Monel Alloy N04400板材熱處理工藝

供稿|楊哲，楊晗，程偉

作者單位：寶鈦集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721014

內(nèi)容導(dǎo)讀

Monel N04400合金是一種具有廣闊市場應(yīng)用前景的鎳銅耐蝕合金，為了獲得綜合性能優(yōu)異以及各項(xiàng)性能指標(biāo)完全滿足工程結(jié)構(gòu)用板材標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，本文對Monel alloy N04400板材采取750、850和950 ℃三種熱處理工藝進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，以獲得最佳熱處理工藝參數(shù)。拉伸性能實(shí)驗(yàn)和金相組織取樣分析表明，退火熱處理溫度為850 ℃、快冷固溶處理可以獲得最佳的組織形貌和力學(xué)性能，完全滿足ASTM B127標(biāo)準(zhǔn)的要求。

Monel N04400合金主要成分是鎳和銅，具有良好的綜合性能，是一種用量很大的耐蝕合金，具有良好的可加工性，適合加工成管、板、棒材等各種形狀，其中中厚板所占比例很大，具有廣闊的市場應(yīng)用前景[1-3]。

鎳與銅二者無限互溶，可以在較寬的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理，如采用去應(yīng)力、完全退火以及固溶處理等，但是為了獲得綜合性能優(yōu)異以及各項(xiàng)性能指標(biāo)完全滿足工程結(jié)構(gòu)用板材標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，需要對該合金板材的熱處理工藝開展研究，以獲得最佳工藝。本文對3種不同熱處理工藝的合金板材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對比分析了不同退火熱處理溫度下合金板材的金相組織和拉伸性能間的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)所用原料為真空感應(yīng)熔煉加電渣重熔雙聯(lián)法熔煉鑄錠經(jīng)過鍛造、軋制而成的厚度為8 mm的板材，化學(xué)成分見表1。

表1 N04400化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

制定的實(shí)驗(yàn)工藝方案見表2。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本實(shí)驗(yàn)結(jié)合鎳銅二元合金相圖(見圖1)，Ni-30Cu在350 ℃左右發(fā)生分解，產(chǎn)物為α1和α2，因此該合金退火熱處理保溫結(jié)束后宜采用快速冷卻，如風(fēng)冷或水冷。本實(shí)驗(yàn)中采用水冷，一方面是可以避免第二相析出，以求獲得均勻單一的組織，提高其耐腐蝕性能；另一方面是為了減少鎳銅合金在長時(shí)間加熱后產(chǎn)生厚重的氧化層，這種氧化層是一種復(fù)雜的鎳銅產(chǎn)物，如果同時(shí)與緩冷的分解產(chǎn)物結(jié)合，表面將難以處理。

表2 實(shí)驗(yàn)方案及試樣編號

圖1 鎳銅二元合金相圖

不同熱處理工藝下板材的金相組織

板材熱處理后的金相組織見圖2。

圖2 N04400金相組織：(a) 750 ℃；(b) 850 ℃；(c) 950 ℃

由圖可見，1#樣經(jīng)過750 ℃退火處理后，開始發(fā)生不完全的再結(jié)晶，內(nèi)部仍然殘留有可見的變形組織。2#樣經(jīng)過850 ℃退火處理后，已經(jīng)完全再結(jié)晶，且組織均勻，無其他相的出現(xiàn)。3#樣經(jīng)過950 ℃退火處理后，合金的晶粒隨著熱處理溫度升高而長大，晶粒內(nèi)部有孿晶出現(xiàn)。因此，認(rèn)為經(jīng)過850 ℃退火熱處理后可以獲得良好的金相組織。

合金板材性能分析

不同熱處理工藝處理的試樣實(shí)測力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表3。隨著溫度的升高，強(qiáng)度值下降，延伸率提高。其中1#樣的延伸率，3#樣的強(qiáng)度值低于標(biāo)準(zhǔn)要求，不能滿足使用的要求。2#樣品的性能指標(biāo)完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，表明該熱處理工藝為最佳。

表3 N04400合金板材力學(xué)性能

板材表面質(zhì)量

對合金板材采用固溶處理、水冷快速冷卻，表面質(zhì)量得到很大的改善，顯著減少了以往空冷退火產(chǎn)生的厚重的氧化皮，表面較為光潔，后續(xù)精整處理只需要簡單磨光即可。

結(jié)束語

通過對3種不同熱處理工藝的合金板材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和分析，發(fā)現(xiàn)：Monel Alloy N04400板材采用850 ℃退火、快冷的固溶熱處理后可以獲得良好的組織和性能，能夠滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；板材表面質(zhì)量相對于空冷退火有較大改善。