Monel Alloy N04400板材热处理工艺

供稿|杨哲，杨晗，程伟

作者单位：宝钛集团有限公司，陕西 宝鸡 721014

内容导读

Monel N04400合金是一种具有广阔市场应用前景的镍铜耐蚀合金，为了获得综合性能优异以及各项性能指标完全满足工程结构用板材标准的产品，本文对Monel alloy N04400板材采取750、850和950 ℃三种热处理工艺进行对比实验，以获得最佳热处理工艺参数。拉伸性能实验和金相组织取样分析表明，退火热处理温度为850 ℃、快冷固溶处理可以获得最佳的组织形貌和力学性能，完全满足ASTM B127标准的要求。

Monel N04400合金主要成分是镍和铜，具有良好的综合性能，是一种用量很大的耐蚀合金，具有良好的可加工性，适合加工成管、板、棒材等各种形状，其中中厚板所占比例很大，具有广阔的市场应用前景[1-3]。

镍与铜二者无限互溶，可以在较宽的温度范围内进行热处理，如采用去应力、完全退火以及固溶处理等，但是为了获得综合性能优异以及各项性能指标完全满足工程结构用板材标准的产品，需要对该合金板材的热处理工艺开展研究，以获得最佳工艺。本文对3种不同热处理工艺的合金板材进行实验，对比分析了不同退火热处理温度下合金板材的金相组织和拉伸性能间的关系。

实验方法

实验所用原料为真空感应熔炼加电渣重熔双联法熔炼铸锭经过锻造、轧制而成的厚度为8 mm的板材，化学成分见表1。

表1 N04400化学成分(质量分数，%)

制定的实验工艺方案见表2。

实验结果与分析

本实验结合镍铜二元合金相图(见图1)，Ni-30Cu在350 ℃左右发生分解，产物为α1和α2，因此该合金退火热处理保温结束后宜采用快速冷却，如风冷或水冷。本实验中采用水冷，一方面是可以避免第二相析出，以求获得均匀单一的组织，提高其耐腐蚀性能；另一方面是为了减少镍铜合金在长时间加热后产生厚重的氧化层，这种氧化层是一种复杂的镍铜产物，如果同时与缓冷的分解产物结合，表面将难以处理。

表2 实验方案及试样编号

图1 镍铜二元合金相图

不同热处理工艺下板材的金相组织

板材热处理后的金相组织见图2。

图2 N04400金相组织：(a) 750 ℃；(b) 850 ℃；(c) 950 ℃

由图可见，1#样经过750 ℃退火处理后，开始发生不完全的再结晶，内部仍然残留有可见的变形组织。2#样经过850 ℃退火处理后，已经完全再结晶，且组织均匀，无其他相的出现。3#样经过950 ℃退火处理后，合金的晶粒随着热处理温度升高而长大，晶粒内部有孪晶出现。因此，认为经过850 ℃退火热处理后可以获得良好的金相组织。

合金板材性能分析

不同热处理工艺处理的试样实测力学性能数据见表3。随着温度的升高，强度值下降，延伸率提高。其中1#样的延伸率，3#样的强度值低于标准要求，不能满足使用的要求。2#样品的性能指标完全满足标准要求，表明该热处理工艺为最佳。

表3 N04400合金板材力学性能

板材表面质量

对合金板材采用固溶处理、水冷快速冷却，表面质量得到很大的改善，显著减少了以往空冷退火产生的厚重的氧化皮，表面较为光洁，后续精整处理只需要简单磨光即可。

结束语

通过对3种不同热处理工艺的合金板材进行实验和分析，发现：Monel Alloy N04400板材采用850 ℃退火、快冷的固溶热处理后可以获得良好的组织和性能，能够满足相关标准要求；板材表面质量相对于空冷退火有较大改善。