Monel K500 Galling Ellenállás: Anyagválasztás a szelepszárokhoz és a szivattyú kopógyűrűihez

Monel K500 (UNS N05500)néhány ötvözettel párosítható kombinációja miatt nagyra becsülik: tengervíz-minőségű korrózióállóság, amely nagyjából háromszor akkora folyáshatárral, mint a standard Monel 400. Ez az erősség azonban egy jól-dokumentált gyengeséggel, - A Monel K500 könnyen epekedik, különösen önmagával vagy más nikkel{5}dús ötvözetekkel szemben. Ez a cikk áttekinti az erre a gyengeségre vonatkozó közzétett tesztadatokat, elmagyarázza a mögöttes kohászati ​​okot, és lefekteti azokat az anyag-párosítási és keménységi{8}}differenciálstratégiákat, amelyek segítségével a mérnökök sikeresen használhatják a Monel K500-at szelepszáraknál, szivattyútengelyeknél és kopógyűrűknél anélkül, hogy rohamhibat idéznének elő.

A Monel K500 ellenáll az ugrásnak?

Nem -, mint-megmunkált, ön-párosított állapotban, a Monel K500 gyenge kopásállósággal rendelkezik. A közzétett küszöbérték ütőszilárdság (TGS) azt mutatják, hogy 2 ksi (14 MPa) terhelésnél a 304-es típussal, a 316-os típussal, a 17-4 PH-val és még a Nitronic 50-nel szemben is ütöget, ami nagyjából 5-25-ször alacsonyabb, mint a kopásálló ötvözetek azonos vizsgálati körülmények között.

Ez egy konkrét,-jól dokumentált, és némileg ellentmondó tény: a propellertengelyekhez és fúróperemekhez kellően szilárd nikkelötvözet jól megragadhat az érintkezési feszültségeknél a normál csavarozott-csuklós vagy csúszó{2}}illesztési terhelés mellett. A mechanizmust, a számokat és a gyakorlati javításokat az alábbiakban részletesen ismertetjük.

Miért olyan könnyen működik a Monel K500 gall?

A súrlódás oka, hogy a Monel K500 egy-fázisú, felület-központú-köbös nikkel-réz szilárd oldat, amely nem tartalmaz természetes alacsony-súrlódású oxidréteget vagy kemény második fázist, amely megakadályozza a fém---fém tapadását; nagy szilárdsága tovább súlyosbítja a problémát azáltal, hogy koncentrálja az érintkezési feszültséget, ahelyett, hogy gyengéd kopással eloszlatná.

A zsugorodás a ragasztókopás meghibásodása: amikor két fémfelület terhelés hatására egymásnak csúszik, a mikroszkopikus magas pontok (asperitások) pillanatnyilag hidegen{0}}hegeszthetnek össze. Ha az anyag képlékeny, és a képlékeny ---képlékeny érintkezés gyorsabban tart vissza-a hegesztést, mint hogy tisztán szétnyíródjon, felszakadt szilánkok halmozódnak fel, a felületek tovább érdesednek, és a súrlódás eltávozik, amíg az alkatrészek meg nem ragadnak. Azok az ötvözetek, amelyek ellenállnak a pattanásnak, általában két mechanizmus valamelyikén keresztül valósulnak meg: egy kemény, folytonos oxid vagy passzív film, amely megakadályozza, hogy a csupasz fém érintkezzen a csupasz fémmel (mint a Nitronic 60-as évek szilícium-{7}dús oxidfilmjénél), vagy egy kemény második fázisú mikrostruktúra, amely ellenáll a hideg-hegesztési és szakítási folyamatnak.

A Monel K500-nak nincs előnye a hagyományos csúszó érintkezés során. Korrózióállóságát egy vékony fluorid- vagy oxid-alapú passzív film adja, amely könnyen szétesik a dörzsölés hatására, szilárdságát pedig a finoman diszpergált Ni3(Al,Ti) gamma{5}}primer csapadék adja, amely növeli a keménységet és a folyási szilárdságot anélkül, hogy megváltoztatná az alapvetően egyetlen{{6}{{1}fázisú, kémiailag teljesen hasonló fázist. Mivel két Monel K500 felület (vagy Monel K500 egy másik nikkelben gazdag ötvözet ellen) kémiailag majdnem azonos, a két felület nagyon hajlamos a kölcsönös oldhatóságra és adhézióra, ha a passzív film megszakad - ugyanaz a kémia, amely biztosítja a Monel korrózióállóságát}} önmatizálódik is{{13} nikkel-a nikkelre{15}}csúszik, különösen valószínű a hideg{16}}hegesztés.

Mit mutatnak a Monel K500 közzétett Galling-teszt adatai?

A szabványosított gomb{0}}és 117 MPa) a Nitronic 60-zal párosítva, amely a célra -epedésálló rozsdamentes acél.

Az alábbi adatok az Armco (jelenleg HP Alloys) Nitronic 60 termékadat-közleményéből származnak, amely egy gomb{1}}és-blokk-görcsölési tesztet használt: egy forgó hengeres gombot nyomnak egy lapos tömbhöz növekvő holt-terhelés hatására, amíg 7-szeres nagyításnál látható zúzódás meg nem jelenik. A küszöb ütődési feszültség (TGS) az a legnagyobb feszültség, amelynél nem fordult elő zúzódás.

1. táblázat: A Monel K500 feszültségküszöbértéke a szokásos szelep- és szivattyúötvözetekkel szemben, kenés nélküli gomb-és-blokk tesztje. Forrás: Armco/HP Alloys Nitronic 60 Product Data Bulletin.

A szembetűnő megállapítás az, hogy a keménység önmagában nem jósolja meg a kopásállóságot. 17-4 A PH 415 HB-nél jóval keményebb, mint a Monel K500, ennek ellenére a pár még mindig a minimális tesztterhelésen - gátolt, mert mindkét ötvözet hidegen-tud hegeszteni csúszó érintkezés alatt, ha felületi filmjeik megszakadnak. Csak a Nitronic 60-nal való párosítás hozott jelentős javulást, amelynek kopásállóságát a stabil oxidfilm és a nagy nyúlási -keményedési képesség adja, nem pedig a nyers keménység.

Hogyan viszonyul a Monel K500 a Nitronic 60-hoz és más csúszóérintkezős kopóötvözetekhez?

A keresztezett-hengerkopás vizsgálata során az ön-párosított Monel K500 nagyjából 10-20-szor annyi anyagot veszít, mint az ön-párosított Nitronic 60, és még a Monel K500 és egy eltérő keményötvözet párosítása is csak részben zárja be ezt a rést.

A küszöbérték ingerlékeny feszültség a katasztrofális ragasztási hiba kezdetét jelzi; A kopás-tesztelés (Taber Met-Abrader, keresztben 90 fokos hengerek, 16 lb / 71 N terhelés, száraz, levegőn) méri a folyamatos anyagveszteséget, ha már megindul a csúszás. A két adathalmaz következetes történetet mesél el.

2. táblázat: Ön-párosított és eltérő ötvözetpárok kopási kompatibilitása. Forrás: Armco/HP Alloys Nitronic 60 Product Data Bulletin, Taber Met-Abrader keresztezett-henger teszt.

Az ön-párosított Monel K500 ciklusonként nagyjából tízszer több anyagot veszít, mint az ön-párosított Nitronic 60, és a magasabb tesztsebesség mellett még az ön-párosított 17-4 PH teljesítményét is felülmúlja. A Monel K500 és egy eltérő kemény ötvözet (Nitronic 60 vagy Stellite 6B) párosítása csökkenti a kopást az önpárosításhoz képest, de a pár még így is lényegesen gyorsabban kopik, mint az önmagával szemben futó ötvözetek bármelyike. Gyakorlati következtetés a tervezők számára: ne csússzon a Monel K500 a Monel K500-hoz vagy bármely más nikkel{16}}dús ötvözethez, ahol a pár egyik oldalát kevésbé kopásálló alternatívával lehet helyettesíteni.

Érvényes az API 610 keménységi{1}}különbségszabály a Monel K500 összetevőire?

Igen. Az API 610 legalább 50 Brinell keménységi szám (BHN) különbséget ír elő a forgó és az álló kopófelületek között (hacsak mindkettő nem haladja meg a 400 BHN értéket), és a Sulzer belső útmutatása tovább megy, és azt javasolja, hogy a 100 BHN - mindkettő közvetlenül vonatkozzon a Monel K500-ra, amelyet szokatlanul könnyű megadni a két nagyon eltérő keménységi szint miatt.

A Monel K500 alumínium-titánkor-edző mechanizmusa beépített-módot ad a tervezőknek a differenciálmű létrehozásához az ötvözetcsalád megváltoztatása nélkül. Lágyított állapotban a Monel K500 jellemzően a 150–200 HB tartományban működik; a teljes kikeményedés után általában eléri a 250-330 HB-t (nagyjából Rockwell C24-C35), ami összhangban van a 321 HB / Rockwell C34 elöregedett állapottal, amelyet a fenti gusztusos tesztekben használtak. Ez egy jóval 100 HB feletti kilengés ugyanannak az ötvözetnek a lágyított és öregített állapota között - több mint elég ahhoz, hogy még a Sulzer szigorúbb 100 BHN-es ajánlását is teljesítse, ha az egyik illeszkedő komponenst lágyítva hagyják, a másikat pedig teljesen öregítik.

3. táblázat: Az API 610 és a Sulzer keménységi{2}}követelményei a Monel K500 termékcsaládon belül elérhető tipikus keménységi tartományhoz képest.

Milyen anyagú{0}}párosítási stratégiák akadályozzák meg valójában a Monel K500 kiütését a használat során?

A legmegbízhatóbb stratégiák a következők: (1) az elöregedett Monel K500 párosítása lágyított Monel 400-zal vagy más hasonló, alacsonyabb -nikkelötvözettel, hogy valódi keménységi és kémiai különbséget hozzon létre, (2) a célra -beépített kopásálló-ötvözet, például nitronitos (kopásálló) ötvözet (60) helyettesítése a nitronikus felülettel. beragadásgátló anyag vagy száraz-film/PTFE bevonat bármely Monel K500 menetes vagy csúszó illesztésen kötelező összeszerelési lépésként, nem pedig opcionális óvintézkedésként.

4. táblázat: Gyakorlati anyag-kiválasztási és összeszerelési útmutató a Monel K500 szelepek, szivattyúk és rögzítőelemek alkalmazásaihoz.

Ezen intézkedések egyike sem igényli a Monel K500 korróziós és szilárdsági előnyeinek feladását - csupán azt kell felismerni a tervezési szakaszban, hogy a kopásállóságot a kötésben vagy a kopáspárban a korrózióállóságtól elkülönítve kell beépíteni. A Monel K500 önmagához-illesztése, szándékos keménységkülönbség, felületkezelés vagy kenőanyag nélkül, az a konfiguráció, amelyről a fenti adatok azt mutatják, hogy alapvetően soha nem szabad megadni csúszó vagy menetes illesztést.

Mikor van még értelme a Monel K500-at választani, az óriási kockázat ellenére?

A Monel K500 továbbra is a megfelelő választás, ha egy alkatrésznek Monel-minőségű korrózióállóságra van szüksége tengervízben, savanyú gázban vagy klorid-tartalmú vegyszeres kezelésben, a Monel 400 - folyáshatárának nagyjából háromszorosával kombinálva, feltéve, hogy az ütődés kockázatát a fenti párosítási stratégiákkal kezelik, nem pedig figyelmen kívül hagyva.

A Monel K500 értékajánlata specifikus: nagyon alacsony korróziós arány nagy-sebességű tengervízben, savanyú-gázzal (H2S/CO2) szembeni ellenállás és nem-mágneses viselkedés, mindez a Monel 400 folyáshatárának nagyjából háromszoros folyáshatárával és kétszeres szakítószilárdságával kombinálva. Ez a kombináció a centrifugális szivattyú a szabványos centrifugális választás. tengelytengelykapcsolók, szelepszárak és nagy-előfeszítésű tengeri rögzítőelemek a kopásérzékenység ellenére, - semmiféle olcsóbb-alternatíva nem felel meg a szilárdság-a-korrózióval{12}}ellenállási aránynak ezekben a környezetekben. A mérnöki feladat nem az, hogy elkerüljük a Monel K500-at, hanem annak biztosítása, hogy soha ne csússzon vagy csavarjon magához szándékos ellenintézkedés nélkül.

Gyakran Ismételt Kérdések

Mekkora a Monel K500 etetőfeszültség küszöbértéke?

Ön-párosítva vagy olyan általános ötvözetekkel szemben, mint a Type 304, Type 316, 17-4 PH és Nitronic 50, öregített Monel K500 gall a legalacsonyabb tesztelt terhelés mellett a szabványos gomb-és blokk tesztelés során (2 ksi / 14 MPa). A Nitronic 60 párosítása körülbelül 17 ksi-re (117 MPa) emeli a küszöböt.

A Monel K500-at önmaga ellen kell futtatni szelepszárban vagy perselyben?

Nem. Az ön{1}}párosított Monel K500-nak lényegében nincs domborulata a kenés nélküli csúszóérintkezőben. Mindig meg kell adni egy eltérő -ötvözet perselyt, az illeszkedő részek közötti keménységkülönbséget, vagy -beragadásgátló/felületkezelést.

Önmagában a keménység megakadályozza a Monel K500 epedést?

Nem megbízhatóan. A vizsgálati adatok azt mutatják, hogy a Monel K500 a minimális tesztterhelés mellett még 17-4 PH-val szemben is gyengélkedik, ami lényegesen keményebb. A kopásállóság jobban függ a felületi film stabilitásától és mikroszerkezetétől, mint önmagában a keménységtől, bár a valódi keménységkülönbség (API 610 szerint) még mindig segít.

Milyen keménységi különbséget igényel az API 610 a szivattyú kopógyűrűihez?

Legalább 50 Brinell keménységi szám (BHN) a forgó és az álló kopófelületek között, hacsak mindkettő nem haladja meg a 400 BHN értéket. A Sulzer belső megbízhatósági útmutatója 100 BHN-t ajánl. A Monel K500-asok -az -öregedett keménységi tartományba (körülbelül 150–330 HB) izzított termékei bármelyik szabályt kielégítik egyetlen ötvözetcsaládon belül.

Milyen ötvözetet szoktak helyettesíteni a Monel K500 epedés elkerülése érdekében?

A Nitronic 60 (UNS S21800) a legelterjedtebb helyettesítője az illeszkedő kopófelületnek, köszönhetően a stabil oxidfilmnek és a nagy nyúlási -edzési képességnek. Alumínium bronzot és 17-4 PH-t is használnak, valamint egyszerűen párosítják az öregített Monel K500-at a lágyított Monel 400-zal.