Aperçu

L'alliage MONEL K-500 (UNS N05500/W.Nr. 2.4375) est un alliage nickel-cuivre qui allie l'excellente résistance à la corrosion de l'alliage MONEL 400 aux avantages supplémentaires d'une résistance et d'une dureté supérieures. Les propriétés améliorées sont obtenues en ajoutant de l'aluminium et du titane à la base nickel-cuivre et en chauffant dans des conditions contrôlées de manière à ce que des particules submicroscopiques de Ni3 (Ti, Al) soient précipitées dans toute la matrice. Le traitement thermique utilisé pour effectuer la précipitation est communément appelé durcissement par vieillissement ou vieillissement.

Les applications typiques des produits en alliage MONEL K-500 sont les chaînes et les câbles, les attaches et les ressorts pour le service maritime ; les composants de pompes et de vannes pour le traitement chimique ; les racles et les grattoirs pour le traitement de la pâte à papier dans la production de papier ; les colliers et instruments de forage de puits de pétrole, les arbres et les roues de pompe, les boîtiers non magnétiques, les ascenseurs et les vannes de sécurité pour la production de pétrole et de gaz ; et les capteurs et autres composants électroniques.

L'alliage présente une caractéristique intéressante : il est pratiquement non magnétique, même à des températures très basses. Il est toutefois possible de développer une couche magnétique à la surface du matériau pendant le traitement. L'aluminium et le cuivre peuvent être oxydés sélectivement pendant le chauffage, laissant un film magnétique riche en nickel à l'extérieur de la pièce. Cet effet est particulièrement visible sur les fils ou les bandes minces où le rapport surface/poids est élevé. Le film magnétique peut être éliminé par décapage ou par immersion brillante dans un acide, et les propriétés non magnétiques du matériau seront restaurées.

La combinaison d'une faible perméabilité magnétique, d'une résistance élevée et d'une bonne résistance à la corrosion a été utilisée avec avantage dans un certain nombre d'applications, notamment dans les équipements d'arpentage de puits de pétrole et les composants électroniques.

L'alliage MONEL K-500 s'est avéré exceptionnellement stable sur le plan dimensionnel, aussi bien lors des tests d'exposition de longue durée que lors des tests cycliques. Les résultats sont présentés dans le tableau 5. Cette propriété de l'alliage a conduit à son utilisation dans des dispositifs de haute précision, tels que les gyroscopes.

Le durcissement par vieillissement provoque une contraction initiale du volume. Une tige recuite se contracte de 2,5 x 10-4 po par po pendant le vieillissement

Composition chimique limite, %

Nickel (plus cobalt)................................................................................................................................................................................................63,00 min.

Carbone................................................................................................................................................................................................................0,25 max.

Manganèse................................................................................................................................................................................................................1,50 max.

Fer.................................................................................................................................................................................................................................2,00 max.

Soufre.................................................................................................................................................................................................................0,01 max.

Silicium................................................................................................................................................................................................................0,50 max.

Cuivre................................................................................................................................................................................................................27,00-33,00

Aluminium.................................................................................................................................................................................................................2,30-3,15 Titane.................................................................................................................................................................................................................0,35-0,85

Constantes physiques

Propriétés mécaniques

Les propriétés à basse température de l'alliage MONEL K-500 sont exceptionnelles. La résistance à la traction et la limite d'élasticité augmentent avec la baisse de température, tandis que la ductilité et la ténacité restent pratiquement intactes. Aucune transformation ductile-fragile ne se produit même à des températures aussi basses que celles de l'hydrogène liquide. L'alliage est donc adapté à de nombreuses applications cryogéniques.

Les soudures peuvent être réalisées avec la résistance du métal de base durci par vieillissement sans perte importante de ductilité si des traitements de vieillissement sont effectués après le soudage du matériau recuit. Le soudage de matériaux durcis par vieillissement doit être évité en raison de la ductilité considérablement réduite.

Propriétés de traction

Résistance à la corrosion

La résistance à la corrosion de l'alliage MONEL K-500 est sensiblement équivalente à celle de l'alliage 400, sauf que, lorsqu'il est durci par vieillissement, l'alliage K-500 a une plus grande tendance à la fissuration par corrosion sous contrainte dans certains environnements.

L'alliage MONEL K-500 s'est avéré résistant à un environnement de gaz acide. Après 6 jours d'immersion continue dans des solutions saturées (3500 ppm) de sulfure d'hydrogène à des pH acides et basiques (allant de 1,0 à 11,0), les échantillons pliés en U de tôles durcies par vieillissement n'ont montré aucune fissure. La dureté des échantillons variait de 28 à 40 Rc.

La combinaison de taux de corrosion très faibles dans l'eau de mer à grande vitesse et de résistance élevée rend l'alliage K-500 particulièrement adapté aux arbres de pompes centrifuges en service maritime. Dans l'eau de mer stagnante ou à faible débit, un encrassement peut se produire, suivi de piqûres, mais ces piqûres ralentissent après une attaque initiale assez rapide.

Les traitements thermaux

Deux types de recuits sont réalisés sur l'alliage MONEL K-500 : le recuit de mise en solution et le recuit de traitement. Ces traitements sont différents tant par leur objectif que par leur procédure.

Recuit de mise en solution - L'alliage MONEL K-500 est durci par la formation de particules submicroscopiques d'une phase secondaire, Ni3(Ti,Al). La formation des particules se produit sous forme de réaction à l'état solide au cours d'un traitement thermique de durcissement par vieillissement (ou durcissement par précipitation). Avant le traitement de vieillissement, le composant d'alliage doit être recuit en solution pour dissoudre toutes les phases qui auraient pu se former dans l'alliage au cours du traitement précédent. Le recuit de mise en solution est normalement effectué en chauffant les produits finis à chaud à 1800 °F et les produits travaillés à froid à 1900 °F. Pour éviter une croissance excessive des grains, le temps à température doit être réduit au minimum (normalement, moins de 30 minutes). Les temps de chauffage (rampe) et de refroidissement doivent être réduits au minimum pour éviter la précipitation de phases nuisibles. Le refroidissement après recuit de mise en solution est normalement réalisé par trempe dans l'eau.

Recuit de procédé - Lors du traitement mécanique en production et du formage ultérieur des produits en alliage K-500, un recuit de procédé intermédiaire peut être nécessaire pour adoucir le produit. Ces recuits recristallisent la structure et sont généralement effectués à des températures comprises entre 1400° et 1600 °F.

Bien que des températures plus élevées permettent de recuire le produit, les températures de recuit intermédiaires sont limitées pour éviter une croissance excessive des grains. Le temps passé à température doit être limité pour éviter la formation de phases secondaires qui peuvent compromettre la dureté du produit en alliage K-500 vieilli.

Une fois que la pièce a atteint la température définie et s'est égalisée, il suffit normalement de la maintenir pendant une heure pour ramollir le produit en alliage pendant le traitement. L'utilisateur est averti qu'une exposition à la température pendant des durées supérieures à 1,5 heure n'est pas recommandée. Une exposition excessive peut entraîner la formation de carbure de titane (TiC). Ce composé est stable aux températures de vieillissement utilisées pour durcir l'alliage K-500 de sorte que le titane ne peut pas participer à la réaction de durcissement, la formation de Ni3(Ti,Al). Ainsi, la résistance et la dureté peuvent être compromises.

Il est évidemment préférable d'éviter la formation de la phase de carbure de titane. Si, toutefois, la phase se forme à la suite d'un traitement incorrect, un recuit de mise en solution à 2050 °F pendant 30 minutes est nécessaire pour dissoudre les particules. Il convient de noter que ce traitement thermique entraînera une taille de grain importante qui peut quelque peu compromettre la formabilité. Cependant, le traitement de mise en solution à haute température est nécessaire si l'on veut que le composant développe toute sa dureté et sa résistance pendant le traitement de vieillissement.

La norme fédérale pour l'alliage K-500, QQ-N-286, ne traite que du recuit de mise en solution. Le recuit en cours de fabrication est laissé à la discrétion de l'entreprise de traitement thermique. La plage de températures de recuit de mise en solution indiquée dans la révision F est de 1600° à 1900°F. Ainsi, si un composant en alliage K-500 doit être recuit de mise en solution à 2050°F en raison de la présence de carbure de titane, son épaisseur de section doit ensuite être réduite avant le traitement thermique final (recuit de mise en solution + durcissement par vieillissement) pour se conformer aux exigences de la spécification. La révision G a modifié l'exigence de recuit de mise en solution à une température de recuit minimale de 1600°F. Ainsi, le matériau recuit de mise en solution à 2050°F peut être vieilli sans réduction supplémentaire de l'épaisseur de section et est acceptable s'il répond aux autres exigences de la spécification (propriétés mécaniques, etc.)

Formulaires disponibles

Nous vous proposons une variété de formes de produits, y compris, mais sans s'y limiter,

● Barre et tige

● Tuyaux et tubes

● Bobine et bande

● Plaque, feuille et cercle

● Fil et soudure

● Raccord (Bride, Coude, Té...)

● Personnaliser