передовых промышленных областях, таких как нефтехимическая, ядерная и оборонная промышленность. Однако из-за низкой теплопроводности (21,744 Вт/мК) и коэффициента линейного расширения (13,86) сплава Monel-400 × 10⁻⁶ K⁻¹ он подвержен влиянию тенденции к горячему растрескиванию в процессе сварки. При локальном нагреве и охлаждении могут возникнуть серьезные проблемы с напряжением и деформацией, что приведет к образованию усадочных трещин в сварных соединениях. В настоящее время исследования механических свойств сплава Monel-400 при высоких температурах весьма ограничены.

метод испытания

Высокотемпературное испытание на растяжение сплава Monel-400 проводилось на машине для термического моделирования Gleeble-1500D. Согласно требованиям испытания, материал должен быть обработан резкой молибденовой проволокой для получения образца следующих размеров: диаметр 6 мм × длина 120 мм. Перед проведением эксперимента необходимо убедиться в чистоте поверхности образца и измерить его первоначальный диаметр. После установки образца на термосимулятор измеряется калибровочный размер между двумя зажимами. Нагрев образца осуществляется путем помещения образца в замкнутый контур симулятора. Образец нагревается со скоростью 10 градусов Цельсия в секунду до 1100 градусов Цельсия и выдерживается в течение 3 минут, затем охлаждается со скоростью 3 градуса Цельсия в секунду до различных температур испытания (соответственно 600, 700, 800, 900, 1000 и 1100 градусов Цельсия). При каждой температуре испытания начинается растяжение со скоростью деформации 10⁻³ в секунду до разрушения образца. Весь экспериментальный процесс проводился в вакууме. Наконец, поверхность излома высокотемпературного образца на растяжение была вручную отпилена и изготовлена в виде образца для сканирующего электронного микроскопа. Сканирование поверхности излома было завершено под сканирующим электронным микроскопом.

Результаты

Высокотемпературные характеристики при растяжении

Кривые напряжение-деформация при растяжении при различных температурах показаны на Рисунке 2 для сплава Monel-400. Согласно графику, с повышением температуры испытания прочность сплава Monel-400 значительно снижается, а предел прочности при растяжении также уменьшается. Например, предел прочности при растяжении сплава составляет 106,49 МПа при температуре 600 °C и 22,41 МПа при 1100 °C, что указывает на существенное влияние температуры деформации на сопротивление деформации сплава. Упругая деформация сплава относительно мала, но с повышением температуры пластическая деформация значительно увеличивается. Увеличение с 11,22% до 20,05% при 900 °C и увеличение сужения поперечного сечения с 20,47% при 700 °C до 60,05% при 900 °C указывают на то, что пластичность становится все лучше с повышением температуры растяжения в этом диапазоне температур. По мере дальнейшего повышения температуры растяжения пластичность сплава демонстрирует тенденцию к снижению и фактически снижается до уровня 800 °C при достижении 1100 °C. В целом кривая показывает тенденцию сначала к увеличению, а затем к уменьшению, что указывает на то, что высокотемпературная пластичность сплава Monel-400 сначала улучшается с повышением температуры растяжения и достигает хороших показателей около 900 °C. Затем, с повышением температуры растяжения, высокотемпературная пластичность ухудшается, пока не приблизится к низкотемпературному уровню.