Zakres twardości stopu monelu i wpływ różnych stanów przetwarzania (wyżarzanie vs. walcowanie na zimno)
1. Zakres twardości stopu monelu
Monel 400
Jest to stop niklu-miedzi,-wzmocniony w postaci stałej, a jego twardość w dużym stopniu zależy od warunków przetwarzania:
Stan wyżarzony: Twardość Brinella (HB) wynosi65–95, Twardość Rockwella B (HRB) wynosi50–70. W tym stanie stop ma najniższą twardość, optymalną ciągliwość i wytrzymałość, dzięki czemu nadaje się do głębokiego tłoczenia, gięcia i innych procesów formowania.
Stan-walcowany na zimno: Wraz ze wzrostem odkształcenia przy obróbce na zimno (np. odkształcenie 20%, 40%, 60%), twardość znacznie wzrasta. Gdy odkształcenie na zimno osiągnie 50–60%, może osiągnąć twardość Brinella (HB).180–220i twardość Rockwella B (HRB).90–100.
Stan potraktowany roztworem-: Podobny do stanu wyżarzonego, z twardością Brinella (HB) w okolicach70–90, który służy do przywracania ciągliwości stopu po obróbce na zimno.
Monel K-500
Jest to utwardzana-wydzieleniowo odmiana Monelu 400, która może osiągnąć wyższą twardość poprzez obróbkę starzeniową:
Stan wyżarzony: Twardość Brinella (HB) wynosi80–100, Twardość Rockwella B (HRB) wynosi60–80, nieco wyższy niż wyżarzany Monel 400 ze względu na swój naturalny skład stopu.
Stan postarzany: Po obróbce przesycającej + starzeniu (zazwyczaj podgrzewaniu do 480–510 stopni i utrzymywaniu przez 4–6 godzin) stop wytrąca drobne fazy wzmacniające Ni₃(Al,Ti). W tym momencie może osiągnąć twardość Brinella (HB).240–280i twardość Rockwella C (HRC).25–35, czyli znacznie więcej niż Monel 400.
Stan-walcowany na zimno + starzony: Połączenie obróbki na zimno i starzenia może jeszcze bardziej poprawić twardość, przy twardości Brinella (HB) do280–320i twardość Rockwella C (HRC) do30–40.
2. Wpływ różnych stanów przetwarzania (wyżarzanie i walcowanie na zimno) na twardość
Wyżarzanie: zmniejszenie twardości, poprawa plastyczności
Wyżarzanie to proces obróbki cieplnej polegający na podgrzaniu stopu do temperatury wyższej od jego temperatury rekrystalizacji (zwykle 870–920 stopni w przypadku stopu Monel), przetrzymaniu go przez pewien czas, a następnie powolnym chłodzeniu.
Mechanizm: Podczas wyżarzania odkształcone ziarna stopu-obrobionego na zimno ulegają rekrystalizacji, tworząc nowe ziarna równoosiowe. Eliminowane są przemieszczenia powstające podczas obróbki na zimno i uwalniane są naprężenia wewnętrzne stopu.
Wpływ na twardość: Wyżarzanie znacznie zmniejsza twardość stopu Monel, przywracając go do najniższego poziomu stopu. Na przykład-walcowany na zimno Monel 400 z HB 200 można po pełnym wyżarzaniu uzyskać HB 70–90.
Scenariusz zastosowania: Wyżarzony stop Monel nadaje się do procesów wymagających dużej odkształcalności, takich jak tłoczenie, kucie i spawanie.
Obróbka walcowania na zimno: zwiększenie twardości, zmniejszenie plastyczności
Walcowanie na zimno oznacza walcowanie stopu w temperaturze niższej od jego temperatury rekrystalizacji (zwykle w temperaturze pokojowej).
Mechanizm: Walcowanie na zimno powoduje odkształcenie plastyczne ziaren stopu, co prowadzi do powielania i splątania dyslokacji, a także wydłużenia i rozdrobnienia ziaren. Ruch dyslokacji jest utrudniony, co powodujehartowanie przez pracęstopu.
Wpływ na twardość: Twardość wzrasta liniowo wraz ze wzrostem odkształcenia na zimno. Gdy odkształcenie jest małe (10–20%), wzrost twardości jest łagodny; gdy odkształcenie przekracza 40%, twardość gwałtownie wzrasta. Na przykład Monel 400 może osiągnąć wzrost twardości o ponad 100% po 60% walcowaniu na zimno.
Efekt uboczny: Poprawiając twardość, walcowanie na zimno znacznie zmniejsza plastyczność stopu (np. wydłużenie zmniejsza się z 35–40% w stanie wyżarzonym do mniej niż 5% w stanie walcowanym na zimno-odkształcającym się-z dużym odkształceniem), czyniąc go podatnym na pękanie podczas późniejszej obróbki.
Podsumowanie stopnia oddziaływania
Stan przetwarzania jest jednym zczynniki dominującewpływające na twardość stopu Monel. W przypadku Monel 400 może to być twardość-walcowania na zimno2-3 razy wyższeniż w stanie wyżarzonym. W przypadku Monel K-500 połączenie walcowania na zimno i starzenia może jeszcze bardziej zwiększyć różnicę w twardości, powodując, że twardość stanu wzmocnionego3–4 razy wyższeniż w stanie wyżarzonym.
