Monel K500 (UNS N05500)برای ترکیبی از آلیاژهای کمی که می‌توانند مطابقت داشته باشند، ارزشمند است:-مقاومت در برابر خوردگی درجه آب دریا با تقریباً سه برابر قدرت تسلیم استاندارد Monel 400. با این حال، این قدرت دارای یک ضعف مستند است- Monel K500 به راحتی در برابر خود یا سایر آلیاژهای نیکل{5} می‌آید. این مقاله داده‌های آزمایشی منتشر شده در مورد آن ضعف را بررسی می‌کند، دلیل متالورژیکی پشت آن را توضیح می‌دهد، و استراتژی‌های متفاوت-جفت‌سازی و سختی{8}}را ارائه می‌کند که به مهندسان اجازه می‌دهد از Monel K500 با موفقیت در ساقه‌های سوپاپ، شفت‌های پمپ، و حلقه‌های سایش بدون ایجاد شکست تشنج استفاده کنند.
آیا Monel K500 در برابر گند زدن مقاومت می کند؟
Monel K500 در حالت-ماشین کاری شده و خود جفت شده، دارای مقاومت ضعیفی در برابر ضربه زدن نیست. مقادیر تنش گالینگ آستانه منتشر شده (TGS) نشان می دهد که در بارهای کمتر از 2 ksi (14 مگاپاسکال) در برابر نوع 304، نوع 316، 17{13}}4 PH، و حتی Nitronic 50، تقریباً 5 تا 25 برابر کمتر از آلیاژهای مقاوم در برابر گالینگ است.
این یک واقعیت خاص،{0}}به خوبی مستند و تا حدودی خلاف واقع است: یک آلیاژ نیکل به اندازه کافی سخت برای محورهای پروانه و یقه مته می‌تواند در تنش‌های تماس به خوبی در بارهای سرویس پیچ و مهره‌ای معمولی-مفاصل یا کشویی-محکم شود. مکانیسم، اعداد، و اصلاحات عملی به تفصیل در زیر پوشش داده شده است.
چرا مونل K500 به این راحتی گاز می گیرد؟
گالینگ به این دلیل اتفاق می‌افتد که Monel K500 یک محلول جامد مسی-روی{3}مکعب-مرکز-مکعب{4}} بدون لایه طبیعی-اکسید اصطکاک یا فاز دوم سخت برای جلوگیری از چسبندگی-فلز به-است. سپس استحکام بالای آن با تمرکز تنش تماسی به جای از بین بردن آن از طریق سایش ملایم، مشکل را تشدید می کند.
گالینگ یک خرابی سایش چسب است: وقتی دو سطح فلزی تحت بار روی هم می لغزند، نقاط بلند میکروسکوپی (غیرصفحه) می توانند به طور لحظه ای سرد-به هم جوش بخورند. اگر ماده انعطاف‌پذیر باشد و تماس انعطاف‌پذیر باشد-به-تماس با انعطاف‌پذیری سریع‌تر از اینکه به طور تمیز از هم جدا می‌شود، جوشکاری مجدد را حفظ می‌کند، قطعات پاره شده ایجاد می‌شود، سطوح بیشتر زبر می‌شوند و اصطکاک تا زمانی که قطعات گیر کنند از بین می‌رود. آلیاژهایی که در برابر حرارت مقاومت می کنند معمولاً این کار را از طریق یکی از دو مکانیسم انجام می دهند: یک اکسید سخت و پیوسته یا لایه غیرفعال که فلز لخت را از تماس با فلز لخت محافظت می کند (مانند فیلم سیلیکونی- غنی اکسید نیترونیک 60) یا یک ریزساختار با فاز دوم سخت که در برابر فرآیند سرد{{8}جوشکاری و پاره شدن مقاومت می کند.
Monel K500 هیچ مزیتی در تماس معمولی کشویی ندارد. مقاومت در برابر خوردگی آن از یک لایه نازک بر پایه فلوراید- یا- بر پایه اکسید-غیرفعال منشأ می‌گیرد که به راحتی در اثر مالش مختل می‌شود، و استحکام آن از گامای ریز Ni3(Al,Ti) می‌آید-رسوب اولیه که سختی و استحکام تسلیم را بدون تغییر اساساً ماهیت خود فازی{6}شیمیایی{6}شبیه{7} افزایش می‌دهد. آلیاژ از آنجایی که دو سطح Monel K500 (یا Monel K500 در برابر آلیاژ غنی{11}نیکل دیگر) از نظر شیمیایی تقریباً یکسان هستند، این دو سطح به شدت مستعد حلالیت و چسبندگی متقابل پس از از هم گسیختگی لایه غیرفعال هستند - همان ترکیب شیمیایی که باعث می‌شود مونل خود را در برابر خوردگی{11}مقاومت کند{3} نیکل-روی-نیکل لغزش به خصوص به احتمال زیاد سرد-جوش می‌شود.
داده های آزمایش گالینگ منتشر شده برای Monel K500 چه چیزی را نشان می دهد؟
در تست‌های استانداردشده-و-آزمایش بلوک گالینگ، Monel K500 (با سن، ~321 HB) در کمترین تنش تست قابل اندازه‌گیری (2 ksi / 14 مگاپاسکال) در برابر نوع 304، نوع 316، 17-4 PH، و Nitronic به‌معنی تنها به 1 / 117 مگاپاسکال) هنگام جفت شدن با Nitronic 60، فولاد ضد زنگ مقاوم در برابر ضربه{14}.
داده‌های زیر از بولتن داده‌های محصول Armco (اکنون HP Alloys) Nitronic 60 می‌آیند، که از یک دکمه-و-آزمایش بلوک گالینگ استفاده می‌کند: یک دکمه استوانه‌ای چرخان بر روی یک بلوک مسطح تحت فشار فزاینده -بار مرده فشار داده می‌شود تا زمانی که گاز قابل مشاهده با بزرگنمایی 7 برابر ظاهر شود. تنش گالینگ آستانه (TGS) بالاترین تنشی است که در آن هیچ گالری رخ نداده است.
|
زوج (تقریباً سختی) |
استرس گالینگ آستانه |
تفسیر |
|
K-500 Monel (321 HB) در مقابل نوع 304 (270 HB) |
2 ksi (14 مگاپاسکال) |
گال در کمترین بار آزمایش شده - جفت نامناسب |
|
K-500 Monel (321 HB) در مقابل نوع 316 (161 HB) |
2 ksi (14 مگاپاسکال) |
گال در کمترین بار آزمایش شده - جفت نامناسب |
|
K-500 Monel (321 HB) در مقابل{2}} PH (415 HB) |
2 ksi (14 مگاپاسکال) |
گال در کمترین بار آزمایش شده، حتی در برابر آلیاژ بسیار سخت تر |
|
K-500 Monel (321 HB) در مقابل Nitronic 50 (245 HB) |
2 ksi (14 مگاپاسکال) |
گال در کمترین بار آزمایش شده - جفت نامناسب |
|
K-500 Monel (321 HB) در مقابل Nitronic 60 (210 HB) |
17 ksi (117 مگاپاسکال) |
8.5× بهبود - فیلم اکسید نیترونیک 60 در برابر چسبندگی حتی در برابر سختی اسمی نرم‌تر مقاومت می‌کند- |
جدول 1. تنش گالینگ آستانه مونل K500 در برابر شیر معمولی و آلیاژهای پمپ، دکمه روغن کاری نشده-و{3}}آزمایش بلوک. منبع: Armco/HP Alloys Nitronic 60 Product Data Bulletin.
یافته برجسته این است که سختی به تنهایی مقاومت گالینگ را پیش‌بینی نمی‌کند. 17-4 PH در 415 HB بسیار سخت‌تر از Monel K500 است، با این حال این زوج هنوز در حداقل بار آزمایشی - دم می‌زنند، زیرا هر دو آلیاژ می‌توانند به محض قطع شدن لایه‌های سطح، تحت تماس لغزشی سرد-جوش دهند. فقط جفت شدن با Nitronic 60، که مقاومت آن در برابر حرارت ناشی از یک لایه اکسیدی پایدار و ظرفیت سخت شدن{7}}بالا و نه از سختی خام است، بهبود قابل توجهی ایجاد کرد.
چگونه Monel K500 با Nitronic 60 و سایر آلیاژهای سایش در تماس کشویی مقایسه می شود؟
در تست سایش سیلندر متقاطع،-Monel K500 خود جفت شده تقریباً 10 تا 20 برابر Nitronic 60 خود-جفت شده مواد را از دست می دهد و حتی جفت شدن Monel K500 در برابر آلیاژ سخت غیرمشابه فقط تا حدی این شکاف را می پوشاند.
استرس گالینگ آستانه شروع شکست فاجعه بار چسب را مشخص می کند. تست نرخ سایش (Taber Met-Abrader، سیلندرهای متقاطع 90 درجه، 16 پوند / 71 نیوتن بار، خشک، در هوا) تلفات مداوم مواد را پس از لغزش اندازه‌گیری می‌کند. دو مجموعه داده یک داستان ثابت را بیان می کنند.
|
زوج (تقریباً سختی) |
کاهش وزن @105 RPM (mg/1000 چرخه) |
کاهش وزن @415 RPM (mg/1000 چرخه) |
|
Monel K500 (C34) – خود-جفت شده است |
30.65 |
23.87 |
|
Nitronic 60 (B95) - خود- جفت شده است |
2.79 |
1.58 |
|
17-4 PH (C43) - خود جفت شده |
52.80 |
12.13 |
|
Stellite 6B (C48) - خود-جفت شده است |
1.00 |
1.27 |
|
Monel K500 (C34) در مقابل Nitronic 60 (B95) |
22.9 |
- |
|
Monel K500 (C34) در مقابل Stellite 6B (C48) |
18.8 |
- |
|
Monel K500 (C34) در مقابل{2}} PH (C43) |
34.1 |
- |
جدول 2. سازگاری لباس زوج‌های آلیاژی خود-همسان و غیرمشابه. منبع: Armco/HP Alloys Nitronic 60 Product Data Bulletin, Taber Met-Abrader crossed-تست سیلندر.
-مونل K500 خود جفت شده تقریباً ده برابر بیشتر از-نیترونیک 60 خود جفت شده در هر چرخه مواد از دست می‌دهد و حتی با-جفت 17-4 PH خود در سرعت تست بالاتر، بهتر عمل می‌کند. جفت کردن Monel K500 در برابر آلیاژی سخت{11}مشابه (Nitronic 60 یا Stellite 6B) در مقایسه با خود جفت شدن، سایش را کاهش می‌دهد، اما این زوج هنوز هم به طور قابل توجهی سریع‌تر از هر یک از آن آلیاژهایی که در مقابل خود قرار می‌گیرند می‌پوشند. نتیجه‌گیری عملی برای طراحان: از لغزش Monel K500 در برابر Monel K500 یا هر آلیاژ غنی{16} نیکل دیگر، هر جا که می‌توان جایگزینی با سایش کمتر برای یک طرف زوج جایگزین کرد، خودداری کنید.
آیا API 610 Hardness-قانون دیفرانسیل برای مؤلفه های Monel K500 اعمال می شود؟
بله. API 610 به حداقل 50 عدد سختی برینل (BHN) بین سطوح سایش دوار و ثابت نیاز دارد (مگر اینکه هر دو از 400 BHN تجاوز کنند) و راهنمایی داخلی Sulzer فراتر می رود و توصیه می کند 100 BHN - هر دو مستقیماً برای Monel K500 اعمال شود، که به طور غیرمعمولی به راحتی قابل تعیین سختی سنی{7} است.
مکانیزم سخت شدن آلومینیومی-عصر تیتانیوم- Monel K500 به طراحان این امکان را می‌دهد تا بدون تغییر خانواده‌های آلیاژی، این دیفرانسیل را ایجاد کنند. در شرایط آنیل شده، Monel K500 معمولاً در محدوده 150-200 HB اجرا می شود. پس از سخت شدن کامل سن، معمولاً به 250-330 HB (تقریبا راکول C24-C35) می رسد، مطابق با شرایط پیری 321 HB / Rockwell C34 که در آزمایش های گالینگ بالا استفاده می شود. این یک نوسان بیش از 100 HB بین حالت های آنیل شده و کهنه شده همان آلیاژ است - بیش از حد کافی برای ارضای توصیه سختگیرانه 100 BHN سولزر در صورتی که یکی از اجزای جفت گیری آنیل شود و دیگری کاملاً کهنه شود.
|
قانون |
مورد نیاز |
|
API 610 (ویرایش یازدهم، §6.10) حداقل اختلاف سختی |
حداقل 50 BHN اختلاف بین مواد حلقه ای در حال چرخش و سایش ثابت، مگر اینکه هر دو سطح از 400 BHN تجاوز کنند. |
|
راهنمای قابلیت اطمینان داخلی سولزر |
حداقل 100 تفاوت BHN برای مقاومت در برابر گازدهی قابل اعتماد در قطعات سایش پمپ گریز از مرکز توصیه می شود |
|
وضعیت آنیل شده مونل K500 (معمولی) |
≈ 150-200 HB |
|
Monel K500 کاملاً سن-شرایط سخت شده (معمولی) |
≈ 250-330 HB (≈ Rockwell C24-C35) |
جدول 3. API 610 و سختی Sulzer{2}}در مقایسه با محدوده سختی معمولی قابل دستیابی در خط تولید Monel K500.
چه موادی-استراتژی‌های جفت‌سازی واقعاً از گالینگ Monel K500 در سرویس جلوگیری می‌کند؟
قابل اعتمادترین راهبردها عبارتند از: (1) جفت کردن Monel K500 قدیمی در برابر مونل 400 آنیل شده یا آلیاژ نیکل کمتر{3} مشابه دیگر برای ایجاد یک سختی و تفاوت شیمیایی واقعی، (2) جایگزینی-گالینگ ساخته شده-ساخته شده-برای سطوح مقاوم در برابر نیکل (30) با استفاده از آلیاژ ماترو مقاوم در برابر 6. ضد-ترکیب ضد گیر کردن یا یک لایه{10}خشک / روکش PTFE بر روی هر گونه رزوه ای یا کشویی Monel K500 به عنوان یک مرحله مونتاژ اجباری، نه یک اقدام احتیاطی اختیاری.
|
برنامه |
تمرین توصیه شده |
|
ساقه سوپاپ در یک بوش برنزی یا ضد زنگ |
یک بوش آلیاژی متفاوت-(آلومینیوم برنز، Nitronic 60 یا 17-4 PH) را به هر بوش نیکل-مسی ترجیح دهید. فاصله های در حال اجرا را به اندازه کافی سخاوتمندانه مشخص کنید تا از مالش فلز-به فلز تحت حرکت ساقه معمولی جلوگیری کنید. |
|
حلقه های سایش پمپ (حلقه پروانه در مقابل حلقه پوشش) |
قانون API 610 50 BHN را به عنوان حداقل، 100 BHN Sulzer در جایی که قابلیت اطمینان حیاتی است، اعمال کنید. این کار را با پیرکردن یک حلقه و باز گذاشتن حلقه دیگر آنیل یا با جفت کردن Monel K500 در برابر آلیاژی کاملاً غیر مشابه مانند آلومینیوم برنز یا Nitronic 60 به دست آورید. |
|
بست های رزوه ای (مخاط/مهره K500) |
هرگز Monel K500 را به صورت خشک-خود جفت مونتاژ نکنید. از مهره Monel 400 روی گل میخ Monel K500 برای اختلاف سختی استفاده کنید و همیشه از ترکیب ضد گیر کردن بدون در نظر گرفتن جفت سختی انتخاب شده استفاده کنید. |
|
آستین میل پمپ و توپی پروانه |
در جایی که شفت برای استحکام Monel K500 است، به جای مونل-روی-مناسب، یک لایه آستین یا مواد سطح سایش متفاوت در ناحیه تماس مشخص کنید، به‌ویژه در پمپ‌های خدمات دریایی و ترش{3}} که در آنها حذف شفت برای تعمیر و نگهداری به ندرت انجام می‌شود. |
|
هر مناسبت کشویی یا چرخشی Monel K500 |
هنگامی که یک جفت آلیاژ کاملاً متفاوت به دلایل خوردگی یا نفوذپذیری مغناطیسی عملی نیست، یک تیمار سطح کروم-آغشته شده، منگنز- یا سخت{2}}کروم در یک طرف زوج را در نظر بگیرید. |
جدول 4. راهنمای انتخاب و مونتاژ مواد عملی-برای کاربردهای شیر، پمپ و بست Monel K500.
هیچ یک از این اقدامات مستلزم کنار گذاشتن مزایای خوردگی و استحکام Monel K500 نیست - آنها فقط باید در مرحله طراحی به این نکته توجه داشته باشند که مقاومت در برابر ضربه باید جدا از مقاومت در برابر خوردگی در اتصال یا جفت سایش مهندسی شود. خود-جفت شدن Monel K500 در برابر خودش، بدون تفاوت سختی عمدی، عملیات سطحی، یا روان کننده، پیکربندی است که داده های بالا نشان می دهند اساساً هرگز نباید برای تناسب کشویی یا رزوه ای مشخص شود.
چه زمانی هنوز منطقی است که Monel K500 را انتخاب کنید، علیرغم خطر شدید آن؟
زمانی که یک قطعه نیاز به خدمات شیمیایی دارای تحمل خوردگی مونل-در آب دریا، گاز ترش یا کلرید{2}}در ترکیب با تقریباً سه برابر قدرت تسلیم مونل 400 - داشته باشد، به شرطی که خطر تسلیم شدن از طریق استراتژی‌های جفت‌سازی به جای علامت‌گذاری مدیریت شود، مونل K500 انتخاب مناسبی است.
ارزش پیشنهادی Monel K500 مشخص است: نرخ خوردگی بسیار پایین در-آب دریا با سرعت بالا، مقاومت در برابر محیط‌های گاز ترش (H2S/CO2) و رفتار غیر مغناطیسی، همگی با تقریبی سه برابر قدرت تسلیم و دو برابر مقاومت کششی ترکیبی ترکیب شده است. شفت‌ها، کوپلینگ‌های محور پروانه، میل سوپاپ‌ها، و-بسته‌کننده‌های دریایی پیش‌بارگیری بالا، علیرغم حساسیت تند، - جایگزینی ارزان‌تر{10}}به نسبت مقاومت در برابر خوردگی{12}}در آن محیط‌ها مشابه نیست. وظیفه مهندسی اجتناب از Monel K500 نیست، بلکه اطمینان از این است که هرگز از آن خواسته نمی‌شود که بدون اقدام متقابل عمدی روی خود لغزنده یا نخ بکشد.
سوالات متداول
تنش گالینگ آستانه مونل K500 چقدر است؟
خود-آلیاژهای معمولی مانند Type 304، Type 316، 17-4 PH، و Nitronic 50، گال‌های قدیمی Monel K500 با کمترین تنش آزمایش شده در تست استاندارد شده دکمه-و بلوک (2 ksi / 14 مگاپاسکال) جفت می‌شوند. جفت شدن آن با Nitronic 60 آستانه را به حدود 17 ksi (117 مگاپاسکال) افزایش می دهد.
آیا Monel K500 باید در میل سوپاپ یا بوش در برابر خودش اجرا شود؟
خیر. Monel K500 جفت شده خود اساساً هیچ حاشیه ای در تماس لغزنده بدون روغن ندارد. یک بوش آلیاژی متفاوت-، تفاوت سختی بین قطعات جفت شونده، یا عملیات ضد گیر کردن/سطح باید همیشه مشخص شود.
آیا سختی به تنهایی مانع از گند زدگی Monel K500 می شود؟
قابل اعتماد نیست. داده‌های آزمایش نشان می‌دهد که Monel K500 در کمترین بار آزمایشی حتی در برابر PH 17-4 ضربه می‌زند، که بسیار سخت‌تر است. مقاومت در برابر ضربه بیشتر به پایداری لایه سطحی و ریزساختار بستگی دارد تا سختی به تنهایی، اگرچه یک تفاوت سختی واقعی (در API 610) همچنان کمک می کند.
API 610 برای حلقه های سایش پمپ به چه دیفرانسیل سختی نیاز دارد؟
حداقل 50 عدد سختی برینل (BHN) بین سطوح سایش دوار و ثابت، مگر اینکه هر دو از 400 BHN تجاوز کنند. راهنمای قابلیت اطمینان داخلی Sulzer 100 BHN را توصیه می کند. محدوده سختی بازپخت شده-تا-محدوده سختی قدیمی (تقریباً 150 تا 330 HB) Monel K500 می‌تواند هر دو قانون را در یک خانواده آلیاژی برآورده کند.
چه آلیاژی معمولاً برای جلوگیری از گال شدن Monel K500 جایگزین می شود؟
Nitronic 60 (UNS S21800) متداول‌ترین جایگزین برای سطح سایش جفت‌گیری است، به لطف لایه اکسیدی پایدار و ظرفیت سخت‌شدگی بالا{2}}. برنز آلومینیومی و PH 17-4 نیز به همراه جفت شدن ساده Monel K500 قدیمی در برابر Monel 400 آنیل شده استفاده می شود.
