Monel - Monel
Monel to grupa stopów niklu , składająca się głównie z niklu (od 52 do 67%) i miedzi , z niewielką ilością żelaza, manganu, węgla i krzemu. Stopy o zawartości miedzi 60% lub większej nazywane są miedzioniklem .
Silniejsze niż czysty nikiel stopy Monel są odporne na korozję powodowaną przez wiele agresywnych czynników, w tym szybko płynącą wodę morską . Można je łatwo wytwarzać przez obróbkę na gorąco i na zimno, obróbkę skrawaniem i spawanie.
Monel został stworzony w 1905 roku przez Roberta Crooksa Stanleya, który w tym czasie pracował w International Nickel Company (Inco). Stop Monel 400 jest stopem binarnym o takich samych proporcjach niklu i miedzi, jakie występuje naturalnie w meteorytowej rudzie niklu z kopalni Sudbury (Ontario) i dlatego jest uważany za stop purytański . Monel został nazwany na cześć prezesa firmy Ambrose Monell i opatentowany w 1906 roku. Jeden L został usunięty, ponieważ nazwiska rodzinne nie były wówczas dozwolone jako znaki towarowe. Znak towarowy został zarejestrowany w maju 1921 r., a nazwa jest obecnie znakiem towarowym firmy Special Metals Corporation .
Jako drogi stop, jego zastosowanie ogranicza się do tych zastosowań, w których nie można go zastąpić tańszymi alternatywami. Na przykład w 2015 r. rurociągi Monel były trzy razy droższe niż ich odpowiedniki wykonane ze stali węglowej.
Nieruchomości
Monel to binarny stop w postaci stałej. Ponieważ nikiel i miedź są wzajemnie rozpuszczalne we wszystkich proporcjach, jest to stop jednofazowy. W porównaniu ze stalą Monel jest bardzo trudny w obróbce, ponieważ bardzo szybko twardnieje. Musi być obracany i obrabiany przy niskich prędkościach i niskich prędkościach posuwu. Jest odporny na korozję i kwasy, a niektóre stopy mogą wytrzymać pożar w czystym tlenie. Jest powszechnie stosowany w aplikacjach o silnie korozyjnych warunkach. Niewielkie dodatki aluminium i tytanu tworzą stop (K-500) o tej samej odporności na korozję, ale o znacznie większej wytrzymałości ze względu na powstawanie pierwotnych promieni gamma podczas starzenia. Monel jest zazwyczaj znacznie droższy niż stal nierdzewna .
Stop Monel 400 ma ciężar właściwy 8,80, zakres topnienia 1300–1350 °C, przewodność elektryczną około 34% IACS i (w stanie wyżarzonym) twardość 65 Rockwell B. Stop Monel 400 wyróżnia się wytrzymałość, która jest utrzymywana w znacznym zakresie temperatur.
Stop Monel 400 ma doskonałe właściwości mechaniczne w temperaturach ujemnych. Wzrasta wytrzymałość i twardość przy niewielkim pogorszeniu ciągliwości lub udarności. Stop nie podlega przemianie plastycznej w kruchą nawet po schłodzeniu do temperatury ciekłego wodoru. Stanowi to wyraźny kontrast w stosunku do wielu materiałów żelaznych, które są kruche w niskich temperaturach pomimo ich zwiększonej wytrzymałości.
Zastosowania
Zastosowania lotnicze
W latach 60. XX wieku metal Monel znalazł masowe zastosowanie w budowie samolotów , zwłaszcza w tworzeniu ram i poszycia eksperymentalnych samolotów rakietowych , takich jak North American X-15 , aby oprzeć się wielkiemu ciepłu generowanemu przez tarcie aerodynamiczne podczas lotu z bardzo dużą prędkością. Metal Monel zachowuje swoją wytrzymałość w bardzo wysokich temperaturach, co pozwala mu zachować swój kształt przy dużych prędkościach lotu w atmosferze, co jest kompromisem w stosunku do zwiększonej masy części ze względu na wysoką gęstość Monela .
Monel jest używany do okablowania bezpieczeństwa w konserwacji samolotów, aby zapewnić, że elementy złączne nie zostaną odpięte, zwykle w obszarach o wysokiej temperaturze; drut nierdzewny jest używany w innych obszarach w celach ekonomicznych.
Produkcja i rafinacja ropy naftowej
Monel jest stosowany w sekcji instalacji alkilacji w bezpośrednim kontakcie ze stężonym kwasem fluorowodorowym. Monel oferuje wyjątkową odporność na kwas fluorowodorowy we wszystkich stężeniach aż do temperatury wrzenia. Jest to prawdopodobnie najbardziej odporny ze wszystkich powszechnie stosowanych stopów inżynierskich. Stop jest również odporny na wiele form kwasu siarkowego i chlorowodorowego w warunkach redukujących.
Zastosowania morskie
Odporność na korozję Monel sprawia, że idealnie nadaje się do zastosowań, takich jak rurociągi, wały pomp, zawory wody morskiej, druty do trolingu i kosze z filtrami. Niektóre stopy są całkowicie niemagnetyczne i są używane do kotwiczenia kabli na pokładach trałowców , obudów urządzeń do pomiaru pola magnetycznego. W łodziach rekreacyjnych Monel jest używany jako drut do chwytania szekli do lin kotwicznych, do zbiorników na wodę i paliwo oraz do zastosowań podwodnych. Jest również używany do wałów śrubowych i śrub stępkowych. W popularnych łodziach żaglowych Hobiecat nity Monel są używane tam, gdzie wymagana jest wytrzymałość, ale nie można użyć stali nierdzewnej z powodu korozji, która wynikałaby z kontaktu stali nierdzewnej z aluminiowym masztem, bomem i ramą łodzi w środowisku słonej wody.
Ze względu na problem działania elektrolitycznego w słonej wodzie (znany również jako korozja galwaniczna ), w przemyśle stoczniowym Monel musi być starannie izolowany od innych metali, takich jak stal. The New York Times 12 sierpnia 1915 opublikował artykuł o jachcie o długości 215 stóp, „pierwszym statku, który kiedykolwiek zbudowano z całkowicie monelowym kadłubem”, który „rozpadł się” w ciągu zaledwie sześciu tygodni i musiał zostać złomowany. , „z powodu dezintegracji jej dna w wyniku działania elektrycznego”. Stalowy szkielet jachtu uległ pogorszeniu w wyniku oddziaływania elektrolitycznego z Monelem.
W badaniach nad ptakami morskimi, a zwłaszcza obrączkowaniem lub obrączkowaniem ptaków , Monel był używany do tworzenia opasek lub obrączek dla wielu gatunków, takich jak albatrosy , które żyją w korozyjnym środowisku wody morskiej.
Instrumenty muzyczne
Monel jest używany jako materiał na tłoki zaworów lub wirniki w niektórych instrumentach muzycznych wyższej jakości, takich jak trąbki, tuby i waltornie. RotoSound wprowadził użycie Monela do elektrycznych strun basowych w 1962 roku, a struny te były używane przez wielu artystów, w tym Steve'a Harrisa z Iron Maiden , The Who , Sting , John Deacon , John Paul Jones i nieżyjący już Chris Squire . Monel był używany na początku lat 30. przez innych producentów strun muzycznych, takich jak Gibson Guitar Corporation , którzy nadal oferują je jako mandoliny jako zestaw podpisów Sama Busha . Ponadto CF Martin & Co. używa Monela do swoich strun do gitar akustycznych Martin Retro. Fabryka strun Pyramid (Niemcy) produkuje struny do gitar elektrycznych „Monel classics” nawijane na okrągłym rdzeniu. W 2017 roku firma smyczkowa D'Addario wypuściła linię strun skrzypcowych wykorzystujących uzwojenie Monel na strunie D i G.
Inne
Dobra odporność na korozję powodowaną przez kwasy i tlen sprawia, że Monel jest dobrym materiałem dla przemysłu chemicznego. Nawet żrące fluorki mogą być obsługiwane w aparacie Monel; dokonano tego na szeroką skalę przy wzbogacaniu uranu w zakładzie dyfuzji gazowej Oak Ridge . Tutaj większość rurek o większej średnicy dla sześciofluorku uranu została wykonana z Monelu. Innym przykładem są regulatory do reaktywnych gazów butlowych, takich jak chlorowodór , gdzie PTFE nie jest odpowiednią opcją, gdy wymagane są wysokie ciśnienia podawania. Mogą one czasami zawierać kolektor Monel i krany przed reduktorem, które umożliwiają przepłukanie reduktora suchym, obojętnym gazem po użyciu w celu dalszej ochrony sprzętu.
Na początku XX wieku, kiedy powszechnie stosowano energię parową , Monel był reklamowany jako pożądany do stosowania w systemach pary przegrzanej . Podczas wojen światowych Monel był używany do amerykańskich wojskowych nieśmiertelników .
Monel jest często używany do zlewozmywaków oraz w oprawkach okularów. Wykorzystywany jest również do rozwórek palenisk w kotłach płomieniówkowych .
Części Zegara Długiego Teraz , który ma działać przez 10 000 lat, są wykonane z Monelu ze względu na odporność na korozję bez użycia metali szlachetnych.
Monel został użyty do wykonania większości odsłoniętego metalu użytego we wnętrzu katedry Bryn Athyn w Pensylwanii, religijna siedziba Kościoła Generalnego Nowej Jerozolimy . Obejmowały one duże ozdobne ekrany, klamki itp. Monel był również używany jako materiał dachowy w budynkach takich jak oryginalna stacja Pennsylvania w Nowym Jorku.
Acura (Honda) NSX z lat 1991-1996 była dostarczana z kluczykiem wykonanym z Monelu.
Zastosowania na polach naftowych obejmują stosowanie kołnierzy wiertniczych Monel. Przyrządy mierzące pole magnetyczne Ziemi w celu określenia kierunku są umieszczone w niemagnetycznym kołnierzu, który izoluje je od magnetycznego przyciągania narzędzi wiertniczych znajdujących się nad i pod niemagnetycznymi kołnierzami. Monel jest obecnie rzadko używany, zwykle zastępowany niemagnetyczną stalą nierdzewną.
Monel jest również używany jako ochronny materiał wiążący na zewnętrznej stronie strzemion w stylu zachodnim.
Monel jest używany przez Arrow Fastener Co., Inc. do nierdzewnych zszywek T50.
Monel był również używany w lodówkach Kelvinator.
Monel był używany w Baby Alice Thumb Guard, urządzeniu zapobiegającym ssaniu kciuka z lat 30. XX wieku.
Monel jest używany w obróbce filmów kinowych. Łączniki zszywek Monel są idealne do ochrony przed korozją w zbiornikach fotochemicznych o ciągłym działaniu.
Stopy
Monel jest często sprzedawany zgodnie z normami ISO 6208 (płyty, blachy i taśmy) 9723 (pręty) 9724 (drut) 9725 (odkuwki) oraz DIN 17751 (rury i rury).
| Nazwa handlowa |
ASTM / AISI
Rodzaj stopu |
UNS | %Cu | %Glin | %Ti | %Fe | %Mn | %Si | %Ni |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Monel 400 | B 127, B 164 | N04400 | 28–34 | 2,5 maks | Maks. 2,0 | 0,5 maks. | 63 min | ||
| Monel 401 | N04401 | 28–34 | 2,5 maks | Maks. 2,0 | 63 min | ||||
| Monel 404 | N04404 | Rem | 0,05 maks | 0,5 maks. | 0,1 maks. | 0,1 maks. | 52–57 | ||
| Monel K-500 | B 865 | N05500 | 27–33 | 2,3–3,15 | 0,35–0,85 | Maks. 2,0 | 1,5 maks | 0,5 maks. | 63 min |
| Monel 405 | B 164 | N04405 | 28–34 | 2,5 maks | Maks. 2,0 | 0,5 maks. | 63 min |
Monel 400
Monel 400 wykazuje wysoką wytrzymałość i doskonałą odporność na korozję w różnych środowiskach kwasowych i zasadowych i jest szczególnie odpowiedni do warunków redukcyjnych. Ma również dobrą ciągliwość i przewodność cieplną. Monel 400 zwykle znajduje zastosowanie w inżynierii morskiej, przetwórstwie chemicznym i węglowodorowym, wymiennikach ciepła, zaworach i pompach. Jest objęty następującymi normami: BS 3075, 3076 NA 13, DTD 204B i ASTM B164.
Monel 400 jest szeroko stosowany w jednostkach alkilowania, a mianowicie w sekcji reakcyjnej w kontakcie ze stężonym kwasem fluorowodorowym.
Monel 401
Ten stop jest przeznaczony do użytku w specjalistycznych zastosowaniach elektrycznych i elektronicznych. Alloy 401 jest łatwo spawany autogenicznie w procesie spawania łukiem gazowo-wolframowym. Zgrzewanie oporowe jest bardzo zadowalającą metodą łączenia materiału. Wykazuje również dobre właściwości lutownicze. Jest objęty normą UNS N04401.
Monel 404
Stop Monel 404 jest używany głównie w specjalistycznych zastosowaniach elektrycznych i elektronicznych. Skład Monel 404 jest starannie dobrany, aby zapewnić bardzo niską temperaturę Curie , niską przepuszczalność i dobre właściwości lutowania.
Monel 404 może być spawany przy użyciu powszechnych technik spawalniczych i kuty, ale nie może być obrabiany na gorąco. Obróbka na zimno może być wykonywana przy użyciu standardowych narzędzi i miękkich materiałów matryc dla lepszego wykończenia. Jest objęty normami UNS N04404 i ASTM F96. Monel 404 jest stosowany w kapsułach do tranzystorów i uszczelek ceramiczno-metalowych.
Monel 405
Monel 405 to gatunek stopu 400 do obróbki swobodnej. Zawartość procentowa niklu, węgla, manganu, żelaza, krzemu i miedzi pozostaje taka sama jak w stopie 400, ale zawartość siarki zmienia się z maks. 0,024 na 0,025-0,060%. Alloy 405 jest używany głównie do produkcji automatycznych maszyn śrubowych i generalnie nie jest zalecany do innych zastosowań. Siarczki niklu i miedzi powstające z siarki w swoim składzie działają jak łamacze wiórów, ale z powodu tych wtrąceń wykończenie powierzchni stopu nie jest tak gładkie jak w przypadku stopu 400. Monel 405 jest oznaczony UNS N04405 i jest objęty ASME SB -164, ASTM B-164, Federalny QQ-N-281, SAE AMS 4674 i 7234, Wojskowy MIL-N-894 i NACE MR-01-75.
Monel 450
Stop ten wykazuje dobrą wytrzymałość zmęczeniową i stosunkowo wysoką przewodność cieplną. Jest stosowany w skraplaczach wody morskiej, płytach skraplacza, rurach destylacyjnych, rurach parownika i wymiennika ciepła oraz rurach do wody morskiej.
Monel K-500
Monel K-500 łączy doskonałą odporność na korozję charakterystyczną dla stopu Monel 400 z dodatkowymi zaletami większej wytrzymałości i twardości. Podwyższone właściwości uzyskuje się przez dodanie glinu i tytanu do bazy niklowo-miedzianej oraz przez ogrzewanie w kontrolowanych warunkach tak, aby submikroskopowe cząstki Ni 3 (Ti, Al) wytrącały się w całej osnowie.
Odporność na korozję stopu Monel K-500 jest zasadniczo równoważna odporności stopu 400, z wyjątkiem tego, że w stanie utwardzonym przez starzenie stop K-500 ma większą tendencję do pękania naprężeniowo-korozyjnego w niektórych środowiskach. Stwierdzono, że stop Monel K-500 jest odporny na środowisko kwaśnych gazów. Połączenie bardzo niskich szybkości korozji w wodzie morskiej o dużej prędkości i wysokiej wytrzymałości sprawia, że stop K-500 jest szczególnie odpowiedni na wały pomp odśrodkowych w eksploatacji morskiej. W stojącej lub wolno płynącej wodzie morskiej może wystąpić zanieczyszczenie, a następnie wżery, ale te wżery spowalniają po dość szybkim początkowym ataku.
Typowe zastosowania stopu K-500 to wały pomp i wirniki, rakle i skrobaki oraz kołnierze wierteł do szybów naftowych, przyrządy i komponenty elektroniczne.
Monel R-405
Monel R-405 jest wersją Monel 400 do obróbki swobodnej. Jest to stop niklowo-miedziowy z kontrolowaną ilością siarki dodawanej w celu zapewnienia wtrąceń siarczkowych, które działają jak łamacze wiórów podczas obróbki. Podobnie jak Monel 400, stop R-405 jest odporny na wodę morską i parę wodną w wysokich temperaturach, a także na sól i roztwory żrące. Monel R-405 jest stopem w stanie stałym, który można utwardzić tylko przez obróbkę na zimno. Ten stop niklu charakteryzuje się dobrą odpornością na korozję, dobrą spawalnością i wysoką wytrzymałością. Niska szybkość korozji w szybko płynącej wodzie słonawej lub morskiej w połączeniu z doskonałą odpornością na pękanie korozyjne naprężeniowe w większości wód słodkich w połączeniu z odpornością na różne warunki korozyjne uzasadnia jego szerokie zastosowanie w zastosowaniach morskich i innych nieutleniających roztworach chlorkowych. Ten stop niklowo-miedziany jest szczególnie odporny na działanie kwasów chlorowodorowych i fluorowodorowych po ich odpowietrzeniu. Jak można się spodziewać po wysokiej zawartości miedzi, stop R-405 jest szybko atakowany przez układy kwasu azotowego i amoniaku.
Alloy R-405 jest używany głównie do produkcji automatycznych maszyn śrubowych i nie jest ogólnie zalecany do innych zastosowań.
Monel 502
Monel 502 jest stopem niklu i miedzi, a jego numer UNS to N05502. Gatunek ten ma również dobrą odporność na pełzanie i utlenianie. Monel 502 może być formowany w różnych kształtach. Monel 502 może być obrabiany podobnie jak austenityczne stale nierdzewne.
Zobacz też
Bibliografia
Bibliografia
- Szewc, Lewis E.; Smith, Gaylord D. (2006). „Wiek Monel Metal: 1906-2006”. JOM . 58 (9): 22. Kod bib : 2006JOM....58i..22S . doi : 10.1007/s11837-006-0077-x .