Aleación Monel K500
La aleación Monel K500 es una aleación de níquel-cobre endurecible por envejecimiento. Ofrece la misma resistencia a la corrosión que la aleación Monel 400, pero con una resistencia mecánica muy superior. Ese incremento procede de la precipitación del compuesto intermetálico Ni3(Al,Ti) durante el envejecimiento. Tras el endurecimiento por envejecimiento, el límite elástico alcanza los 790 MPa, lo que hace del K500 un material idóneo para los elementos estructurales muy solicitados en ambientes marinos.
1. Composición química
La tabla siguiente recoge los intervalos de composición de la aleación Monel K500. Las adiciones de aluminio y titanio permiten su endurecimiento por precipitación, y es en ellas donde la composición del K500 se separa de la de la aleación Monel 400.
| Material | UNS | Norma (Pipe) |
Límites de composición química (valores máximos) | ||||||||||||
| C | Mn | P | S | Si | Ni | Cr | Mo | Cu | Fe | Ti | Al | Co | |||
| Aleación Monel K-500 | N05500 | / | 0.20 | 1.50 | / | 0.015 | 0.50 | Mínimo 63.0 | / | / | 27.0-34.0 | 0.5-2.0 | 0.3-1.0 | 2.2-3.5 | / |
2. Grados aproximados
La tabla siguiente confronta la aleación Monel K500 con los grados internacionales. Debido a su singular proceso de endurecimiento por envejecimiento, esta aleación cuenta con pocos sustitutos directos.
| Material | Grado UNS | GB | JIS | ISO | DIN/EN | GOST | |
| ISC | NUEVO | ||||||
| Aleación Monel K-500 | N05500 | 2.4375 | NICu30Al | NICu30Al | NW5500 | NA 18 | НМЖМц28-2.5-1.5 |
3. Propiedades mecánicas
| Material | Condiciones y dimensiones | Resistencia a la tracción mínima, MPa (ksi) | Límite elástico mínimo, MPa (ksi) | Alargamiento mínimo, % | Dureza |
| Monel K500 | Recocido: todas las dimensiones | 965 (140) | 690 (100) | 20 | HBW≤300 HRC≤30 |
| Monel K500 | Endurecido por envejecimiento: estado estándar | 1100 (160) | 790 (115) | 20 | |
| Monel K500 | Endurecido por envejecimiento: estado de alta resistencia | 1240 (180) | 965 (140) | 15 |
4. Principales ventajas técnicas
- Endurecimiento por precipitación sin sacrificar la resistencia a la corrosión: las adiciones de Al y Ti (2.3-3.15 % de Al y 0.35-0.85 % de Ti) precipitan Ni₃(Al, Ti) durante un envejecimiento controlado a 580-620 °C. Con ello el límite elástico se eleva hasta ≥ 690 MPa, conservando la misma resistencia a la corrosión que el Monel 400 en medios marinos y en ácidos reductores.
- Carácter amagnético en condiciones de servicio: en estado recocido, el K500 es prácticamente amagnético. Esta propiedad lo hace apto para las aplicaciones que exigen componentes estructurales no magnéticos junto a instrumentos sensibles, como las herramientas de medición durante la perforación (MWD) de fondo de pozo.
- Resistencia al desgaste y al agarrotamiento: frente a la aleación Monel 400, la microestructura endurecida mejora notablemente la resistencia al desgaste metal-metal y al agarrotamiento. Ello permite emplear el K500 como material de ejes y cojinetes en los componentes de bombas que trabajan en agua de mar abrasiva o en corrientes de fluidos de producción.
- Nota técnica: la aleación Monel K500 es susceptible de sufrir fragilización por hidrógeno cuando se aplica protección catódica en agua de mar. Al diseñar fijaciones y ejes de estructuras marinas con protección catódica, el ingeniero debe tener en cuenta ese riesgo y fijar límites de dureza adecuados conforme a NACE MR0175 o ISO 15156 (habitualmente 35 HRC o menos).
5. Normas de fabricación generales
ASTM B865: especificación estándar para barras, perfiles, alambre y piezas forjadas de aleación níquel-cobre-aluminio (UNS N05500). Es la principal norma de producto de las barras de aleación Monel K500 destinadas a ejes, fijaciones y piezas mecanizadas.
ASTM B163: aplicable a la aleación Monel K500 en forma de tubos de intercambiador de calor sin costura cuando se requiere alta resistencia mecánica y resistencia a la corrosión.
DIN 17752 / EN 10095: normas europeas de barras y tubos de aleaciones de níquel; el K500 se designa como 2.4375 en la numeración de materiales EN.
JIS H4552: norma industrial japonesa de tubos de níquel y aleaciones de níquel; la designación NW5500 corresponde a los productos tubulares de K500.
NACE MR0175 / ISO 15156: las fijaciones y los componentes de K500 destinados a medios amargos quedan sujetos a los requisitos de dureza y de tratamiento térmico de esta norma, que fija límites máximos de dureza para prevenir la fragilización por hidrógeno.
Tabla comparativa de normas de fabricación:
| ASTM | GB | EN/DIN | JIS | GOST |
| ASTM B865 (Bar/Rod) | - | DIN 2.4375 | JIS H4552 (NW5500) | ГОСТ / МНА 27-2.5 |
| ASTM B163 (Tube) | - | EN 10216-5 (2.4375) | JIS H4552 | - |
6. Principales aplicaciones
- Ejes e impulsores de bombas offshore: ejes de bombas de elevación de agua de mar, anillos de desgaste y cubos de impulsor, donde un mismo material debe reunir alto límite elástico, carácter amagnético y resistencia a la corrosión por agua de mar.
- Equipos de perforación de fondo de pozo: portamechas amagnéticos, estabilizadores y carcasas de herramientas MWD/LWD de los conjuntos de perforación direccional. El carácter amagnético evita las interferencias con los instrumentos de medición.
- Fijaciones navales: tuercas de eje de hélice, pernos de quilla y pasantes de casco de los buques de guerra y mercantes, donde la capacidad de carga a tracción y la resistencia a la corrosión por agua de mar son los criterios determinantes en la elección del material de fijación.
- Producción de petróleo y gas: vástagos de válvula, mandriles y componentes de equipos de terminación en pozos de producción ricos en cloruros y H₂S, sujetos al control de dureza de NACE MR0175.
- Maquinaria de proceso químico: en los medios de tratamiento con HF, HCl y salmuera, los ejes de agitador, las carcasas de bomba y los componentes de equipos rotativos se ejecutan en K500 para mejorar la resistencia a la corrosión y la estabilidad a alta presión.
