摘 要

蒙乃尔合金是一种镍铜合金，其中镍的含量占60%以上，铜占30%左右，还含有少量的铁、锰、铝和钛等元素。蒙乃尔合金具有很强的耐腐蚀性，也有一定的硬度，部分种类经过特定的热处理后其硬度可以得到很大提升，在航空、航海和石油工业中有大量的应用。但是蒙乃尔合金价格较贵，一些设备或零部件如果全用蒙乃尔合金制造成本很高，如果用普通钢材来制造，再将蒙乃尔合金堆焊在表面，可能是一种经济有效的方式。

通过金相制备与观察、硬度测试和耐腐蚀性测试研究了时效处理和焊接参数对蒙乃尔K500合金及其堆焊层的硬度和耐腐蚀性的影响，并以此判断按照论文中的方法得到的蒙乃尔K500合金堆焊层是否可以用于制造油田中使用的土酸柱塞泵柱塞这种对硬度和耐腐蚀性要求都很高的结构件。通过实验，观察了试样的金相组织、测出了试样的硬度和在土酸溶液中的腐蚀速率，得到以下结论：

（1）时效处理后，蒙乃尔K500合金的硬度增加，耐腐蚀性有少量降低。

（2）随着焊接电流的增加，蒙乃尔K500合金堆焊层的硬度降低，耐腐蚀性先降低后增强。

（3）时效处理后，蒙乃尔K500合金堆焊层硬度增加，随着焊接电流的增加，硬度增加量降低；时效处理后，蒙乃尔K500合金堆焊层耐腐蚀性增强。

（4）蒙乃尔K500合金进行堆焊以后，硬度和耐腐蚀性均降低；时效处理后，堆焊层综合性能得到一定的改善，但硬度相对来说依然较低。

（5）土酸柱塞泵柱塞对硬度要求比较高，蒙乃尔K500合金时效处理后可以达到其使用要求，而论文中通过手工焊堆焊得到的蒙乃尔K500合金堆焊层经过时效处理后达不到其使用要求。

关键词：蒙乃尔K500合金；堆焊；时效处理；耐腐蚀性；硬度

Abstract

Monel is a nickel-copper alloy, containing over 60% nickel, 30% copper, small amounts of iron, manganese, aluminum and titanium and other elements. Monel has strong corrosion resistance and can obtain high hardness after heat treatment,so it is widely used in aviation, marine and petroleum industries. But Monel is a kind of expensive material. If some equipments or parts are completely made of it, the manufacturing cost is high. If it’s surfaced on ordinary steel, it might be a very cost-effective way.

Metallographic preparation and observation, hardness testing and corrosion resistance testing were done to study the effects of the aging treatment and welding parameters on the hardness and corrosion resistance of Monel K500 and the surfacing layer. It is aimed to judge whether it’s feasible to use overlay welding of Monel K500 in manufacturing the plungers of pumps in the oil field. The microstructures of samples were observed, and the hardness and corrosion rate in the mud acid solution were measured. Conclusions are as follows:

(1) Aging treatment can increase the hardness of Monel K500 and little weaken the corrosion resistance.

(2) With increasing welding current, the hardness of Monel K500 alloy surfacing layer decreases, while the strength of the corrosion resistance decreases at first and then increases.

(3) Aging treatment can increase the hardness of Monel K500 surfacing layer and enhance the corrosion resistance.

(4) After being surfaced, the hardness and corrosion resistance of Monel are reduced. After aging treatment, the comprehensive performance can be improved but the hardness is still relatively low.

(4) The plunger is strict in hardness. Monel K500 after aging treatment can meet the demand, meanwhile Monel K500 coating prepared can't.

Key Words：Monel K500；overlay welding；aging treatment；corrosion resistance；hardness

目 录

第1章 绪论 1

1.1 蒙乃尔合金概述 1

1.1.1 蒙乃尔合金基本特征 1

1.1.2 蒙乃尔合金的应用与发展 2

1.1.3 蒙乃尔合金的焊接 3

1.2 氩弧焊及堆焊概述 3

1.2.1 氩弧焊基本特征和分类 3

1.2.2 堆焊简介 4

1.3 蒙乃尔合金研究现状 4

1.3.1 国内研究现状 4

1.3.2 国外研究现状 5

1.4 研究目的与研究内容 6

1.4.1 研究目的 6

1.4.2 研究内容 6

第2章 实验材料与实验方法 8

2.1实验材料 8

2.2 实验方法 8

2.2.1 蒙乃尔合金圆柱状试样制备 8

2.2.2 TIG堆焊 8

2.2.3 线切割取样 9

2.2.4 时效处理 10

2.2.5 金相试样制备与观察 11

2.2.6 硬度测试 12

2.2.7 耐腐蚀性测试 12

第3章 蒙乃尔K500合金及其堆焊层时效处理前后的性能 14

3.1蒙乃尔K500合金时效处理前后的性能 14

3.1.1 实验结果 14

3.1.2 结果分析与讨论 15

3.1.3 结论 16

3.2 蒙乃尔K500合金堆焊层时效处理前后的性能 16

3.2.1 实验结果 16

3.2.2 结果分析与讨论 20

3.2.3 结论 21

第4章 结论与展望 22

4.1 结论 22

4.2 展望 22

参考文献 23

致 谢 25

第1章 绪论

1.1 蒙乃尔合金概述

蒙乃尔合金是一种镍基合金，以金属镍为主，金属铜为辅，其中镍占60%以上，铜占30%左右，还含有少量铁、锰、硅、铝和钛等元素。蒙乃尔合金最突出的特性是其耐腐蚀性好，在氟气、盐酸、硫酸、氢氟酸等环境中都很耐腐蚀，是一种使用广泛的耐蚀合金。与此同时，蒙乃尔合金有一定的硬度，部分种类经过特定的热处理后可以获得很高的硬度和较好的耐磨性，蒙乃尔合金的加工性能也很好，因此在航空、航海和石油工业中都有广泛的应用。

1.1.1 蒙乃尔合金基本特征