Primární role Al a Ti v Monel K500 je tvořitintermetalické sraženinyběhem stárnutí tepelného zpracování, což je základní mechanismus pro zlepšení pevnosti a tvrdosti slitiny. Postup a princip jsou následující:
Fáze rozpouštěcího žíhání
Monel K500 se nejprve zahřeje na teplotu 980–1040 stupňů a poté se rychle ochladí. V tomto kroku jsou atomy Al a Ti zcela rozpuštěny v nikl-měděné (-fáze) matrici za vzniku přesyceného pevného roztoku. V této fázi je pevnost slitiny podobná pevnosti žíhaného Monelu 400, protože fáze zpevnění se ještě nevysrážely.
Fáze stárnutí
Přesycený pevný roztok se zahřeje na 480–510 stupňů a udržuje se 4–6 hodin. Během tohoto řízeného tepelného zpracování atomy Al a Ti pomalu difundují do matrice a reagují s atomy niklu za vzniku dvou typů jemných, uspořádaných intermetalických fází:
Ni₃Al (gama prime, ′ fáze): Vzniká kombinací atomů niklu a hliníku, se sférickou morfologií a rovnoměrným rozložením v matrici.
Ni₃Ti (gama dvojité prime, ″ fáze): Vzniká reakcí mezi atomy niklu a titanu, typicky se jeví jako jehličkovité -nebo kotoučové- částice s menší velikostí než ′ fáze.
Posilovací mechanismus
Tyto jemné ′ a ″ precipitáty jsou koherentní s nikl-měděnou matricí (tj. jejich krystalové mřížky jsou dobře- sladěny s matricí). Působí jako „překážky“, které blokují pohyb dislokací uvnitř slitiny. Když je slitina vystavena vnějšímu namáhání, dislokace musí tyto precipitáty obejít nebo proříznout, což spotřebovává další energii a tím výrazně zlepšuje pevnost slitiny.konečná pevnost v tahu, mez kluzu a tvrdost.
Poměr obsahu Al a Ti je přísně kontrolován (Al: 2,3–3,15 % hmotn.; Ti: 0,35–0,85 % hmotn.), aby byl zajištěn optimální objemový podíl precipitátů (5–8 % celkové mikrostruktury). Nadměrný obsah Al nebo Ti by vedl k tvorbě hrubých precipitátů, které nejen snižují zpevňovací účinek, ale také zhoršují houževnatost slitiny.
Kromě zpevnění srážením poskytují Al a Ti také další výhody pro výkon Monel K500:
Precipitáty Ni3Al a Ni3Ti mají vysokou tepelnou stabilitu a rychle nehrubnou při teplotách pod 315 stupňů. To umožňuje Monelu K500 udržet si svou vysokou pevnost v středně-teplotních provozních prostředích, což je klíčová výhoda oproti za studena{4}}zpracovávanému Monelu 400 (jehož pevnost prudce klesá nad 200 stupňů ). Kromě toho může Al při vysokých teplotách tvořit tenký, hustý film oxidu hlinitého (Al2O3) na povrchu slitiny, který doplňuje film oxidu niklu (NiO) a zvyšuje pevnost slitiny.odolnost proti vysokoteplotní oxidaci-.
Stopa Ti může působit jako azušlechťovač obilíběhem procesu tuhnutí Monel K500. Ti se spojuje s uhlíkem ve slitině a vytváří jemné částice karbidu titanu (TiC), které slouží jako heterogenní nukleační místa během tuhnutí. To inhibuje růst zrn, což má za následek jemnější strukturu zrna. Jemnější velikost zrna nejen zlepšuje pevnost slitiny (podle Hallova -vztahu Petch), ale také zvyšuje její houževnatost a odolnost proti únavě.
Na rozdíl od některých zpevňujících prvků, které snižují odolnost proti korozi, Al a Ti nesnižují vlastní korozní odolnost Monel K500. Precipitáty tvořené Al a Ti jsou chemicky stabilní a netvoří galvanické články s nikl-měděnou matricí v korozivních médiích (např. mořská voda, redukční kyseliny). To zajišťuje, že Monel K500 si zachovává stejnou úroveň odolnosti proti korozi jako Monel 400 při dosažení vyšší pevnosti.
Monel 400 neobsahuje záměrné přísady Al a Ti, takže jej lze zpevnit pouze tvářením za studena s omezeným zlepšením pevnosti. Následující tabulka shrnuje dopad Al a Ti na výkon Monel K500:
Závěrem lze říci, že hliník a titan jsoukritické funkční prvkyMonel K500. Jejich přesné přidání umožňuje zpevnění precipitací, zlepšuje stabilitu při vysokých-teplotách, zjemňuje strukturu zrna a udržuje odolnost proti korozi, díky čemuž je Monel K500 vysoce -pevná proti korozi-slitina vhodná pro nosné-aplikace v drsném prostředí.
