合金400 / Monel 400
NCu30
W.Nr.2.4360 和2.4361
UNS N04400材料特性

MONEL 400(UNSN04400/W.Nr.2.4360 和2.4361/NCu30)是一種只能通過冷做硬化的固溶合金。它在很寬的溫度范圍內(nèi)具有高的強(qiáng)度和韌性并對許多腐蝕環(huán)境具有優(yōu)異抗力。成分見表1。400 合金大量用在許多領(lǐng)域，尤其是海洋和化工過程。典型的應(yīng)用為泵、閥；泵和葉輪軸；海洋應(yīng)用固定件和緊固件；電力和電子部件；
彈簧；化工設(shè)備；油氣和淡水罐；原油靜止器；過程容器和管道；鍋爐供水加熱器和其和其它熱交換器以及除氣加熱器。
表1 牌號及標(biāo)準(zhǔn)材料
牌號標(biāo)準(zhǔn)
系列標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)
成分管材板材棒材帶材焊絲鍛件無縫管焊接管美標(biāo)
N04400ASME SB 165
SB 163
SB 829SB 751
SB 775SB 127
SB 906SB 164SB 127AWS A 5.14SB 564國標(biāo)
NCu30
NW4400GB/T52352882/205444352072 26030NB/T 47019
47047/47046///47028JB/T 4748////

表2 化學(xué)成分元素Ni+CoCuFeMnCN04400標(biāo)準(zhǔn) 6328.0~34.0 2.5 2.0 0.3NCu30標(biāo)準(zhǔn) 6328.0~34.0 2.5 2.0 0.3元素SiSPCrAlN04400標(biāo)準(zhǔn) 0.5 0.024 NCu30標(biāo)準(zhǔn) 0.5 0.024 0.005

表3 物理性能密度8.9 g/cm 熔點(diǎn)1300~1350℃

表4 室溫和高溫典型物理性能溫度（℃）膨脹系數(shù)（ m/m ℃）導(dǎo)熱系數(shù)（W/m ℃）比熱
（J/Kg ℃）電子系數(shù)（ m）-200 360-18011.116.5223 -13011.418.2320 -7012.119.8378 11 22.04270.51110014.224.04450.53720015.226.94590.55930015.731.04700.57440016.133.4 0.58750016.336.5 0.60360016.639.4 0.62070017.032.4 0.63980017.445.5 0.65890017.748.8 0.675100018.1 0.692機(jī)械性能

拉伸性能和硬度MONEL400合金的常用室溫拉伸性能見表5。冷軋板材和帶材在各種不同回火下的硬度數(shù)值見表6。圖1 和2 為由典型數(shù)據(jù)繪制的硬度與棒材和鍛件、
冷軋板和帶材的性能關(guān)系。熱軋退火材料短時(shí)高溫性能見圖3。MONEL 400合金在零度以下具有優(yōu)異的機(jī)械性能。強(qiáng)度和硬度的增加僅僅很少損傷延展性或沖擊抗力。即使冷卻到液氫溫度，該合金也不會發(fā)生從易延展到脆化的轉(zhuǎn)變。這和許多鐵基材料相比形成顯著對照，雖然鐵基材料通常在低溫下強(qiáng)度增高但會變脆。表7給出了合金在低溫下的機(jī)械性能。
表5 常用室溫拉伸性能類型和尺寸抗拉強(qiáng)度
（MPa）屈服強(qiáng)度0.2%,（MPa）延伸率（50mm）
（%）硬度布氏洛氏B棒材冷加工 圓棒， 12.7 760 415 8① 四方、六方，長方等， 12.7 585 380 10① 冷加工-去應(yīng)力 圓棒，＜12.7 580 345 10① 圓棒，12.7~88.9 600 415 20 圓棒，＞88.9~101.6 580 380 20 四方、六方，長方， 50.8 580 345 20① 六角 54 552 276 30 熱加工或熱加工去應(yīng)力 四方、六方，長方， 305
六角 54 552 276 30② 四方、六方，長方，＞305~356 517 276 30 六方：＞54~102 517 207 25 圓環(huán)和圓盤 75-95退火態(tài)的 桿、棒 480 170 35 所有尺寸的圓環(huán)和圓盤 60-75熱軋板退火的 485 195 35 冷軋板退火的（ 0.25mm）485~585 195 35 1/4淬硬的  73-831/2淬硬的  82-90淬硬的 690 620 2 帶材 退火的 380 100 40 表面淬硬的  68-731/4淬硬的  73-831/2淬硬的  82-90類型和尺寸抗拉強(qiáng)度
（MPa）屈服強(qiáng)度0.2%,（MPa）延伸率（50mm）
（%）硬度布氏洛氏B3/4淬硬的  89-94淬硬的 690 620 2 回復(fù)回火  98管材退火 127mm 480 195 35 ＞127mm 480 170 35 去應(yīng)力 585 380 15 換熱管退火 483 193 35 去應(yīng)力 586 379 15  75

注：①不適用于尺寸小于2.4mm的產(chǎn)品②熱加工厚度 7.9mm的板延伸率 20%
   
    圖1 熱軋與冷拔MONEL400 合金棒材                         圖2 冷軋MONEL400 合金板材和帶材的
    和鍛件的拉伸性能與硬度的大致關(guān)系                       拉伸性能與硬度的大致關(guān)系

表6 MONEL 400 合金在低溫的拉伸性能




圖3 退火MONEL400 合金的高溫性能

蠕變與斷裂性能
MONEL 鎳銅合金400 在溫度直到并包括537℃的氧化氣氛中是有用的。如果合金是在還原氣氛中，更高的溫度也可以使用。蠕變與開裂性能見圖4-8。
    
  圖4 熱軋MONEL400合金的蠕變性能               圖5 冷拔退火（1500 F /3 小時(shí)）的
                                                                              MONEL400合金的蠕變性能
          
  圖6 20%冷拔、去應(yīng)力（ 1000/8 小時(shí)）    圖7 冷拔退火(1500 F /30min)MONEL400
  的斷裂MONEL400合金的蠕變性能                   斷裂蠕變性能                         

圖8 冷拔去應(yīng)力(1100 F /8h)MONEL400 斷裂性能金相結(jié)構(gòu)

400合金為面心立方晶格結(jié)構(gòu)，鎳-銅合金是鎳和銅元素完全互溶奧氏體組織。耐腐蝕性

MONEL400 合金對許多還原性介質(zhì)表現(xiàn)出抗腐蝕性。它通常也比高含銅合金更耐氧化性介質(zhì)。這種多功能性使得MONEL400 合金適合在不同環(huán)境中使用。400 合金大量應(yīng)用在海洋環(huán)境。雖然在流動(dòng)海水中400 合金的腐蝕速率極低，但已發(fā)現(xiàn)停滯條件會產(chǎn)生縫隙腐蝕和點(diǎn)蝕。400 合金在大多數(shù)新鮮和工業(yè)水中也抗應(yīng)力腐蝕開裂和點(diǎn)蝕。
MONEL400 合金對所有濃度的酸直到沸點(diǎn)都具有出色的腐蝕抗力。它也許是所有通用工程合金中耐蝕的。400 合金對在還原性的很多形式的含硫和氯化氫的酸也耐蝕。
 熱加工及熱處理

在還原性氣氛加熱和冷卻或水-酒精溶液中淬火都會保留光亮并不會變色。冷卻速度沒有明顯的影響。400合金在加熱后在空氣中冷卻將會形成附著性的氧化膜。冷加工和熱成型的MONEL400合金都需要進(jìn)行熱處理來優(yōu)化綜合強(qiáng)度和延展性并減少在隨后的機(jī)械加工中的變形。熱處理如何影響性能見圖9。冷加工材料的均應(yīng)力處理會引起在0.00%應(yīng)變時(shí)屈服強(qiáng)度的增加而不明顯影響其它性能（見圖9）。

圖9 退火（3 小時(shí)）對MONEL400 合金冷拔棒材室溫性能的影響
均應(yīng)力是將材料在300℃保持3小時(shí)。去應(yīng)力將減少應(yīng)力而不產(chǎn)生晶粒結(jié)構(gòu)的重結(jié)晶。推薦這種處理是為了在去除金屬后來得到小的變形。在535F-565℃ 加熱1-2 小時(shí)會減輕無論熱或冷加工產(chǎn)生的應(yīng)變。
強(qiáng)烈推薦在某些環(huán)境下需要預(yù)防應(yīng)力腐蝕開裂時(shí)進(jìn)行消應(yīng)力處理（537-649℃/1 小時(shí)，然后慢速冷卻）。如圖9所示，消應(yīng)力會稍微降低拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和硬度并輕微的提高延伸率。
退火會完全軟化加工硬化的材料。需要的時(shí)間和溫度取決于先前的冷加工量。通常400 合金是用開式法加熱到870-982℃ 保溫2-10分鐘來退火的;反之，箱式退火在760-815℃ 下退火1-3小時(shí)在大多數(shù)情況下可以達(dá)到滿意效果。
圖9和10比較了加熱對冷拔和熱軋材料性能的影響。在這些實(shí)驗(yàn)中，冷拔棒材是經(jīng)過3 小時(shí)在705℃退火狀態(tài)，熱軋板材是在800℃ /3 小時(shí)退火。大多數(shù)時(shí)間-溫度-硬度關(guān)系曲線見圖11。這些數(shù)據(jù)可以用來作為建立應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)。當(dāng)材料在退火溫度范圍上限時(shí)加熱時(shí)會出現(xiàn)晶粒長大。圖12 給出了冷軋帶材開式退火可能出現(xiàn)的晶粒尺寸。

圖10 退火（3 小時(shí)）對熱軋MONEL400 合金板材室溫性能的影響。
在1470 F 材料被完全退火（硬度由BHN 轉(zhuǎn)換而來）

圖11 MONEL400 冷扎帶材開式退火時(shí)在各種不同溫度
達(dá)到不同硬度需要的大約時(shí)間

圖12 MONEL400 合金冷軋帶材在開式退火時(shí)不同溫度下
獲得不同晶粒尺寸的需要的大約時(shí)間
熱加工：
考慮到熱變形抗力，MONEL400合金與許多鋼材比較是較軟的。所以它可以熱成型成形狀。在熱成型中用合適的溫度是重要的。熱成型溫度范圍為648-1175℃。對大變形量推薦金屬溫度在926-1175℃。少量變形可以在降到648℃進(jìn)行。在較低溫度的加工產(chǎn)生更高的機(jī)械性能和細(xì)小晶粒尺寸。在熱加工溫度范圍長時(shí)間停留是有害的。如果在處理中出現(xiàn)延遲，爐溫應(yīng)該被返回到1040℃并在恢復(fù)操作之前不能回到先前溫度。在情況下合金都不能被加熱到1175以上；否則會造成損害。大變形鍛造不能速度過快以免造成金屬加工過熱。推薦使用光學(xué)高溫計(jì)監(jiān)控同溫度下獲得不同晶粒尺寸的需要的大約時(shí)間在熱彎過程中，金屬應(yīng)該在從爐子中移出后盡快加工。對工具和模具預(yù)熱到260℃對防止材料在加工中的急冷是有幫助的。有些鍛件需要控制鍛造過程來達(dá)到某些對鍛造、熱成型零件的要求。減小量和終成型溫度都要控制來形成需要的性能。
一種用于生產(chǎn)變形量在終加熱后為30-35%的鍛件的方法是：
1. 重加熱；
2. 鍛造斷面到大于終尺寸的5%(完成至少25%變形)
3. 冷卻到705℃；
4. 終加工到尺寸(5%變形)
如在有些軍用標(biāo)準(zhǔn)中描述的,一些高張力鍛件在終重加熱后也需要少30-35%變形. 其方法為:
1. 重加熱；
2. 鍛造斷面到大于終尺寸的25%(完成大約5%變形)；
3. 冷卻到725℃；
4. 終加工到尺寸(25%變形)
重新細(xì)化晶粒的方法是使用1093℃的終重加熱溫度并終重加熱后進(jìn)行的變形量。
冷加工：
MONEL400合金適用于所有冷加工方法.需要的力和加工硬化速率介于低碳鋼和304 不銹鋼之間(見圖17).機(jī)加工

通常來說冷拔或冷拔加去應(yīng)力材料是推薦做適合機(jī)加工并達(dá)到光滑表面。