C71500 Mechanische Eigenschaften: Zug-, Streckgrenzen- und Härtedaten

Was ist die Sorte C71500?

C71500 ist die UNS-Bezeichnung für 70/30 Kupfer-Nickel, eine Kupferbasis mit 29-33 % Nickel und kontrolliertem Eisen und Mangan. Es handelt sich um eine einphasige Legierung mit einer flächenzentrierten kubischen Struktur und ist im Wesentlichen nicht{10}}magnetisch, was einer der Gründe dafür ist, dass sie in Instrumenten- und Schiffskomponenten sowie für Wärmeübertragungsrohre verwendet wird. Sein mechanisches Verhalten folgt dem bekannten Kupfer{11}}-Legierungsmuster: Die Festigkeit entsteht durch die Härtung in fester Lösung durch Nickel plus die Kaltumformung, die das Anlassen erfordert, und die Duktilität wird durch Glühen wiederhergestellt.

Mechanische Anforderungen werden daher nie allein für die Legierung angegeben. Sie werden für eine bestimmte Produktform und -härte angegeben, da ein geglühtes nahtloses Rohr gemäß ASTM B111 und ein hartgezogener Stab gemäß ASTM B151 aus derselben Legierung sehr unterschiedliche Eigenschaften haben.

Zug-, Streck- und Dehnungsanforderungen

Beim Lesen eines Kupfernickel-Testzertifikats sind zwei Konventionen wichtig. Die erste besteht darin, dass die Streckgrenze für Kupfer-Nickel-Rohre mit einem Versatz von 0,5 % angegeben wird und nicht mit einem Versatz von 0,2 %, der für Stahl verwendet wird. Der zweite Grund ist, dass die Mindestwerte für Zugfestigkeit und Streckgrenze für geglühte Rohre deutlich unter den in der Routineproduktion erzielten Werten liegen. Daher ist ein Zertifikat, das angenehme Spannen anzeigt, normal und allein kein Beweis für eine vom Standard abweichende Wärme.

Härte und elastische Konstanten

Die typische Härte für geglühte 70/30-Rohre liegt im Bereich von etwa 80-120 HB, wobei sie beim Kaltziehen des Rohrs ansteigt und nach dem Glühen wieder abnimmt. Die Härte ist in der Werkstatt ein nützlicher Indikator für die Härtekonsistenz, sie ist jedoch kein Ersatz für den Zugtest, wenn die Einhaltung nachgewiesen werden muss.

Wie Temperament und Temperatur die Eigenschaften verändern

Die Kaltreduktion ist die einzige praktikable Möglichkeit, die Festigkeit eines Kupfernickelrohrs nach dem Glühen zu erhöhen, und der Effekt ist direkt: Jede Erhöhung des gezogenen Zustands erhöht die Zug- und Streckgrenze und verringert die Dehnung. Ein Rohr, das zur Walzenaufweitung in einen Rohrboden vorgesehen ist, wird normalerweise geglüht, da die Aufweitung Duktilität erfordert; Ein Rohr, das Verschleiß im Schlammbetrieb widerstehen soll, kann in gezogenem Zustand geliefert werden, wobei die höhere Oberflächenhärte den Verlust an Formbarkeit ausgleicht. Bei einer Kaltumformung stellt ein Spannungsarmglühen die Duktilität wieder her und beseitigt die Eigenspannungen, die das Bauteil ansonsten anfällig für Spannungsrisskorrosion machen würden.

Bei erhöhter Temperatur sinken die Zug- und Streckgrenze stetig und das Kriechen wird zum Konstruktionsaspekt; 70/30 Kupfer-Nickel wird üblicherweise im Dauerbetrieb bei Temperaturen bis zu etwa 400 °C verwendet, wobei die Eigenschaften mit steigender Temperatur abnehmen. Bei niedrigen Temperaturen behält die Legierung eine gute Zähigkeit und wird für Kryorohre verwendet, da sie keinen duktilen -zu-Übergang aufweist, wie er bei ferritischen Stählen zu finden ist.

Test- und Akzeptanznachweise

Die mechanische Konformität wird durch Zugtests nachgewiesen, die für Kupferlegierungen gemäß ASTM E8 und E8M durchgeführt werden, wobei die Härte mit der Brinell-Methode gemäß ASTM E10 gemessen wird, wenn ein Härtewert erforderlich ist. Rohre nach ASTM B111 werden zusätzlich Abflachungs- und Ausdehnungstests unterzogen, bei denen es sich eher um Formtests als um Eigenschaftstests handelt und die dazu dienen, zu zeigen, dass das Rohr den mechanischen Vorgängen der Bündelmontage standhält. Maßkontrollen, eine hydrostatische oder pneumatische Druckprüfung je nach Auftrag und eine Wirbelstromprüfung in der Praxis E243 runden das übliche Abnahmepaket ab.

Ein Käufer, der ein Mühlenzertifikat überprüft, sollte sicherstellen, dass die Legierung als UNS C71500 identifiziert ist, dass die Härte mit der Bestellung übereinstimmt, dass die Zug-, Streckgrenzen- und Dehnungswerte auf der richtigen Seite der angegebenen Mindestwerte liegen, dass der Streckgrenzenwert bei 0,5 % Versatz angegeben ist und dass die mechanischen Ergebnisse derselben Hitze und Charge entsprechen wie die dimensionalen und zerstörungsfreien Ergebnisse.

FAQ

F: Wie hoch ist die Zugfestigkeit von C71500?
Geglühte Rohre gemäß ASTM B111 müssen mindestens 380 MPa (55 ksi) erreichen; Typische Produktionswerte liegen bei 380-450 MPa, und kaltgezogene Härtegrade werden mit höheren Mindestwerten angegeben.

F: Mit welcher Streckgrenze ist zu rechnen?
Das Spezifikationsminimum für geglühte Rohre beträgt 140 MPa (20 ksi) bei 0,5 % Versatz, mit typischen Produktionswerten im Bereich von 140-200 MPa. Die Ausbeuten für Kupfer-Nickel-Röhren werden mit einem Offset von 0,5 % statt mit 0,2 % angegeben.

F: Wie hart ist C71500?
Geglühte 70/30-Rohre haben typischerweise etwa 80–120 HB. Die Härte steigt mit der Kaltverformung und fällt nach dem Glühen wieder ab. Daher ist sie ein nützlicher Indikator für die Härte in der Werkstatt und kein Ersatz für die Spannungsprüfung.

F: Wie hoch ist der Elastizitätsmodul der Legierung?
Der Elastizitätsmodul beträgt etwa 150 GPa mit einem Schermodul nahe 52 GPa und einem Poisson-Verhältnis von etwa 0,34.

F: Wie heiß kann der C71500 verwendet werden?
Dauerbetrieb bei bis zu etwa 400 °C ist für die Sorte 70/30 normal, aber Zug- und Streckgrenze nehmen mit steigender Temperatur ab und Kriechen wird am oberen Ende dieses Bereichs zum bestimmenden Konstruktionsfaktor.

F: Welche Tests belegen die mechanische Konformität?
Zugprüfungen nach ASTM E8 und E8M liefern die Zug-, Streckgrenzen- und Dehnungswerte, die Härte wird bei Bedarf mit der Brinell-Methode nach ASTM E10 gemessen und Rohre nach ASTM B111 werden zusätzlich Abflachungs- und Ausdehnungstests unterzogen.