Монель — группа сплавов никеля (от 52 до 67%) и меди с небольшим количеством железа, марганца, углерода и кремния . Монель не является медно-никелевым сплавом, поскольку в нем содержится менее 60% меди.
Более прочные, чем чистый никель, сплавы монеля устойчивы к коррозии под действием многих агрессивных агентов, включая быстро текущую морскую воду . Их можно легко изготовить методами горячей и холодной обработки, механической обработки и сварки. [2]
Монель был создан в 1905 году Робертом Круксом Стэнли , который в то время работал в Международной никелевой компании (Inco). [3] Монель был назван в честь президента компании Амброуза Монелла и запатентован в 1906 году. [4] Один L был исключен, поскольку в то время фамилии не допускались в качестве товарных знаков. [1] Торговая марка была зарегистрирована в мае 1921 года, [5] и в настоящее время это название является торговой маркой Special Metals Corporation .
Поскольку сплав является дорогим, его использование ограничено теми применениями, где его невозможно заменить более дешевыми альтернативами. [ нужна цитата ] Например, в 2015 году трубы из монеля стоили в три раза дороже, чем эквивалентные трубы из углеродистой стали. [6]
Монель представляет собой бинарный сплав в твердом растворе. Поскольку никель и медь взаимно растворимы во всех пропорциях, это однофазный сплав. По сравнению со сталью, монель очень трудно поддается механической обработке, поскольку он очень быстро затвердевает. Его необходимо поворачивать и работать на малых скоростях и малых скоростях подачи. Он устойчив к коррозии и кислотам, а некоторые сплавы выдерживают возгорание в чистом кислороде. Его обычно используют в условиях высокой коррозионной активности. Небольшие добавки алюминия и титана образуют сплав (К-500) с такой же коррозионной стойкостью, но с гораздо большей прочностью за счет образования гамма-штрихов при старении. Монель обычно намного дороже нержавеющей стали .
Сплав монель 400 имеет удельный вес 8,80, [7] диапазон плавления 1300–1350 °С, электропроводность около 34 % IACS и (в отожженном состоянии) твердость 65 по Роквеллу Б. [8] Монель Сплав 400 отличается своей вязкостью, которая сохраняется в значительном диапазоне температур.
Сплав монель 400 обладает отличными механическими свойствами при минусовых температурах. Прочность и твердость увеличиваются при незначительном ухудшении пластичности или ударопрочности. Сплав не претерпевает перехода из пластичного состояния в хрупкое даже при охлаждении до температуры жидкого водорода. Это резко контрастирует со многими материалами из черных металлов, которые, несмотря на повышенную прочность, становятся хрупкими при низких температурах.
В 1960-х годах монель-металл нашел массовое применение в авиастроении , особенно при изготовлении каркасов и обшивки экспериментальных ракетных самолетов , таких как North American X-15 , чтобы противостоять большому нагреву, выделяемому аэродинамическим трением во время полета на чрезвычайно высоких скоростях. Металл монель сохраняет свою прочность при очень высоких температурах, что позволяет ему сохранять форму при высоких скоростях полета в атмосфере, что является компромиссом с увеличенным весом деталей из-за высокой плотности монеля .
Монель используется в качестве защитной проводки при техническом обслуживании самолетов, чтобы гарантировать, что крепежные детали не могут быть расстегнуты, обычно в зонах с высокими температурами; нержавеющая проволока применяется и в других сферах в целях экономии. Кроме того, некоторые используемые крепления изготовлены из сплава.
Монель применяется на участке установок алкилирования , находящихся в непосредственном контакте с концентрированной плавиковой кислотой. Монель обеспечивает исключительную устойчивость к плавиковой кислоте во всех концентрациях вплоть до точки кипения. Это, пожалуй, самый прочный из всех широко используемых конструкционных сплавов. Сплав также устойчив ко многим формам серной и соляной кислот в восстановительных условиях.
Коррозионная стойкость монеля делает его идеальным для таких применений, как трубопроводные системы, валы насосов, клапаны морской воды, троллинговый трос и сетчатые корзины. Некоторые сплавы совершенно немагнитны и используются для изготовления якорных тросов на тральщиках [9] или в корпусах аппаратуры измерения магнитного поля. В прогулочном судоходстве монель используется в качестве проволоки для крепления скоб якорных канатов, резервуаров для воды и топлива, а также для подводных работ. Он также используется для гребных валов и килевых болтов. На популярных парусных лодках Hobiecat заклепки из монеля [10] используются там, где необходима прочность, но нельзя использовать нержавеющую сталь из-за коррозии, которая может возникнуть в результате контакта нержавеющей стали с алюминиевой мачтой, гиком и рамой лодки в соленой воде. среда.
Из-за проблемы электролитического действия в соленой воде (также известной как гальваническая коррозия ) в судостроении монель необходимо тщательно изолировать от других металлов, таких как сталь. Газета «Нью-Йорк Таймс» 12 августа 1915 года опубликовала статью о 215-футовой яхте, «первом корабле, который когда-либо был построен с полностью корпусом из монеля», который «развалился на части» всего за шесть недель и был сдан на слом. , «из-за разрушения ее дна под действием электрического тока». Стальной каркас яхты пришел в негодность из-за электролитического взаимодействия с монелем. [11]
В исследованиях морских птиц, в частности, в кольцевании или кольцевании птиц, монель использовался для изготовления птичьих полос или колец для многих видов, таких как альбатросы , которые живут в агрессивной морской воде. [12]
Монель используется в качестве материала для поршней или роторов клапанов в некоторых высококачественных музыкальных инструментах, таких как трубы, тубы и валторны. Компания RotoSound представила использование монеля для струн электрического баса в 1962 году, и эти струны использовались многими артистами, включая Стива Харриса из Iron Maiden , The Who , Sting , Джона Дикона , Джона Пола Джонса и покойного Криса Сквайра . Монель использовался в начале 1930-х годов другими производителями музыкальных струн, такими как Gibson Guitar Corporation , которые продолжают предлагать их для мандолины в качестве фирменного набора Сэма Буша . Кроме того, компания CF Martin & Co. использует монель для изготовления струн для акустической гитары Martin Retro. Струнная фабрика «Пирамида» (Германия) производит струны для электрогитары «Монель классика», навитые на круглый сердечник. В 2017 году струнная компания D'Addario выпустила линейку скрипичных струн с намоткой из монеля на струнах D и G.
Хорошая устойчивость к коррозии кислотами и кислородом делает монель хорошим материалом для химической промышленности. В аппарате Монеля можно работать даже с агрессивными фторидами; это было сделано в широком масштабе при обогащении урана на газодиффузионном заводе в Ок-Ридже . Здесь большая часть трубок большего диаметра для гексафторида урана была изготовлена из монеля. [13] Регуляторы для реактивных баллонных газов, таких как хлористый водород, являются еще одним примером, когда ПТФЭ не является подходящим вариантом, когда требуется высокое давление нагнетания. Иногда они включают в себя коллектор из монеля и краны перед регулятором, которые позволяют промывать регулятор сухим инертным газом после использования для дополнительной защиты оборудования.
В начале 20 века, когда широко использовалась энергия пара , монель рекламировался как желательный для использования в системах перегретого пара. [14] Во время мировых войн монель использовался для изготовления жетонов военных собак США .
Монель часто используется для кухонных раковин и оправ для очков. Его также использовали для крепления топки в жаротрубных котлах .
Детали «Часов долгого настоящего» , рассчитанных на срок службы 10 000 лет, изготовлены из монеля из-за устойчивости к коррозии без использования драгоценных металлов. [15]
Монель использовался для большей части открытого металла, использованного в интерьере собора Брин-Атин в Пенсильвании, религиозной резиденции Генеральной церкви Нового Иерусалима . Сюда входили большие декоративные ширмы, дверные ручки и т. д. [1] Монель также использовался в качестве кровельного материала в таких зданиях, как оригинальный вокзал Пенсильвании в Нью-Йорке. [1]
Acura (Honda) NSX 1991–1996 годов выпускалась с ключом, изготовленным из монеля. [16]
Применение на нефтяных месторождениях включает использование утяжеленных бурильных труб из монеля. Приборы, измеряющие магнитное поле Земли для определения направления, помещаются в немагнитный воротник, который изолирует их от магнитного притяжения буровых инструментов, расположенных выше и ниже немагнитных воротников. Монель сейчас используется редко, его обычно заменяют немагнитными нержавеющими сталями. [17] [18]
Монель также используется в качестве защитного переплетного материала на внешней стороне стремян в западном стиле.
Монель используется компанией Arrow Fastener Co., Inc. для изготовления нержавеющих скоб T50.
Монель также использовался в холодильниках Кельвинатор.
Монель использовался в «Baby Alice Thumb Guard», устройстве 1930-х годов, препятствующем сосанию большого пальца. [19]
Монель используется при обработке кинопленок. Скобы из монеля идеально подходят для защиты от коррозии в результате использования в фотохимических резервуарах непрерывного действия.
В последнее время монель широко использовался для изготовления стоек топок котлов паровозов.
Монель часто продается по стандартам ISO 6208 (пластины, листы и полосы), 9723 (прутки), 9724 (проволока), 9725 (поковки) и DIN 17751 (трубы и трубки).
Монель 400 демонстрирует высокую прочность и отличную коррозионную стойкость в различных кислых и щелочных средах и особенно подходит для восстановительных условий. [20] Он также обладает хорошей пластичностью и теплопроводностью. Монель 400 обычно находит применение в морской технике, химической промышленности и переработке углеводородов, теплообменниках, клапанах и насосах. На него распространяются следующие стандарты: BS 3075, 3076 NA 13, DTD 204B и ASTM B164. [21]
Широкое применение Монель 400 находит в установках алкилирования, а именно в реакционном отделении, контактирующем с концентрированной плавиковой кислотой.
Этот сплав предназначен для использования в специализированных электрических и электронных устройствах. [22] Сплав 401 легко сваривается автогенно газовой вольфрамовой дугой. Контактная сварка является очень хорошим методом соединения материалов. Он также демонстрирует хорошие характеристики пайки. На это распространяется стандарт UNS N04401.
Сплав монель 404 используется в основном в специализированных электрических и электронных устройствах. [23] Состав монеля 404 тщательно подобран для обеспечения очень низкой температуры Кюри , низкой проницаемости и хороших характеристик пайки.
Монель 404 можно сваривать обычными методами сварки и ковать, но нельзя подвергать горячей обработке. Холодная обработка может выполняться с использованием стандартных инструментов и мягких материалов для штампов для лучшей отделки. Это соответствует стандартам UNS N04404 и ASTM F96. Монель 404 используется в капсулах для транзисторов, керамических и металлических уплотнениях и других устройствах.
Монель-сплав 405, также известный как Монель R405, представляет собой легкообрабатываемую марку сплава 400. [24] Процентное содержание никеля, углерода, марганца, железа, кремния и меди остается таким же, как в сплаве 400, но содержание серы увеличено с 0,024. максимум до 0,025-0,060%. Сплав 405 используется в основном для изготовления деталей автоматических винтовых станков и обычно не рекомендуется для других применений. Сульфиды никеля и меди, образующиеся из-за входящей в его состав серы, действуют как стружколомы, но из-за этих включений качество поверхности сплава не такое гладкое, как у сплава 400. Монель 405 имеет обозначение UNS N04405 и соответствует требованиям ASME SB. -164, ASTM B-164, Federal QQ-N-281, SAE AMS 4674 и 7234, военный MIL-N-894 и NACE MR-01-75.
Этот сплав обладает хорошей усталостной прочностью и относительно высокой теплопроводностью. Он используется для конденсаторов морской воды, пластин конденсатора, трубок дистиллятора, трубок испарителя и теплообменника, а также трубопроводов для морской воды. [25]
Монель К-500 сочетает в себе превосходную коррозионную стойкость сплава Монель 400 с дополнительными преимуществами большей прочности и твердости. [26] [27] Повышенные свойства достигаются за счет добавления алюминия и титана к никель-медной основе, а также нагревания в контролируемых условиях, в результате чего субмикроскопические частицы Ni 3 (Ti, Al) осаждаются по всей матрице.
Коррозионная стойкость сплава Монель К-500 по существу эквивалентна стойкости сплава 400, за исключением того, что в состоянии старения сплав К-500 имеет большую склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением в некоторых средах. Установлено, что монель-сплав К-500 устойчив к среде сернистого газа. Сочетание очень низкой скорости коррозии в высокоскоростной морской воде и высокой прочности делает сплав К-500 особенно подходящим для валов центробежных насосов морского применения. В стоячей или медленно движущейся морской воде может произойти обрастание, за которым последует питтинг, но этот питтинг замедляется после довольно быстрого начального воздействия.
Типичными областями применения сплава К-500 являются валы и рабочие колеса насосов, ракели и скребки, утяжеленные бурильные трубы, инструменты и электронные компоненты.
Монель 502 представляет собой никель-медный сплав, его номер UNS — N05502. Эта марка также имеет хорошую стойкость к ползучести и окислению. Монель 502 может иметь различную форму. Монель 502 можно обрабатывать аналогично аустенитным нержавеющим сталям.