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Monel 400

    Ni68Cu28Fe / Monel 400 合金是一種用量最大、用途最廣、綜合性能最佳的耐蝕鎳銅合金。由于化學(xué)成分上的差異，它又可以有多種合金牌號，但是他們之間在耐蝕性上并沒有顯著差別。

一、化學(xué)成分和組織特點(diǎn)

 Monel 400 合金的化學(xué)成分主要由30%Cu和65%Ni加上少量的Fe(1%～2%)所組成。組織結(jié)構(gòu)為典型單相奧氏體組織。由于鎳和銅可以任何比例互溶，故一般沒有金屬間相析出。在金相顯微鏡下非浸蝕條件觀察此合金的組織，可見奧氏體基體上有非常彌散的非金屬雜夾物，例如硫化物和硅酸鹽。在某些條件下，也可觀察到有碳化物存在。

二、耐蝕性能

 前面已經(jīng)提到鎳銅合金較純鎳更耐還原性介質(zhì)的腐蝕，而較純銅更耐氧化性介質(zhì)的腐蝕。Monel 400合金也不例外，由于Monel 400合金是呈單相奧氏體組織，因此，此合金不存在由于復(fù)相合金不同相間電偶反應(yīng)而引起的腐蝕。

1. 大氣腐蝕

 在大氣中，Monel 400 合金具有極高的耐腐蝕性，屬于極耐腐蝕的合金。

2. 水腐蝕

  目前許多工業(yè)合金，例如不銹鋼和鋁合金等，在工業(yè)水腐蝕所遇到最為頭疼的問題就是點(diǎn)蝕和應(yīng)力腐蝕。即使它們耐一般腐蝕性能非常好，但是一旦遇到水腐蝕，選擇不銹鋼和鋁合金時(shí)就要慎重對待。但是，Monel 400 合金在多少水腐蝕情況下，不僅耐腐蝕性極佳，而且點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕等也很少發(fā)現(xiàn)。在天然水和蒸餾水中，Monel 400合金是極耐腐蝕，腐蝕速率一般 小于0.025mm/a(包括不同溫度、不同流速和充入空氣的許多苛刻的條件）在酸性含氧化性鹽類的礦漿水中，對Monel 400 合金的腐蝕會加重，但仍屬于耐蝕材料之列。在核反應(yīng)堆高純水條件下，Monel 400 合金腐蝕速率比普通的Ni-Cr合金0Cr15Ni75Fe和含鈮不銹鋼0Cr18Ni11Nb高出2～3倍。

  在蒸汽和水共存的條件下，例如在冷凝器中，如果有二氧化碳和空氣存在，Monel 400合金在氣相中將有明顯的腐蝕。試驗(yàn)表明，氣相中含有70%二氧化碳和30%空氣，71℃的蒸汽冷凝時(shí)，Monel 400 合金的腐蝕速率可達(dá)1.5mm/a，當(dāng)氣相中的二氧化碳和空氣的比例有變化時(shí)，此合金的腐蝕速率則有所降低，在天然和人造海水中，Monel 400合金有優(yōu)良的耐蝕性。在有空蝕-磨蝕條件下，此合金的耐蝕性更為優(yōu)越。因此，它可以制造螺旋槳和軸、泵軸、冷凝器傳熱管和葉輪等。在海水中，Monel 400 合金的另一個(gè)重要用途是制造采油平臺飛濺區(qū)防海水腐蝕的結(jié)構(gòu)部件。Monel 400 合金在強(qiáng)攪動(dòng)，有空氣存在的海水中，其腐蝕速率一般不超過0.026mm/a。但是在靜止的海水中，Monel 400 合金易產(chǎn)生點(diǎn)蝕，而此種點(diǎn)蝕擴(kuò)展確很慢，幾年后其深度也不會超過1.3mm。

3. 高溫腐蝕

   在空氣和氧中的試驗(yàn)表明，Monel 400 合金的抗氧化能力要低于純鎳。此時(shí)，合金表面氧化膜的外層含有CuO和Cu2O,而內(nèi)層富鎳，基本上市純氧化鎳。Monel 400 合金在空氣中連續(xù)工作的溫度一般認(rèn)為是在600℃左右。

  在高溫蒸汽中，（無論是干的還是濕的蒸汽），Monel400合金的使用溫度要低于485℃。在高流速的蒸汽中，Monel 400 合金的耐沖蝕性也很好。受應(yīng)力的Monel 400 合金在溫度高于455℃蒸汽中會產(chǎn)生沿晶脆化，此種現(xiàn)象尤以474℃和500℃尤為明顯。這也是確定此合金用于蒸汽中上限溫度的主要依據(jù)。在150～250℃干蒸汽中，試驗(yàn)1000～1150 小時(shí)，Monel 400 合金的腐蝕率為≤0.026mm/a。

4. 氨

由于Monel 400 合金鎳含量高，故可耐585℃以下無水氨和氮化條件下的腐蝕。

5. 硫

 與鎳相似，Monel 400 合金在熔融硫和焊硫介質(zhì)中由于易形成低熔點(diǎn)的硫化鎳而受到腐蝕。其使用溫度一般不高于320℃和370℃。前者是Monel 400 合金對于還原性硫和硫化物（液態(tài)硫和蒸汽，硫化氫）而言，而后者是Monel 400 合金用于氧化性硫化物（如二氧化硫）中而言。

三、力學(xué)性能

四、焊接性能

  Monel 400 合金焊接性能良好，它可采用下述方法與匹配的焊絲焊條進(jìn)行焊接。

  TIG 和 MIG 法，可用 Monel 60 焊絲；

  手工電弧焊法，可用 Monel 190 焊條；

  埋弧焊，可用 Monel 60 填絲 和 Incofax 5 埋弧焊劑 。

  當(dāng)與碳鋼和低合金鋼焊接時(shí)，可用 Monel 190 焊條。

五、冷熱加工性能

Monel 400 合金高溫下變形抗力小，故易于熱加工和熱成型。適宜的熱加工的溫度為650～1177℃。對于苛刻的熱變形條件，建議在 927～1177℃間熱加工。對于輕微變形，則可在649℃下進(jìn)行。溫度較低時(shí)的熱加工，可得到較高的強(qiáng)度和較微細(xì)的晶粒。此合金由于具有奧氏體組織和高的塑、韌性以及低的冷加工硬化傾向，故極易冷加工變形和成型。其冷加工硬化傾向高于碳鋼，但遠(yuǎn)比一般鉻鎳奧氏體不銹鋼低。

六、熱處理工藝

為了獲得強(qiáng)度、塑性與耐蝕性的良好配合，Monel 400 合金一般需要進(jìn)行熱處理。試驗(yàn)表明，隨熱處理溫度升高，此合金的強(qiáng)度降低，塑性、韌性增加。Monel 400 合金的固溶（退火）溫度一般選在871～982℃，消除應(yīng)力熱處理（即消除殘余應(yīng)力，又可導(dǎo)致合金的再結(jié)晶）可在538～566℃間進(jìn)行。為了耐應(yīng)力腐蝕，消除應(yīng)力熱處理也可以在538～649℃間進(jìn)行。隨著熱處理的溫度不同，Monel 400 合金的晶粒尺寸不同。

七、材料應(yīng)用

Monel 400 合金是鎳基耐蝕合金中用量較大的一種，它主要應(yīng)用于化學(xué)和石化工業(yè)及海洋開發(fā)中，制造各種換熱設(shè)備、鍋爐水加熱器、石油和化工（包括核化工）用管線、容器、塔、槽、反應(yīng)釜、彈性部件以及泵、閥、軸等。由于Monel 400 合金具有優(yōu)良的冷、熱加工性能，因此，此合金的冶金產(chǎn)品品種、規(guī)格齊全，可生產(chǎn)板、管（包括焊管）、絲、帶、棒材、鍛件等產(chǎn)品。