Ali ja Ti peamine roll Monel K500-s on moodustadaintermetallilised sademefaasidvananemise kuumtöötluse ajal, mis on sulami tugevuse ja kõvaduse parandamise põhimehhanism. Protsess ja põhimõte on järgmised:
Lahuse lõõmutamise etapp
Monel K500 kuumutatakse esmalt temperatuurini 980–1040 kraadi ja seejärel kustutatakse kiiresti. Selles etapis lahustuvad Al- ja Ti-aatomid täielikult nikkel-vase (-faasi) maatriksis, moodustades üleküllastunud tahke lahuse. Selles etapis on sulami tugevus sarnane lõõmutatud Monel 400 omaga, kuna tugevdusfaasid ei ole veel sadenenud.
Vananemise etapp
Üleküllastunud tahket lahust kuumutatakse 480–510 kraadini ja hoitakse 4–6 tundi. Selle kontrollitud kuumtöötlemise ajal difundeeruvad Al- ja Ti-aatomid maatriksis aeglaselt ja reageerivad nikli aatomitega, moodustades kahte tüüpi peeneid järjestatud intermetallilisi faase:
Ni₃Al (gamma alg, ′ faas): Moodustunud nikli ja alumiiniumi aatomite kombinatsioonist, sfäärilise morfoloogia ja ühtlase jaotusega maatriksis.
Ni₃Ti (gamma kahekordne algväärtus, ″ faas): tekib nikli ja titaani aatomite vahelisel reaktsioonil, mis tavaliselt ilmuvad nõela- või kettataoliste osakestena, mille suurus on väiksem kui ′ faasid.
Tugevdamise mehhanism
Need peened ′ ja ″ sademed on koherentsed nikli-vaskmaatriksiga (st nende kristallvõred on maatriksivõrega hästi-ühitatud). Need toimivad "takistustena", mis blokeerivad nihestuste liikumist sulamis. Kui sulam on allutatud välisele pingele, peavad nihestused need sademed mööda minema või läbi lõikama, mis kulutab lisaenergiat ja parandab seega oluliselt sulamiülim tõmbetugevus, voolavuspiir ja kõvadus.
Eelkõige on Al ja Ti sisalduse suhe rangelt kontrollitud (Al: 2,3–3,15 massiprotsenti; Ti: 0,35–0,85 massiprotsenti), et tagada sademete optimaalne mahuosa (5–8% kogu mikrostruktuurist). Ali või Ti liigne sisaldus põhjustaks jämedate sademete moodustumist, mis mitte ainult ei vähenda tugevdavat toimet, vaid halvendab ka sulami tugevust.
Lisaks sademete tugevdamisele pakuvad Al ja Ti ka Monel K500 jõudlusele täiendavaid eeliseid:
Ni₃Al ja Ni₃Ti sadetel on kõrge termiline stabiilsus ja need ei jämene kiiresti temperatuuril alla 315 kraadi. See võimaldab Monel K500-l säilitada oma kõrge tugevuse mõõduka-temperatuuriga teeninduskeskkondades, mis on peamine eelis külmtöödeldud Monel 400 ees (mille tugevus langeb järsult üle 200 kraadi). Lisaks võib Al moodustada sulami pinnale kõrgel temperatuuril õhukese tiheda alumiiniumoksiidi (Al2O3) kile, mis täiendab nikkeloksiidi (NiO) kilet ja parandab sulamioksüdatsioonikindlus kõrgel-temperatuuril.
Trace Ti võib toimida ateravilja rafineerijaMonel K500 tahkestumise käigus. Ti ühineb sulamis süsinikuga, moodustades peened titaankarbiidi (TiC) osakesed, mis toimivad tahkestumise ajal heterogeensete tuumade tekkekohtadena. See pärsib terade kasvu, mille tulemuseks on peenem terade struktuur. Peenem tera suurus mitte ainult ei paranda sulami tugevust (järgi Hall{3}}Petchi suhet), vaid suurendab ka selle tugevust ja väsimuskindlust.
Erinevalt mõnest tugevduselemendist, mis vähendavad korrosioonikindlust, ei kahjusta Al ja Ti Monel K500 loomupärast korrosioonikindlust. Al- ja Ti-st moodustuvad sademed on keemiliselt stabiilsed ega moodusta söövitavas keskkonnas (nt merevesi, redutseerivad happed) nikkel-vaskmaatriksiga galvaanielemente. See tagab, et Monel K500 säilitab sama korrosioonikindluse kui Monel 400, saavutades samal ajal suurema tugevuse.
Monel 400 ei sisalda tahtlikult Al- ja Ti-lisandeid, seega saab seda tugevdada ainult külmtöötlemisega, kuid tugevuse paranemine on piiratud. Järgmine tabel võtab kokku Al ja Ti mõju Monel K500 jõudlusele.
Kokkuvõttes on alumiinium ja titaankriitilised funktsionaalsed elemendidMonel K500. Nende täpne lisamine võimaldab tugevdada sademeid, parandab kõrgete temperatuuride stabiilsust, täiustab terastruktuuri ja säilitab korrosioonikindluse, muutes Monel K500 tugevaks korrosioonikindlaks sulamiks, mis sobib kandvateks rakendusteks karmides keskkondades.
