Monel K500, Alloy K500, 2.4375, UNS N05500 - liga de níquel

Alloy K500, 2.4375, UNS N05500, alloy Monel® K-500 - liga de níquel de acordo com AMS 4676, NACE MR 0175 / ISO 15156, API 6ACRA

Alloy K500, 2.4375, UNS N05500, alloy Monel® K-500 – descrição

A liga K500 (Monel® K500, UNS N05500) é uma liga à base de Ni-Cu com adição de titânio e alumínio, endurecível por envelhecimento e extremamente resistente à corrosão em ambientes marinhos, de processamento químico e de poços de petróleo. É certificada pela NACE MR 0175 / ISO 15156 e API 6ACRA. Pode ser vista como uma variação mais forte e mais dura da liga Monel® 400. Tem uma elevada resistência à tração até 650 °C em condições envelhecidas. Está disponível em condições de conformação a frio ou a quente ou com tratamento térmico subsequente em condições de recozimento em solução ou endurecimento por envelhecimento.

A Monel® K-500 é praticamente não magnética, o que é importante em algumas aplicações, como equipamentos de pesquisa de petróleo e componentes eletrónicos. No entanto, durante o processamento, pode desenvolver-se uma camada superficial magnética, particularmente em fios finos ou tiras. O decapagem ou imersão em ácido remove a película magnética. A liga é adequada para muitas aplicações criogénicas, uma vez que não ocorre transformação de dúctil para frágil a temperaturas tão baixas como as do hidrogénio líquido. A liga Monel® K-500 é aprovada pelo Código ASME para Caldeiras e Recipientes sob Pressão como um material aceitável para utilização em parafusos até 235 °C.

Aplicações

Usada em engenharia offshore (vedantes de válvulas, anéis de desgaste), construção naval (fixadores, elementos de montagem), poços de perfuração de petróleo e processamento de petróleo (eixos de bombas, impulsores de bombas, colares de poços de petróleo, molas, guarnições de válvulas), processamento químico (componentes de bombas e válvulas), indústria de papel (lâminas raspadora, raspadores) e componentes de instrumentos aeronáuticos.

Propriedades físicas e de tração

Propriedades físicas à temperatura ambiente:

• Densidade: 8,44 g/cm³
• Temperatura de fusão: 1315-1350 °C
• Permeabilidade magnética: 1,0006
• Temperatura de Curie: -100 °C (endurecido por envelhecimento)
• Temperatura de Curie: -135 °C (recozido)

Coeficiente de expansão térmica a alta temperatura, de 20 °C a:

• -130 °C: 12,3 μm/m⋅K
• 100 °C: 13,7 μm/m⋅K
• 200 °C: 14,6 μm/m⋅K
• 300 °C: 14,9 μm/m⋅K
• 400 °C: 15,2 μm/m⋅K
• 500 °C: 15,5 μm/m⋅K
• 600 °C: 16 μm/m⋅K
• 700 °C: 16,6 μm/m⋅K
• 800 °C: 17 μm/m⋅K
• 900 °C: 17,5 μm/m⋅K

Condutividade térmica:

• -130 °C: 13,3 W/m · K
• 20 °C: 17,4 W/m · K
• 100 °C: 19,4 W/m · K
• 200 °C: 20,9 W/m · K
• 300 °C: 25,1 W/m · K
• 400 °C: 27,8 W/m · K
• 500 °C: 30,5 W/m · K
• 600 °C: 33,1 W/m · K
• 700 °C: 35,7 W/m · K
• 800 °C: 37,4 W/m · K
• 900 °C: 41,2 W/m · K

Capacidade térmica específica:

• -130 °C: 323 J/kg⋅K
• 20 °C: 420 J/kg⋅K
• 100 °C: 545 J/kg⋅K
• 200 °C: 480 J/kg⋅K
• 300 °C: 491 J/kg⋅K
• 400 °C: 500 J/kg⋅K
• 500 °C: 517 J/kg⋅K
• 600 °C: 538 J/kg⋅K
• 700 °C: 567 J/kg⋅K
• 800 °C: 613 J/kg⋅K
• 900 °C: 685 J/kg⋅K

Resistividade elétrica:

• 20 °C: 6,1 μΩ·m
• 100 °C: 6,2 μΩ·m
• 200 °C: 6,3 μΩ·m
• 300 °C: 6,5 μΩ·m
• 400 °C: 6,5 μΩ·m
• 500 °C: 6,5 μΩ·m
• 600 °C: 6,6 μΩ·m
• 700 °C: 6,6 μΩ·m
• 800 °C: 6,7 μΩ·m
• 900 °C: 6,8 μΩ·m

Módulo de Young:

• 20 °C: 179 GPa
• 100 °C: 178 GPa
• 200 °C: 176 GPa
• 300 °C: 173 GPa
• 400 °C: 168 GPa
• 500 °C: 164 GPa
• 600 °C: 162 GPa
• 700 °C: 158 GPa

Propriedades mecânicas a alta temperatura da liga K500 em condições de solução e envelhecimento:

• 20 °C:
  • Limite de escoamento: 690 MPa
  • Resistência à tração: 1100 MPa
  • Alongamento: 24 %
• 100 °C:
  • Limite de escoamento: 670 MPa
  • Resistência à tração: 1040 MPa
• 200 °C:
  • Limite de escoamento: 640 MPa
  • Resistência à tração: 1020 MPa
• 300 °C:
  • Limite de escoamento: 620 MPa
  • Resistência à tração: 980 MPa
• 400 °C:
  • Limite de escoamento: 600 MPa
  • Resistência à tração: 890 MPa
• 500 °C:
  • Limite de escoamento: 570 MPa
  • Resistência à tração: 750 MPa
• 600 °C:
  • Limite de escoamento: 490 MPa
  • Resistência à tração: 620 MPa

Propriedades mecânicas nominais das barras e hastes trefiladas a frio Monel® K-500:

• Recozido:
  • Limite de escoamento: 276-414 MPa
  • Resistência à tração: 621-758 MPa
  • Alongamento: 50-25 %
• Recozido e envelhecido:
  • Limite de escoamento: 586-827 MPa
  • Resistência à tração: 896-1310 MPa
  • Alongamento: 30-20 %

Propriedades mecânicas nominais das barras e hastes trefiladas a frio Monel® K-500:

• Recozido:
  • Limite de escoamento: 276-414 MPa
  • Resistência à tração: 621-758 MPa
  • Alongamento: 50-25 %
• Recozido e envelhecido:
  • Limite de escoamento: 586-827 MPa
  • Resistência à tração: 896-1310 MPa
  • Alongamento: 30-20 %

Propriedades mecânicas nominais das tiras trefiladas a frio Monel® K-500:

• Temperado por mola:
  • Limite de escoamento: 896-1103 MPa
  • Resistência à tração: 1000-1138 MPa
  • Alongamento: 8-3 %
  • Dureza: >25 HC %
• Temperado e envelhecido:
  • Limite de escoamento: 896-1345 MPa
  • Resistência à tração: 1172-1517 MPa
  • Alongamento: 10-5 %
  • Dureza: > 34 HC %

Propriedades mecânicas nominais dos tubos e canos trefilados a frio Monel® K-500:

• Recozido:
  • Resistência ao escoamento: 276-448 MPa
  • Resistência à tração: 621-758 MPa
  • Alongamento: 45-25 %
• Recozido e envelhecido:
  • Resistência ao escoamento: 586-827 MPa
  • Resistência à tração: 896-1241 MPa
  • Alongamento: 30-15 %

Propriedades mecânicas nominais dos fios trefilados a frio Monel® K-500:

• Recozido:
  • Limite de escoamento: 241-448 MPa
  • Resistência à tração: 552-758 MPa
  • Alongamento: 40-20 %
• Recozido e envelhecido:
  • Resistência ao escoamento: 621-758 MPa
  • Resistência à tração: 827-1034 MPa
  • Alongamento: 30-15 %
• Temperado e envelhecido:
  • Resistência ao escoamento: 965-1310 MPa
  • Resistência à tração: 1103-1379 MPa
  • Alongamento: 8-3 %

Propriedades mecânicas nominais da chapa laminada a frio Monel® K-500:

• Limite de escoamento: 276-448 MPa
• Resistência à tração: 621-724 MPa
• Alongamento: 45-25 %

Dureza a alta temperatura da liga K500 acabada a quente e envelhecida:

• 20 °C: 331 HBW
• 370 °C: 311 HBW
• 425 °C: 302 HBW
• 480 °C: 293 HBW
• 540 °C: 255 HBW
• 595 °C: 229 HBW

Resistência à corrosão

A Monel® K-500, uma liga de níquel-cobre, é mais resistente a ambientes redutores do que o níquel e mais resistente a ambientes oxidantes do que o cobre. Geralmente, não apresenta fissuras por corrosão sob tensão.

Água do mar - resistência excepcional. Em águas estagnadas, pode ocorrer incrustação seguida de corrosão por pite, mas o processo desacelera após um ataque inicial bastante rápido. Após 3 anos de testes em água do mar estagnada, a profundidade máxima da corrosão por pite foi de 0,864 mm.

Ambiente de poços de petróleo - resistência muito boa. A norma NACE MR0175 / ISO 15156 afirma que a liga pode ser usada em “”sem restrições de temperatura, pH2S, Cl− ou pH in situ em ambientes de produção“”.

Soldabilidade

Boa soldabilidade. Os melhores resultados são obtidos com o processo GTAW. O material deve estar na condição de recozimento em solução. Recomenda-se um tratamento térmico pós-soldagem de 850-900 °C com arrefecimento rápido. Após o tratamento, o componente pode ser endurecido por envelhecimento, mas a soldadura em si não atingirá a resistência do metal base.

Metal de adição - VDM FM 60 (2.4377), metal de adição Monel® 60, S Ni 4060, UNS N04060, ERNiCu-7.

Tratamento térmico, trabalho e usinagem

A faixa de temperatura para conformação a quente é de 880 a 1150 °C (1040 é a temperatura mínima para forjamento pesado). Retire a peça quando aquecida, pois a imersão prolongada nessa temperatura é prejudicial. Para melhores resultados, a última operação de forjamento deve incluir reaquecimento a 1090 °C e redução de pelo menos 30% da área. O resfriamento com água é o método recomendado.

A conformação a frio deve ser feita na condição recozida. Requer uma força significativa, mas dá bons resultados devido à excelente ductilidade da liga.

O recozimento de solução de produtos acabados a quente é feito a 980 °C e de produtos trabalhados a frio a 1040 °C. Para evitar o crescimento excessivo dos grãos, o tempo à temperatura deve ser mantido abaixo de 30 minutos. Tanto o aquecimento quanto o arrefecimento devem ser feitos o mais rápido possível.

O recozimento intermediário pode ser necessário para amolecer o produto durante a produção da conformação. Geralmente é feito a temperaturas entre 760 e 870 °C por 1 hora.

Procedimento de endurecimento por envelhecimento de:

• Material macio (140-180 HBW) - peças forjadas e temperadas ou recozidas, barras recozidas ou laminadas a quente, barras grandes trefiladas a frio e fios e tiras de temperamento macio:
  • Envelhecimento: 580-610 °C; 16 horas
  • Arrefecimento no forno: 12 °C/hora até 480 °C
  • Arrefecimento ao ar:
• Material moderadamente trabalhado a frio - barras trefiladas a frio, tiras semiduras, peças estampadas a frio e fios de temperamento intermédio:
  • Envelhecimento: 580-610 °C; 8 horas
  • Arrefecimento no forno: 12 °C/h até 480 °C
  • Arrefecimento ao ar:
• Material totalmente trabalhado a frio (260-325 HBW, 25-35 HC) - tiras temperadas para molas, fios para molas ou peças fortemente trabalhadas a frio, tais como pequenas esferas moldadas a frio:
  • Endurecimento por envelhecimento: 520-540 °C; 6h
  • Arrefecimento no forno: 12 °C/h até 480 °C
  • Arrefecimento ao ar:

A maquinabilidade é difícil. O desbaste deve ser feito na condição recozida e o acabamento na condição envelhecida.

Parâmetros de torneamento da liga Monel® K-500 com uma ferramenta de torneamento feita de carboneto revestido:

• Desbaste na condição recozida:
  • Avanço: 0,25 mm/rev
  • Velocidade de corte: 244 m/min
  • Profundidade de corte: 6,35 mm
• Acabamento na condição endurecida:
  • Avanço: 0,13 mm/rev
  • Velocidade de corte: 35 m/min
  • Profundidade de corte: 1,02 mm

Fornecemos esta liga de aço como:

• Barra, fio, forjamento de acordo com DIN 17743, 17752, 17754
• Barra, fio, forjamento de acordo com ASTM B 865 / ASME SB-865
• Barra, fio, forjamento de acordo com NACE MR 0103, MR0175 / ISO 15156
• Barra, fio, forjamento de acordo com AMS 4676
• Barra, fio, forjamento de acordo com QQ-N-286 Forma 1,2