Monel-400 合金热强度和热塑性

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图 2.4 为 Monel-400 合金在不同温度下拉伸的应力-应变曲线。 从图中可以看出： 随着拉伸试验温度的升高， Monel-400 合金的强度明显下降， 抗拉强度随之降低。 如： 合金在 600℃时抗拉强度为 106.49Mpa， 1100℃时抗拉强度为 22.41Mpa， 说明变形温度对该合金的变形抗力有很大的影响。 合金的弹性变形很小， 塑性变形随温度的升高明显增大。

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图 2.5 和图 2.6 分别是 Monel-400 合金在不同拉伸温度下的热强度和热塑性曲线。从图中可以看出： 试样随着拉伸温度的升高， 合金的塑性先发生了降低， 合金的延伸率从 600℃的 13.26%降到 700℃的 11.22%， 断面收缩率从 600℃的 24.26%降到 700℃的20.47%。 随后拉伸温度继续升高， 延伸率从 700℃的 11.22%升高到 900℃的 20.05%，断面收缩率从 700℃的 20.47%升高到 900℃的 60.05%， 说明在这个温度区间内随着拉伸温度的升高塑性变得越来越好。 之后随着拉伸温度的继续升高， 合金的塑性呈减小的趋势， 到 1100℃时基本减小到 800℃时的水平。 从曲线的整体来看呈现出先升高后降低的趋势， 说明 Monel-400 合金的高温塑性先随拉伸温度的升高而变好并且在 900℃左右时达到一个较好的性能， 后随拉伸温度的升高高温塑性变坏直到趋近于低温水平。

从图 2.6 中可以看出， 在 600℃~800℃的范围内， Monel-400 合金出现了低塑现象， 延伸率和断面收缩率在 600℃~700℃的范围内是降低的， 在 700℃~800℃的范围内开始恢复， 材料的强度在下降后没有发生恢复。 很多金属都存在有“热脆” 现象， 当金属在一定温度区间进行热加工时， 材料的塑性会出现一个“下降-恢复” 的区间， 分布于晶界的低熔点的共晶体熔化而导致开裂。 但是不同的金属材料在经过不同的受热过程后， 在低塑的温度范围、 塑性的下降和恢复速率及塑性的下降值等方面都不同。 通过本课题研究证明 Monel-400 合金在焊接时也存在“热脆” 现象。

当 Monel-400 合金在 1100℃下保温 3min 后， 由于没有达到合金的熔点， 所以合金材料不会发生晶粒熔化， 只是由母材内的 Ti、 Si 形成的部分低熔点共晶物会发生熔化而使晶界脆化并产生微裂纹。 当受到外力或内应力的作用而发生晶界滑移， 裂纹沿此扩展， 随着奥氏体晶粒的粗大， 晶界面积减少， 晶界的变形能力下降， 导致合金材料的塑性变差， 产生低塑现象。 在实际应用中， 应尽量降低合金中各种有害杂质元素， 使合金形成有害相数量减少； 为避免焊接接头在焊接热循环过程中产生裂纹源， 应避免对焊件约束时产生较大的拉力； 同时由于 Monel-400 合金在 600℃~800℃时产生“热脆” 现象， 所以合金焊接结构应尽量避免在此温度区间内使用。 Monel-400 合金强度见表 2.3。

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