モネル400の組成と温度による特性

モネル400はUNS N04400、別名W.Nr. 2.4360および2.4361であり、ニッケルと銅の二元固溶体であり、冷間加工のみで硬化させることができます。この1文で、特性ページの2つの側面が確立されます。組成が合金の特性を決定し、それに加えられた加工量が購入できるすべての強度値を決定します。

組成はニッケルが最低63.0%、銅が28.0%から34.0%で、残りは少量で抑制され添加されない残留物です。この合金が有用である理由は、2つの主要元素がお互いに溶解することです。それらはあらゆる割合で相互に溶解するため、構造は単相であり、面心立方格子を持ち、格子定数は3.534Åです。析出する第二相がないため、この合金には時効処理がなく、利用可能な唯一の硬化メカニズムは変形です。

そのように読むと、モネル400の特性は完全に異なる2つのグループに分けられます。組成によって固定されるものはまったく動きません。密度、弾性率、融点範囲、熱特性は化学組成と温度によって設定され、加工の決定によってそれらは変更されません。顧客が実際に指定するものは、部品がどれだけ冷間加工されたか、およびその後の熱処理によって決まるため、広範囲にわたって変動します。以下のセクションでは、2つのグループを分離し、合金の温度範囲の両端まで追跡します。そこがその挙動が最も特徴的である場所です。

組成と各元素の役割

硫黄線は、データシートに残るのではなく、作業場にまで伸びる線です。硫黄は高温でこのファミリーの合金を損傷するため、公開されている焼鈍方法では硫黄を含まない還元雰囲気が必要であり、マーキングクレヨン、グリース、一部の耐火材料は、炉に入る部品から遠ざける必要があります。これは組成限度から直接導かれる加工要件です。

加工が特性に与える影響

これはバイヤーが実際に注文する表であり、その範囲は単一の合金からほとんどの人が期待するよりも広いです。各行は同じ組成です。変化するのは供給された状態です。

この表で最も多くの注文を決めるのは2つのことです。第一に、冷間加工がメカニズム全体であるため、得られる強度は、調質を指定することによって要求された強度です。焼鈍板材からばね用調質帯材に移行すると、降伏強度が約2倍になり、伸びは35%からわずか2%まで低下します。第二に、これらの範囲に付随する公開されている注記は明確です。それらはさまざまな製品サイズのための複合値であり、仕様目的には適していません。したがって、購入注文は形状、状態、および規格を指定し、この表のような表からではなく、規格から最小値を取得します。

単相構造のもう1つの結果は述べる価値があります。析出反応がないため、過時効するものも、スケジュールする時効処理もありません。この合金に存在する熱処理は異なる目的を果たします。焼鈍は加工硬化材料を完全に軟化させ、応力除去は結晶粒構造を再結晶させずに残留応力を低減します。

温度低下に伴う強度と延性

これはモネル400を鋼から最も明確に分離する特性であり、ほとんどのエンジニアが期待する方向とは逆です。試験温度が低下すると、合金はより強くなり、同時に延性を維持します。脆性挙動への遷移はありません。

鍛造行は注目すべき行です。なぜなら、それは全範囲をカバーしているからです。室温から−423°Fまでの引張強度は92 ksiから142 ksiに上昇し、約1.5倍強くなり、伸びは低下する代わりにそれに伴って上昇します。この合金の公開されている評価では、この挙動がかなりの温度範囲で維持されると記されており、実用的な結果として、極低温用途では靭性のために材料を変更する必要はありません。

公開されている2つの注意書きはこの表に属します。冷間引抜きおよび焼鈍状態の値は、直径0.032～0.250インチのサイズに適用され、ソースは他のサイズの特性はこれらと異なる場合があると述べています。また、室温で−110°Fに数時間保持された後に試験された冷間引抜き行は、温度で試験された行よりも低い降伏強度を示しました。これは、仕様が保持ではなく試験を要求する場合にのみ重要な詳細です。

温度による靭性、同じ話

衝撃試験は、遷移温度を持つ鋼が破損する靭性試験であるため、同じ話をより鮮明に伝えます。この合金には到達可能なものはありません。

公開されている評価では、脆性破壊の証拠は示されず、同じプログラムで試験された溶接金属は母材ではなく溶接部で破損したと記録されています。ねじり衝撃試験片に関する注記もあります。最小面積を75%削減して破損を発生させようとしましたが、材料の靭性のため成功しませんでした。

加工ウィンドウ

合金は冷間加工のみで硬化するため、熱処理は強度を向上させません。それらは延性を回復させ、応力を除去します。また、結晶粒径を設定し、それぞれに公開されているウィンドウがあります。

応力除去と応力均等化の区別は、最もよく失われる区別です。それらは別々の目的のために別々の温度で別々の処理として公開されており、一方を他方に置き換えるショップは、図面が要求した結果を得られません。

溶接堆積物の温度特性

合金は同等のフィラーで接合され、公開されている全溶接金属データは、堆積物が熱くなるにつれてどのように挙動するかを示しています。接合部が温度にある場合、その最も弱い構成要素によって制限されるため、母材の数値とは別に持つ価値があります。

最後の行が重要です。なぜなら、1000°F、または538°Cは、合金が大気中での有用な範囲の終わりに達する温度だからです。その時点で、堆積物はまだ386 MPaの引張荷重を保持しており、これは有用な数値です。断面積減少率は24.5%に低下しており、これはその温度での接合部がどれだけ許容できるかを期待できるかを制限する数値です。

全寸法の突合せ溶接継手は、全溶接金属とは異なる挙動を示し、公開されているデータでは、溶接部の横方向試験はすべて母材ではなく溶接部で破断したと記録されています。これは、堆積物が母材よりも弱い場合に予想される結果です。1150°Fで10時間熱処理し、その後空冷しても、室温での溶接特性は有用な程度には変化しませんでした。これは、堆積物に開発される時効応答がないことと一致しています。

公開されている本体が取られた研究、およびその数値が使用できない理由

公開されているこのページのバージョンには、高温引張試験の研究方法と結果が含まれており、研究は特定できるほど正確に記述されています。Gleeble-1500D熱シミュレーション機、直径6mm、長さ120mmの試験片が、毎秒10°Cで1100°Cまで加熱され、3分間保持され、その後毎秒3°Cで600°C、700°C、800°C、900°C、1000°C、1100°Cの試験温度まで冷却され、真空中で毎秒10°Cで引張され、破面は走査型電子顕微鏡で検査されました。^{それについて注目すべき点は2つあります。延性の発見は、公開されている加工範囲から期待されるものと一致しています。研究では、高温塑性が温度とともに上昇し、約900°Cでピークに達し、その後再び低下すると報告されています。900°Cは公開されている熱間加工ウィンドウの927～1177°C内にあり、1100°Cはその上限近くにあります。2つ目は、試験前に1100°Cで3分間保持された試験片は効果的に焼鈍されているため、その数値は合金が通常供給される状態ではなく、焼鈍された材料を表しているということです。}強度値は、この合金の特性として再公開することはできません。研究では、600°Cで106.49 MPa、1100°Cで22.41 MPaの引張強度を報告しています。同じ合金の公開されている短時間データは、1000°F、または538°Cでの全溶接金属に対して55.95 ksi、つまり386 MPaを記録しており、溶接金属は通常、継手の弱い構成要素です。したがって、それ以上の温度での106 MPaの鍛造値は、公開されているデータが示唆するものよりも約3～4倍低く、その差は大きいため、その数値は単一の試験構成に固有のものとして扱われるべきです。これは、この合金が指定できる強度ではありません。

研究の前提も、合金の公開されている評価と照らし合わせて読む必要があります。この研究は、低い熱伝導率と低い膨張係数に部分的に起因する高温割れ傾向のために実施されましたが、モネル400の公開されている説明では、従来のプロセスで容易に接合でき、溶接性が良好で、ほぼあらゆる形状に熱間成形できると記録されています。それらの2つの立場は両立しないものではありません。研究は、一般的に加工可能な材料内の問題を有用に調査できるためであり、合金の溶接に対する一般的な警告として読むべきではありません。溶接プールに熱を集中させるのと同じ低い熱伝導率が、温度上昇時に合金が強度を維持する理由でもあるため、この区別は重要です。

バイヤーが尋ねる質問

モネル400の化学組成は何ですか？

ニッケルは最低63.0%、銅は28.0%～34.0%、残りはニッケルで、残留物は低く抑えられています。炭素は最高0.3%、鉄は2.5%、マンガンは2.0%、シリコンは0.5%、硫黄は0.024%です。ニッケル値は最低値であり、範囲ではありません。差によって決定されます。公開されているデータシートには、ニッケル範囲が63.0～70.0%と記載されている場合があります。

モネル400はどのように強化されますか？

冷間加工のみです。ニッケルと銅はあらゆる割合で相互に溶解するため、合金は単相で面心立方格子を持ち、析出する第二相はありません。したがって、この合金には時効処理がなく、納品される部品の強度は、どれだけ冷間加工されたかに依存します。これは、モネルK500のような析出硬化グレードとは逆の状態です。

1つの組成から利用可能な強度範囲は？

極端な値の間で約2倍の差があり、極端な値は近くにありません。焼鈍板材は、引張強度482～586 MPa、伸び35%以上で公開されています。同じ合金のばね用調質帯材は、伸びがわずか2%で、引張強度690～965 MPaに達します。したがって、購入注文は、合金だけでなく調質も指定する必要があります。なぜなら、状態が強度を担うからです。

モネル400は低温で脆くなりますか？

いいえ、逆です。−423°F（−253°C）で試験された鍛造材料は、室温での92 ksiに対して142 ksiの引張強度を示し、伸びは31%から38.5%に増加します。同じ温度でのシャルピーVノッチ値は、方向によって121～219 ft・lbの範囲であり、公開されている評価では脆性破壊の証拠は示されていません。これは、極低温用途にこの合金を選択する理由であり、その制限ではありません。

熱間加工と焼鈍の温度は？

熱間加工は1700°F～2150°F、または927°C～1177°Cで、最適は約2000°Fです。合金は永久的な損傷が生じる可能性があるため、2150°F以上に加熱してはなりません。焼鈍は、開放加熱方法では1600～1800°Fで2～10分間、箱焼鈍では1400～1500°Fで1～3時間、一般的な範囲は1300～1800°Fで公開されています。範囲の下限は、結晶粒径を細かく保つために長い時間で使用されます。焼鈍雰囲気は硫黄を含まない還元性である必要があります。

応力除去と応力均等化の違いは何ですか？

それらは別々の目的を持つ、別々に公開された処理です。応力除去は1000～1050°Fで1～2時間行われ、結晶粒構造を再結晶させずに残留応力を低減します。応力均等化は約575°Fで3時間保持することで行われ、他の特性に顕著な影響を与えることなく0.00%オフセットでの降伏強度を上昇させます。一方を他方に置き換えると、図面が要求した結果が得られません。

概要

モネル400は、UNS N04400およびW.Nr. 2.4360または2.4361の単相ニッケル-銅固溶体であり、冷間加工のみで硬化させることができます。組成はニッケルが最低63.0%、銅が28.0%～34.0%であり、2つの元素は相互に溶解するため、析出反応も時効処理もありません。したがって、特性は組成によって固定されるもの（密度、弾性率、融点範囲など）と、材料が供給される状態によって固定されるものに分かれます。公開されている範囲は、焼鈍板材の482 MPa引張強度からばね用調質帯材の965 MPaまでです。温度低下時には、合金は延性を維持しながら強度を増し、−423°Fの鍛造材料で142 ksiに達し、脆性破壊の証拠はありません。温度上昇時には、大気中での有用な限界は1000°F、熱間加工ウィンドウは1700～2150°Fであり、溶接堆積物は1000°Fでも386 MPaを保持しています。

モネル400は、江蘇省常州市から、シート、プレート、ストリップ、ロッド、バー、ワイヤー、鍛造品、シームレスチューブおよびパイプ、復水器チューブとして供給されています。焼鈍、応力除去、半硬質、全硬質、ばね用調質の状態で、ISO 9001認証を取得し、SGSによって監査されている工場から供給されています。形状、調質、および使用温度を送信すると、それらの3つの回答から特性が導き出されます。

参考文献

Special Metals technical bulletin SMC-053, MONEL nickel-copper alloy 400. 組成限度、密度8.80 g/cm³および融点範囲、引張、圧縮、ねじり弾性率とポアソン比、キュリー温度とその注記、面心立方格子定数3.534Åの二元固溶体としての合金の説明、形状と状態による機械的特性範囲、低温引張および衝撃表、公開範囲は仕様目的には適さない複合値であるという注記、温度における全溶接金属の短時間特性、横溶接試験結果、シートおよびストリップの調質硬度表の情報源。

熱処理と加工に関する同じ速報。開放加熱と箱焼鈍の範囲、空冷すると付着性の酸化皮膜を形成するという記述、冷却速度は有意な影響を与えないという記述、575°Fでの応力均等化処理とその0.00%オフセット降伏強度への影響、材料が高温に加熱されたときに結晶粒成長が発生するという記述、2150°Fの熱間加工上限とその結果として永久的な損傷が生じる可能性があるという警告、およびいかなる場合も合金をその数値以上に加熱してはならないというガイダンスの情報源。

1. 合金400の公開されている技術データ