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Monel K500 und Monel 400 basieren auf derselben Grundlage: etwa zwei Teile Nickel zu einem Teil Kupfer, mit demselben Korrosionsverhalten und derselben kubisch-flächenzentrierten Matrix. Keine der Legierungen ist eine ausscheidungshärtbare Superlegierung, und keine wird für den oberen Temperaturbereich gewählt. Der Unterschied zwischen ihnen liegt in zwei Legierungszusätzen und der Wärmebehandlung, die diese Zusätze ermöglichen. Fast jeder Eigenschaftsunterschied in diesem Artikel geht darauf zurück.

Eine Konsequenz ist es wert, gleich zu Beginn genannt zu werden, denn hier wird der Vergleich am häufigsten falsch gehandhabt. Die für diese beiden Legierungen veröffentlichten Festigkeitswerte gelten pro Form und pro Wärmebehandlungszustand, und die Lücke zwischen ihnen ändert sich enorm, je nachdem, welche Zustände verglichen werden. Eine Version dieses Vergleichs, die keine Bedingung angibt, kann nicht zur Spezifikation von irgendetwas verwendet werden, und die nachstehenden Zahlen werden daher mit der angehängten Bedingung angegeben.

Legierung 400 ist eine Mischkristalllegierung. Nickel und Kupfer sind in allen Verhältnissen zueinander löslich, so dass das Material einsphasig ist. Die einzige Möglichkeit, es zu härten, ist die Kaltverformung. Legierung K500 nimmt dieselbe Basis und fügt Aluminium und Titan hinzu, was eine Ausscheidungshärtung der Legierung ermöglicht: ein kontrollierter Heizzyklus scheidet submikroskopische Partikel von Ni₃(Ti, Al) in der Matrix aus. Die veröffentlichte Beschreibung besagt klar, dass K500 die Korrosionsbeständigkeit von 400 mit den zusätzlichen Vorteilen höherer Festigkeit und Härte kombiniert und dass die Steigerung aus diesen beiden Zusätzen und der Alterungsbehandlung resultiert.

Die Zusammensetzungen unterscheiden sich genau in diesen beiden Elementen plus kleinen Verschiebungen bei den Resten. Jede andere Zahl ist nah dran, weshalb sich die beiden Legierungen im Einsatz so ähnlich verhalten.

Die Schwefelgrenze ist die stille Zeile in dieser Tabelle. Sie ist bei K500 etwa zweieinhalbmal enger als bei 400, und der Grund ist dieselbe Eigenschaft, die die Legierung stark macht: Sobald der Niederschlag vorhanden ist, steht weniger Duktilität zur Verfügung, um die Schäden zu absorbieren, die eine Schwefeleinschluss an einer Korngrenze verursacht.

Der veröffentlichte Vergleich besagt, dass K500 etwa die dreifache Streckgrenze und die zweifache Zugfestigkeit von 400 aufweist. Das ist ein realer Wert, und er beschreibt eine Paarung von Bedingungen. Die nachstehende Tabelle stellt die beiden Legierungen in den Zuständen, in denen sie tatsächlich geliefert werden, für Stangen und Profile gegenüber.

Lesen Sie diese Tabelle durch, und die Aussage klärt sich auf. K500 im geglühten Zustand ist stärker als 400 im geglühten Zustand, etwa 1,2-mal bei der Zugfestigkeit und etwa 1,4-mal bei der Streckgrenze, was eine Marge und kein Faktor ist. Warmgewalzt überschneiden sich die beiden fast vollständig: Die Streckgrenzenbereiche liegen bei 400 bei 276 bis 690 MPa und bei K500 bei 276 bis 758 MPa, so dass eine warmgewalzte Stange aus 400 so stark sein kann wie eine warmgewalzte Stange aus K500.

Die veröffentlichten drei und zwei Zahlen vergleichen tatsächlich K500, das ausscheidungshärtet wurde, mit 400 im geglühten Zustand. Das ist ein legitimer Vergleich, da dies die Art und Weise ist, wie die beiden Legierungen am häufigsten gegeneinander gekauft werden, aber es ist ein Vergleich zwischen zwei Zuständen anstelle von zwei Legierungen.

Der Vergleich ist erst halb abgeschlossen, wenn die Festigkeit ermittelt wurde. Vier Kosten sind damit verbunden, und jede ist eine Zeile in einer Spezifikation und kein Fußnote.

Legierung 400 hat keine dieser Kosten. Sie ist eine einsphasige Mischkristalllegierung, die nur durch Kaltverformung härtet, sie hat keinen Alterungsschritt zum Überschießen, keine Kontraktion zu berücksichtigen und keinen Verlust der Schweißbarkeit in dem Zustand, in dem sie geliefert wird. Wo ihre Festigkeit ausreicht, ist sie das einfachere Material zu spezifizieren.

Zwei der physikalischen Unterschiede zwischen diesen Legierungen sind kontraintuitiv, und einer davon wird in der Lieferantenliteratur regelmäßig falsch herum angegeben.

Die Zeile zur Curie-Temperatur verdient den Platz. Legierung 400 hat eine Curie-Temperatur innerhalb des Umgebungsbereichs, und die begleitende veröffentlichte Notiz ist eindeutig: Der Wert wird durch Schwankungen der chemischen Zusammensetzung beeinflusst, der angezeigte Bereich ist das, was die normale Produktion erwarten lässt, und daher werden einige Chargen bei Raumtemperatur magnetisch sein und andere nicht. Dieselbe Quelle fügt hinzu, dass, wenn eine starke Anforderung an nicht-magnetische Eigenschaften besteht, andere Legierungen der Familie in Betracht gezogen werden sollten.

K500 hat keine solche Mehrdeutigkeit. Seine Curie-Temperatur liegt je nach Zustand zwischen etwa -90 und -134 °C, was die Raumtemperatur weit darüber legt, und die veröffentlichte Beschreibung besagt, dass die Legierung selbst bei recht niedrigen Temperaturen praktisch nicht-magnetisch ist. Bei einer nicht-magnetischen Anforderung ist die ausscheidungshärtbare Sorte also die sicherere der beiden. Das ist das Gegenteil der Annahme, mit der die meisten Käufer kommen, da K500 die stärkere Legierung ist und Stärke normalerweise etwas kostet.

Eine Verarbeitungshinweis gehört zu dieser Lesart. Die veröffentlichte Quelle merkt an, dass Erhitzen einen magnetischen Film auf der Außenseite des Stücks hinterlassen kann, da Aluminium und Kupfer selektiv oxidieren können, und dass der Film in Säure entfernt werden kann. Eine magnetische Anforderung sollte daher die Oberflächenbeschaffenheit auf dem Bestellschein neben der Legierung angeben.

Die veröffentlichte Position ist, dass die Korrosionsbeständigkeit von K500 im Wesentlichen der von 400 entspricht, mit einer Ausnahme. Im ausscheidungshärteten Zustand weist K500 in einigen Umgebungen eine höhere Neigung zu Spannungsrisskorrosion auf. Das Wort 'im Wesentlichen' leistet in diesem Satz echte Arbeit, und die Ausnahme ist das Einzige, was ein Käufer überprüfen muss, bevor er den gealterten Zustand für einen Nassservice wählt.

Wo die beiden zusammen sind, sind sie in den wichtigen Medien zusammen. Beide werden häufig im maritimen Einsatz verwendet und zeigen beide sehr niedrige Korrosionsraten in fließendem Meerwasser. Beide unterliegen in diesem Medium derselben Einschränkung: stehendes oder langsam bewegtes Meerwasser verursacht Spalt- und Lochfraß, und die veröffentlichte Beschreibung von K500 weist darauf hin, dass Bewuchs auftreten kann, gefolgt von Lochfraß, der nach einem ziemlich schnellen anfänglichen Angriff langsamer wird. Legierung 400 ist auch beständig gegen Spannungsrisskorrosion und Lochfraß in den meisten Süß- und Industrie wässern und bietet eine außergewöhnliche Beständigkeit gegen Flusssäure in allen Konzentrationen bis zum Siedepunkt, was von derselben Quelle als vielleicht das beständigste Verhalten jeder gängigen technischen Legierung beschrieben wird. Sie ist auch beständig gegen eine Reihe von Schwefel- und Salzsäureanwendungen unter reduzierenden Bedingungen.

K500 trägt eine Korrosionsdateninformation, die es wert ist, zu wissen, da sie für einen Einsatz gilt, bei dem die Festigkeit der Grund für die Wahl ist. Sie wird als beständig gegen eine Sauergasumgebung beschrieben: Nach sechs Tagen kontinuierlicher Immersion in gesättigten Schwefelwasserstofflösungen bei 3.500 ppm, über saure und basische pH-Werte von 1,0 bis 11,0, zeigten U-Biegeproben aus gealtertem Blech keine Rissbildung. Eine dichte schwarze Kruste bildete sich und die Proben maßen 28 bis 40 HRC. Das ist die Qualifikation hinter der Legierung im Ölfeld- und Sauergas-Einsatz und eine Qualifikation für den gealterten Zustand.

Nur für eine Paarung von Bedingungen, und diese Paarung muss angegeben werden. K500, das ausscheidungshärtet wurde, hat etwa die dreifache Streckgrenze und etwa die zweifache Zugfestigkeit von 400 im geglühten Zustand, was der Vergleich ist, den die veröffentlichten Zahlen beschreiben. Der Vergleich von gleichen Bedingungen ergibt eine viel kleinere Lücke: geglüht gegen geglüht ist etwa 1,2-mal bei der Zugfestigkeit, und im warmgewalzten Zustand überlappen sich die beiden Bereiche.

Zwei Legierungszusätze und die Wärmebehandlung, die sie ermöglichen. Legierung 400 ist eine Mischkristalllegierung aus Nickel und Kupfer, die einsphasig ist und nur durch Kaltverformung gehärtet werden kann. Legierung K500 fügt zwischen 2,30 % und 3,15 % Aluminium und zwischen 0,35 % und 0,85 % Titan hinzu, was eine kontrollierte Alterungsbehandlung ermöglicht, die submikroskopische Partikel von Ni abscheidet₃(Ti, Al) durch die Matrix. Alles andere ergibt sich daraus.

Im Wesentlichen, mit einer Ausnahme, die die veröffentlichten Daten klar angeben. Im ausscheidungshärteten Zustand weist K500 in einigen Umgebungen eine höhere Neigung zu Spannungsrisskorrosion auf. Wo das Medium dieses Risiko birgt, ist 400 die sicherere Wahl, es sei denn, die Festigkeit ist unerlässlich, und in jedem Fall muss das Medium vor der Festlegung des Zustands anhand veröffentlichter Daten überprüft werden.

K500, und aus einem Grund, der leicht zu verwechseln ist. Die Curie-Temperatur von 400 liegt zwischen 21 und 49 °C, was den Umgebungsbereich überspannt, und die veröffentlichte Notiz besagt, dass einige Chargen bei Raumtemperatur magnetisch sein werden und andere nicht. K500 hat eine Curie-Temperatur zwischen etwa -90 und -134 °C, weit unterhalb des Umgebungsbereichs, und wird als praktisch nicht-magnetisch auch bei recht niedrigen Temperaturen beschrieben.

Nicht im ausscheidungshärteten Zustand, und die veröffentlichte Anleitung besagt eindeutig, dass das Schweißen von ausscheidungshärtetem Material wegen der stark reduzierten Duktilität vermieden werden sollte. Wo eine Verbindung die gealterte Festigkeit erreichen muss, ist die Sequenz, geglühtes Material zu schweißen und dann die Alterungsbehandlung durchzuführen. Legierung 400 kann in dem Zustand, in dem sie geliefert wird, mit den herkömmlichen Verfahren verbunden werden.

Die Eigenschaften gehen verloren und können durch erneutes Altern nicht wiederhergestellt werden. Überaltertes Material hat geringere mechanische Eigenschaften als richtig gealtertes Material, und um es zu stärken, muss das Teil bei 1.800 bis 1.900 °F lösungsgeglüht werden, um den Niederschlag wieder aufzulösen, und dann neu gealtert werden. Der gesamte Vorteil jeder Kaltverformung geht bei dieser Glühung verloren, so dass das beste Ergebnis danach der geglühte und gealterte Wert ist.

Monel K500 ist Monel 400 mit zugesetztem Aluminium und Titan und angewandter Alterungsbehandlung. Das verleiht ihm etwa die dreifache Streckgrenze und die zweifache Zugfestigkeit von geglühtem 400, und es nimmt vier Dinge weg: Duktilität, etwas Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion im gealterten Zustand, Schweißbarkeit in diesem Zustand und die Einfachheit eines Materials ohne irreversiblen Prozessschritt. Zwischen diesen beiden Positionen sind die physikalischen Unterschiede gering, außer an zwei Stellen: 400 leitet Wärme um etwa 28 % besser, und K500 ist bei Raumtemperatur zuverlässiger nicht-magnetisch, da seine Curie-Temperatur weit unterhalb des Umgebungsbereichs liegt, während die von 400 darin liegt.

Beide Legierungen werden aus Changzhou, Jiangsu, als Stangen, Drähte, Bänder, Platten und Rohre in den Formen und Zuständen geliefert, die die oben genannten veröffentlichten Bereiche beschreiben. Das Werk verfügt über die ISO 9001-Zertifizierung und wird von SGS auditiert. Senden Sie das Medium, die erforderliche Festigkeit und die Fertigungssequenz, und die Wahl zwischen den beiden ergibt sich aus diesen drei Antworten.

1. Special Metals technisches Bulletin SMC-053, MONEL Nickel-Kupfer-Legierung 400. Quelle für die Zusammensetzungsgrenzen, die Dichte und den Schmelzbereich, den Modul und die Poissonzahl, die Curie-Temperatur und die Notiz, dass sie den Umgebungsbereich überspannt, so dass einige Chargen bei Raumtemperatur magnetisch sind, die mechanischen Eigenschaftsbereiche nach Form und Zustand, die Aussage, dass die Legierung eine einsphasige Mischkristalllegierung ist, die nur durch Kaltverformung gehärtet werden kann, die 1.000 °F-Grenze in oxidierenden Atmosphären und das Korrosionsverhalten in Meerwasser, Süßwasser und Flusssäure.
2. Special Metals technisches Bulletin SMC-062, MONEL Legierung K-500. Quelle für die Aluminium- und Titanbereiche, die engeren Restgrenzen, die Beschreibung der Legierung als Kombination der Korrosionsbeständigkeit von 400 mit höherer Festigkeit und Härte durch Ausscheidung von Ni₃(Ti, Al), die mechanischen Eigenschaftsbereiche nach Form und Zustand, die Dichte, die magnetischen Eigenschaften und Curie-Temperaturen nach Zustand, den magnetischen Oberflächenfilm und seine Entfernung, die Korrosionsgleichwertigkeit und die Spannungsrisskorrosionsausnahme im gealterten Zustand, die Sauergasdaten, die Notiz zur Meerwassergeschwindigkeit und die Alterungskontraktion.
3. Dasselbe Bulletin, über das Fügen. Quelle für die Aussage, dass das Schweißen von ausscheidungshärtetem Material wegen der stark reduzierten Duktilität vermieden werden sollte und dass Alterungsbehandlungen nach dem Schweißen von geglühtem Material durchgeführt werden, wo die Verbindung die gealterte Festigkeit erreichen muss.
4. Dasselbe Bulletin, über Wärmebehandlung und Bearbeitung. Quelle für das Überalterungsverhalten, die Anforderung, bei 1.800 bis 1.900 °F lösungszuglühen und neu zu altern, den Verlust aller Vorteile der Kaltverformung bei dieser Glühung, den geglühten und gealterten Wert als höchsten verfügbaren Wert danach und die Praxis, übermaßig zu bearbeiten, auszuscheidungshärten und auf Maß fertigzustellen.
5. Dasselbe Bulletin, über die veröffentlichten nominalen Eigenschaftsbereiche. Quelle für den Hinweis, dass die Bereiche Zusammensetzungen für verschiedene Produktgrößen sind und nicht für Spezifikationszwecke geeignet sind.
6. UNS N04400 und N05500 wie für diese beiden Legierungen veröffentlicht. Quelle für die in der Zusammensetzungstabelle verwendeten Kennungen.
7. Lieferaufzeichnungen von DLX Alloy für beide Sorten. Quelle für die Produktformen und die Zustände, in denen sie angeboten werden.

Jede der obigen Zahlen ist ein veröffentlichter Wert für das Standardprodukt, und mehrere davon sind Zusammensetzungen, die eine Reihe von Größen und Temperamenten umfassen. Sie sind nicht für Spezifikationszwecke geeignet. Der Zustand ist bei beiden Legierungen Teil der Spezifikation, so dass eine Bestellung, die die Legierung ohne Angabe des Temperaments nennt, nicht das gekaufte Material beschreibt. Die Abnahme beruht auf dem Mill-Testzertifikat für die gelieferte Charge.