Cos'è il grado C71500
C71500 è la designazione UNS per rame-nichel 70/30, una base di rame con 29-33% di nichel e ferro e manganese controllati. È una lega monofase-con una struttura cubica a facce-centrata ed è essenzialmente non-magnetica, motivo per cui viene utilizzata negli strumenti e nei componenti marini, nonché per i tubi di trasferimento del calore. Il suo comportamento meccanico segue il modello familiare della lega di rame-: la resistenza deriva dall'indurimento in soluzione solida mediante nichel più qualsiasi lavorazione a freddo imposta dalla tempra, e la duttilità viene recuperata mediante ricottura.
Pertanto i requisiti meccanici non vengono mai citati solo per la lega. Sono quotati per una forma e uno stato di prodotto specifici, poiché un tubo ricotto senza saldatura secondo ASTM B111 e un'asta trafilata dura-secondo ASTM B151 della stessa lega hanno proprietà molto diverse.
Requisiti di trazione, snervamento e allungamento
| Condizione | Resistenza alla trazione | Limite di snervamento compensato dello 0,5%. | Allungamento in 50 mm |
|---|---|---|---|
| Tubo ricotto, ASTM B111 (O61) | Minimo 380 MPa (55 ksi). | Minimo 140 MPa (20 ksi). | 30% minimo |
| Tubo trafilato leggero | Minimi superiori a quelli ricotti, tabulati nella specifica | Superiore a quello ricotto, riportato nella specifica | Inferiore a quello ricotto, riportato nella specifica |
| Tubo trafilato duro | Minimi di trazione più elevati delle tempra del tubo | Minimi di resa più elevati dei tubi temprati | Minimo allungamento delle tempere del tubo |
| Valori ricotti tipici in produzione | 380 - 450 MPa | 140 - 200 MPa | 30 - 40 % |
Due convenzioni contano quando si legge un certificato di test del cupronichel. Il primo è che il limite di snervamento è indicato con uno scostamento dello 0,5% per i tubi in rame-nichel anziché con uno scostamento dello 0,2% utilizzato per l'acciaio. Il secondo è che i minimi di trazione e snervamento per il tubo ricotto sono ben al di sotto dei valori ottenuti nella produzione di routine, quindi un certificato che mostra margini confortevoli è normale e non è di per sé la prova di un calore fuori-standard.
Durezza e costanti elastiche
La durezza tipica per un tubo ricotto 70/30 è compresa tra circa 80-120 HB, che aumenta quando il tubo viene trafilato a freddo e si riduce nuovamente dopo la ricottura. La durezza è un utile indicatore in fabbrica della consistenza dello stato d'animo, ma non sostituisce la prova di trazione quando deve essere dimostrata la conformità.
| Proprietà | Valore tipico |
|---|---|
| Modulo elastico | Circa 150 GPa |
| Modulo di taglio | Circa 52 GPa |
| Rapporto di Poisson | Circa 0,34 |
| Densità | 8,94 g/cm³ |
| Intervallo di fusione | Circa 1170 - 1240 gradi C |
| Conducibilità termica a 20 gradi C | Circa 29 W/(m·K) |
| Conduttività elettrica | Circa il 4,6% SIGC |
Come temperamento e temperatura modificano le proprietà
La riduzione a freddo è l'unico modo pratico per aumentare la resistenza di un tubo di cupronichel dopo che è stato ricotto, e il commercio è diretto: ogni incremento della tempra trafilata aumenta la resistenza alla trazione e allo snervamento e riduce l'allungamento. Un tubo destinato all'espansione a rulli in una piastra tubiera viene normalmente ricotto, poiché l'espansione richiede duttilità; un tubo destinato a resistere all'usura in un servizio con impasto liquido può essere fornito allo stato trafilato dove la maggiore durezza superficiale vale la perdita di formabilità. Laddove è stata effettuata la formatura a freddo, una ricottura di distensione ripristina la duttilità e rimuove le tensioni residue che altrimenti renderebbero il componente sensibile alla tensocorrosione.
A temperature elevate, la resistenza alla trazione e allo snervamento diminuiscono costantemente e lo scorrimento viscoso diventa la considerazione progettuale; Il rame-nichel 70/30 è comunemente utilizzato in servizio continuo a temperature fino a circa 400 gradi C, con proprietà che si riducono all'aumentare della temperatura. A bassa temperatura la lega mantiene una buona tenacità e viene utilizzata per tubi criogenici, poiché non presenta una transizione da duttile-a-fragile del tipo riscontrato negli acciai ferritici.
Test e prove di accettazione
La conformità meccanica è dimostrata da prove di trazione, eseguite per le leghe di rame in conformità con ASTM E8 ed E8M, con durezza misurata con il metodo Brinell secondo ASTM E10 quando è richiesto un valore di durezza. Il tubo conforme a ASTM B111 è inoltre sottoposto a test di appiattimento ed espansione, che sono test di formatura piuttosto che test di proprietà e vengono utilizzati per dimostrare che il tubo sopravvivrà alle operazioni meccaniche di assemblaggio del fascio. Controlli dimensionali, una prova di pressione idrostatica o pneumatica come ordinato e un esame a correnti parassite-per lo studio E243 completano il consueto pacchetto di accettazione.
Un acquirente che esamina un certificato di fabbrica dovrebbe verificare che la lega sia identificata come UNS C71500, che lo stato fisico corrisponda all'ordine, che i valori di trazione, snervamento e allungamento siano nella parte corretta dei minimi specificati, che il valore di snervamento sia dichiarato con uno scostamento dello 0,5% e che i risultati meccanici corrispondano allo stesso calore e lotto dei risultati dimensionali e non-distruttivi.
Domande frequenti
D: Qual è la resistenza alla trazione del C71500?
Il tubo ricotto secondo ASTM B111 deve raggiungere almeno 380 MPa (55 ksi); i valori di produzione tipici sono 380-450 MPa e gli stati trafilati a freddo sono specificati con minimi più elevati.
D: Quale limite di snervamento dovrebbe essere previsto?
La specifica minima per il tubo ricotto è 140 MPa (20 ksi) con uno scostamento dello 0,5%, con valori di produzione tipici nell'intervallo 140-200 MPa. I rendimenti dei tubi di rame-nichel sono quotati con una compensazione dello 0,5% anziché dello 0,2%.
D: Quanto è difficile C71500?
Il tubo ricotto 70/30 è tipicamente di circa 80-120 HB. La durezza aumenta con la riduzione a freddo e diminuisce nuovamente dopo la ricottura, quindi è un utile indicatore di rinvenimento in officina piuttosto che un sostituto della prova di tensione.
D: Qual è il modulo elastico della lega?
Il modulo elastico è di circa 150 GPa con un modulo di taglio vicino a 52 GPa e un rapporto di Poisson di circa 0,34.
D: A che temperatura può essere utilizzato il C71500?
Il servizio continuo fino a circa 400 gradi C è normale per il grado 70/30, ma la resistenza alla trazione e allo snervamento diminuiscono con l'aumento della temperatura e lo scorrimento viscoso diventa il fattore di progettazione controllante all'estremità superiore di tale intervallo.
D: Quali test dimostrano la conformità meccanica?
I test di trazione secondo ASTM E8 ed E8M forniscono i valori di trazione, snervamento e allungamento, la durezza quando richiesto viene misurata con il metodo Brinell secondo ASTM E10 e il tubo secondo ASTM B111 viene inoltre sottoposto a test di appiattimento ed espansione.
