Монель — это группа сплавов никеля (от 52 до 67%) и меди с небольшими примесями железа, марганца, углерода и кремния. Монель не является сплавом мельхиора, поскольку в нем содержится менее 60% меди.
Сплавы Монель прочнее чистого никеля, они устойчивы к коррозии, вызываемой многими агрессивными агентами, включая быстро текущую морскую воду . Их можно легко изготавливать с помощью горячей и холодной обработки, механической обработки и сварки. [2]
Монель был создан в 1905 году Робертом Круксом Стэнли , который в то время работал в International Nickel Company (Inco). [3] Монель был назван в честь президента компании Амброуза Монелла и запатентован в 1906 году. [4] Одна буква L была опущена, поскольку в то время фамилии не допускались в качестве товарных знаков. [1] Товарный знак был зарегистрирован в мае 1921 года, [5] и теперь это название является товарным знаком Special Metals Corporation .
Как дорогой сплав, он, как правило, используется в приложениях, где его нельзя заменить более дешевыми альтернативами. Например, в 2015 году трубы из Монеля были более чем в три раза дороже, чем эквивалентные трубы из углеродистой стали. [6]
Монель — это бинарный сплав твердого раствора. Поскольку никель и медь взаимно растворимы во всех пропорциях, это однофазный сплав. По сравнению со сталью, монель очень трудно обрабатывать, так как он очень быстро упрочняется. Его нужно точить и обрабатывать на низких скоростях и низких скоростях подачи. Он устойчив к коррозии и кислотам, а некоторые сплавы могут выдерживать огонь в чистом кислороде. Он обычно используется в приложениях с высококоррозионными условиями. Небольшие добавки алюминия и титана образуют сплав (K-500) с такой же коррозионной стойкостью, но с гораздо большей прочностью из-за образования гамма-штриха при старении. Монель, как правило, намного дороже нержавеющей стали .
Сплав монель 400 имеет удельный вес 8,80 [7], интервал плавления 1300–1350 °C, электропроводность около 34% IACS и (в отожженном состоянии) твердость 65 единиц по шкале Роквелла [8] . Сплав монель 400 отличается прочностью, которая сохраняется в значительном диапазоне температур.
Сплав Монель 400 обладает превосходными механическими свойствами при отрицательных температурах. Прочность и твердость увеличиваются при незначительном ухудшении пластичности или ударопрочности. Сплав не претерпевает переход от пластичности к хрупкости даже при охлаждении до температуры жидкого водорода. Это резко контрастирует со многими железными материалами, которые хрупки при низких температурах, несмотря на повышенную прочность.
В 1960-х годах монель-металл нашел широкое применение в авиастроении , особенно при изготовлении каркасов и обшивок экспериментальных ракетных самолетов , таких как North American X-15 , для сопротивления сильному нагреву, создаваемому аэродинамическим трением во время полета на чрезвычайно высокой скорости. Монель-металл сохраняет свою прочность при очень высоких температурах, что позволяет ему сохранять форму при высоких скоростях полета в атмосфере, что является компромиссом против увеличенного веса деталей из-за высокой плотности монеля .
Монель используется для страховочной проводки при обслуживании самолетов, чтобы гарантировать, что крепежи не развяжутся, обычно в зонах с высокой температурой; нержавеющая проволока используется в других зонах для экономии. Кроме того, некоторые используемые крепежи изготавливаются из этого сплава.
Монель используется в секции установок алкилирования, находящихся в прямом контакте с концентрированной плавиковой кислотой. Монель обеспечивает исключительную устойчивость к плавиковой кислоте во всех концентрациях вплоть до точки кипения. Это, пожалуй, самый устойчивый из всех обычно используемых инженерных 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, насосные валы, клапаны морской воды, тросы для троллинга и сетчатые корзины. Некоторые сплавы полностью немагнитны и используются для якорного троса на борту тральщиков [9] или в корпусах для оборудования для измерения магнитного поля. В прогулочном судоходстве монель используется для проволоки для захвата скоб для якорных канатов, для водяных и топливных баков, а также для подводных применений. Он также используется для гребных валов и килевых болтов. На популярных парусных лодках Hobiecat заклепки из монеля [10] используются там, где необходима прочность, но нержавеющая сталь не может быть использована из-за коррозии, которая может возникнуть из-за контакта нержавеющей стали с алюминиевой мачтой, гиком и рамой лодки в соленой воде.
Из-за проблемы электролитического воздействия в соленой воде (также известной как гальваническая коррозия ), в судостроении монель должен быть тщательно изолирован от других металлов, таких как сталь. 12 августа 1915 года газета New York Times опубликовала статью о 215-футовой яхте, «первом судне, которое когда-либо было построено с корпусом полностью из монеля», которая «развалилась» всего за шесть недель и должна была быть списана «из-за разрушения ее днища под действием электричества». Стальной каркас яхты испортился из-за электролитического взаимодействия с монелем. [11]
В исследованиях морских птиц, и в частности в кольцевании или окольцовывании птиц , монель использовался для изготовления колец или ошейников для многих видов птиц, таких как альбатросы , которые живут в агрессивной морской среде. [12]
Монель используется в качестве материала для поршней клапанов или роторов в некоторых высококачественных музыкальных инструментах, таких как трубы, тубы и валторны. RotoSound представила использование монеля для струн электробаса в 1962 году, и эти струны использовались многочисленными артистами, включая Стива Харриса из Iron Maiden , The Who , Стинга , 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 подписного набора Сэма Буша . Кроме того, CF Martin & Co. использует монель для своих струн для акустической гитары Martin Retro. Фабрика струн Pyramid (Германия) производит струны для электрогитары «Monel classics», намотанные на круглый сердечник. В 2017 году компания D'Addario string выпустила линейку струн для скрипки с обмоткой из монеля на струнах D и G.
Хорошая стойкость к коррозии под воздействием кислот и кислорода делает монель хорошим материалом для химической промышленности. Даже едкие фториды можно обрабатывать в аппаратах из монеля; это было сделано в широком смысле при обогащении урана на заводе по диффузии газов в Ок-Ридже . Здесь большая часть труб большего диаметра для гексафторида урана была изготовлена из монеля. [13] Регуляторы для реактивных баллонных газов, таких как хлористый водород, представляют собой еще один пример, где ПТФЭ не является подходящим вариантом, когда требуются высокие давления подачи. Иногда они включают коллектор из монеля и краны перед регулятором, которые позволяют промывать регулятор сухим инертным газом после использования для дополнительной защиты оборудования.
В начале 20-го века, когда паровая энергия широко использовалась, монель рекламировался как желательный материал для использования в системах перегретого пара. [14] Во время мировых войн монель использовался для изготовления жетонов для американских военных .
Монель часто используется для кухонных моек и оправ очков. Он также использовался для опор топки в жаротрубных котлах .
Детали Часов Долгого Настоящего , которые должны работать в течение 10 000 лет, изготовлены из Монеля из-за его коррозионной стойкости без использования драгоценных металлов. [15]
Монель использовался для большей части открытого металла, используемого в интерьере собора Брин-Атин в Пенсильвании, религиозной резиденции Генеральной церкви Нового Иерусалима . Сюда входили большие декоративные экраны, дверные ручки и т. д. [1] Монель также использовался в качестве кровельного материала в таких зданиях, как оригинальный Пенсильванский вокзал в Нью-Йорке. [1]
Acura (Honda) NSX 1991–1996 годов выпускалась с ключом, изготовленным из монеля. [16]
Нефтепромысловые применения включают использование буровых воротников из Монеля. Приборы, которые измеряют магнитное поле Земли для получения направления, помещаются в немагнитный воротник, который изолирует их от магнитного притяжения буровых инструментов, расположенных выше и ниже немагнитных воротников. Монель в настоящее время используется редко, обычно заменяется немагнитными нержавеющими сталями. [17] [18]
Монель также используется в качестве защитного связующего материала на внешней стороне стремян западного типа.
Компания Arrow Fastener Co., Inc. использует монель для изготовления нержавеющих скоб T50.
Монель также используется в холодильниках Kelvinator.
Монель использовался в устройстве Baby Alice Thumb Guard, разработанном в 1930-х годах для предотвращения сосания пальца. [19]
Монель используется в обработке кинопленки. Скрепки из монеля идеально подходят для защиты от коррозии при использовании в непрерывно работающих фотохимических ваннах.
В последнее время монель широко использовался для изготовления стоек топок в котлах паровозов.
Монель часто продается в соответствии со стандартами ISO 6208 (плита, лист и полоса), 9723 (прутки), 9724 (проволока), 9725 (поковки) и DIN 17751 (трубы и трубки).
Monel 400 демонстрирует высокую прочность и отличную коррозионную стойкость в ряде кислотных и щелочных сред и особенно подходит для восстановительных условий. [20] Он также обладает хорошей пластичностью и теплопроводностью. Monel 400 обычно находит применение в морской технике, химической и углеводородной переработке, теплообменниках, клапанах и насосах. Он охватывается следующими стандартами: BS 3075, 3076 NA 13, DTD 204B и ASTM B164. [21]
Монель 400 широко применяется в установках алкилирования, а именно в реакционной секции, контактирующей с концентрированной плавиковой кислотой.
Этот сплав предназначен для использования в специализированных электрических и электронных приложениях. [22] Сплав 401 легко сваривается автогенным способом с помощью газо-вольфрамовой дуги. Контактная сварка является весьма удовлетворительным методом соединения материалов. Он также демонстрирует хорошие характеристики пайки. Он охватывается стандартом UNS N04401.
Сплав Монель 404 используется в основном в специализированных электрических и электронных устройствах. [23] Состав Монеля 404 тщательно подбирается для обеспечения очень низкой температуры Кюри , низкой проницаемости и хороших характеристик пайки.
Монель 404 можно сваривать с использованием обычных методов сварки и ковать, но нельзя подвергать горячей обработке. Холодную обработку можно выполнять с использованием стандартных инструментов и мягких штамповочных материалов для лучшей отделки. Он охватывается стандартами UNS N04404 и ASTM F96. Монель 404 используется в капсулах для транзисторов и керамических уплотнениях для металла и других вещах.
Сплав Монель 405, также известный как Монель R405, является легкообрабатываемой маркой сплава 400. [24] Процент никеля, углерода, марганца, железа, кремния и меди остается таким же, как в сплаве 400, но сера увеличивается с 0,024 макс. до 0,025-0,060%. Сплав 405 используется в основном для заготовки винтовых станков и обычно не рекомендуется для других применений. Сульфиды никеля и меди, образующиеся из-за наличия в его составе серы, действуют как стружколомы, но из-за этих включений поверхность сплава не такая гладкая, как у сплава 400. Монель 405 обозначается как UNS N04405 и соответствует стандартам ASME SB-164, ASTM B-164, Federal QQ-N-281, SAE AMS 4674 и 7234, Military MIL-N-894 и NACE MR-01-75.
Этот сплав обладает хорошей усталостной прочностью и имеет относительно высокую теплопроводность. Он используется для конденсаторов морской воды, пластин конденсатора, труб дистиллятора, испарителей и теплообменников, а также трубопроводов с соленой водой. [25]
Monel K-500 сочетает в себе превосходную коррозионную стойкость, характерную для сплава Monel 400, с дополнительными преимуществами большей прочности и твердости. [26] [27] Улучшенные свойства достигаются путем добавления алюминия и титана к никель-медной основе и нагреванием в контролируемых условиях, так что 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 тенденцию к коррозионному растрескиванию под напряжением в некоторых средах. Было обнаружено, что сплав Монель К-500 устойчив к среде кислого газа. [28] Сочетание очень низких скоростей коррозии в высокоскоростной морской воде и высокой прочности делает сплав К-500 особенно подходящим для валов центробежных насосов в морской эксплуатации. В стоячей или медленно движущейся морской воде может произойти обрастание, за которым следует точечная коррозия, но эта точечная коррозия замедляется после довольно быстрого начального воздействия.
Типичные области применения сплава K-500 — валы и рабочие колеса насосов, скребки и скребки, буровые воротники для нефтяных скважин, приборы и электронные компоненты. Он также используется в компонентах для электростанций, таких как лопатки турбин, теплообменники и трубки конденсаторов. [29] В морской промышленности он используется в компонентах для морского оборудования, гребных валах, валах насосов и клапанах морской воды, подвергающихся воздействию суровых морских условий. [30]
Monel 502 — это сплав никеля и меди, его номер UNS — N05502. Этот сорт также обладает хорошей стойкостью к ползучести и окислению. Monel 502 можно формовать в различных формах. Monel 502 можно обрабатывать аналогично аустенитным нержавеющим сталям.