Το κράμα Monel είναι ένα κράμα με βάση το Ni, η κύρια χημική του σύνθεση είναι νικέλιο (Ni), η υψηλότερη περιεκτικότητα είναι έως και 67%, η άλλη κύρια χημική σύνθεση είναι ο χαλκός (Cu) και περιέχει επίσης μια μικρή ποσότητα σιδήρου (Fe) , μαγγάνιο (Mn) και άνθρακας (C), πυρίτιο (Si) και άλλα στοιχεία.
Η αντοχή του κράματος Monel είναι υψηλότερη από αυτή του καθαρού νικελίου και μπορεί να αντέξει τη διάβρωση διαφόρων μέσων, συμπεριλαμβανομένου του θαλασσινού νερού γρήγορης ροής. Οι μέθοδοι επεξεργασίας του κράματος Monel περιλαμβάνουν θερμή, ψυχρή επεξεργασία, μηχανική κατεργασία και συγκόλληση.
Το 1901, ο Robert Crooks Stanley, μεταλλουργός στην International Nickel Company (INCO), δημιούργησε το κράμα Monel.
Η πηγή του ονόματος του κράματος Monel βασίζεται σε πληροφορίες για να αποτίσουμε φόρο τιμής στον τότε πρόεδρο της εταιρείας Ambrose Monell (Ambrose Monell). Αργότερα, ο κ. Stanley υπηρέτησε επίσης ως πρόεδρος της International Nickel Corporation. Το κράμα Monel χορηγήθηκε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1906.
Το κράμα Monel είναι ένα ακριβό κράμα του οποίου η τιμή είναι 5-10 φορές μεγαλύτερη από αυτή του καθαρού χαλκού και του καθαρού νικελίου. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται μόνο σε εφαρμογές όπου δεν μπορεί να αντικατασταθεί από φθηνές εναλλακτικές λύσεις.
Χημική σύσταση και μηχανικές ιδιότητες του κράματος Monel 400 (N0440):
Χημική Σύνθεση Κράματος Monel 400 (%) | ||||||||
| C ≤ | Si ≤ | Mn ≤ | P ≤ | S ≤ | Cr ≥ | Ni ≥ | Mo ≥ | Cu ≤ |
| 0.3 | 0,5 | 2 | - | 0,024 | - | 63 | - | 28,0-34,0 |
| Άλλοι | N ≤ | A l≤ | Ti ≤ | F e≤ | Co ≤ | V ≤ | W ≤ | Σημ. ≤ |
| - | - | - | 2.5 | - | - | - | - | |
1. Αντοχή σε εφελκυσμό κράματος Monel 400 (N04400): σb ≥ 450 Mpa.
2. Ισχύς διαρροής κράματος Monel 400 (N04400): σb ≥ 170 Mpa.
3. Επιμήκυνση κράματος Monel 400 (N04400): δ ≥ 30%.
Ιδιότητες του κράματος Monel
Το κράμα Monel είναι ένα δυαδικό κράμα στερεού διαλύματος. Δεδομένου ότι το Ni και το Cu είναι διαλυμένα μεταξύ τους, είναι επίσης μονοφασικό κράμα. Σε σύγκριση με τον χάλυβα, η μηχανική κατεργασία του κράματος Monel είναι δύσκολη, κυρίως λόγω των χαρακτηριστικών σκλήρυνσης ταχείας εργασίας. Απαιτεί στροφή σε χαμηλές ταχύτητες και χαμηλούς ρυθμούς τροφοδοσίας.
Η πυκνότητα του κράματος Monel 400 είναι 8,80 g/cm3, το εύρος θερμοκρασίας τήξης είναι 1300~1350 °C, η αγωγιμότητα είναι περίπου 34% IACS (IACS αναφέρεται στο Διεθνές Πρότυπο Αγωγιμότητα του Ανοπτημένου Χαλκού) και η τιμή ανόπτησης είναι 65 HRB. Το κράμα Monel 400 είναι γνωστό για την σκληρότητά του και μπορεί να διατηρήσει αυτή τη σκληρότητα σε ένα σημαντικό εύρος θερμοκρασιών.
Μπορεί να αντέξει τη διάβρωση διαφόρων οξέων και αλκαλίων, ενώ ορισμένα κράματα Monel μπορούν να αντέξουν ακόμη και την καύση καθαρού οξυγόνου. Συνήθως χρησιμοποιείται σε εξαιρετικά διαβρωτικά περιβάλλοντα. Το κράμα Monel K-500 που σχηματίζεται μετά την προσθήκη μικρής ποσότητας αλουμινίου (Al) και τιτανίου (Ti) έχει την ίδια αντίσταση στη διάβρωση με το κράμα Monel 400 αλλά υψηλότερη αντοχή, η οποία οφείλεται κυρίως στον σχηματισμό γ' φάσης κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας γήρανσης. Υπό κανονικές συνθήκες, το κράμα Monel είναι πολύ πιο ακριβό από τον ανοξείδωτο χάλυβα.
Το κράμα Monel 400 μπορεί επίσης να διατηρήσει εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες κάτω από το μηδέν. Αν και η αντοχή και η σκληρότητα θα αυξηθούν, η πλαστικότητα ή η σκληρότητα θα μειωθούν ελάχιστα. Ακόμα κι αν ψύχεται σε υγρό υδρογόνο, το κράμα δεν θα υποστεί μετάπτωση όλκιμο-εύθραυστο. Αυτή είναι η πιο σημαντική διαφορά μεταξύ του κράματος Monel και των υλικών σιδηρούχων μετάλλων (χάλυβας και σίδηρος) με ευθραυστότητα χαμηλής θερμοκρασίας.
Το κράμα Monel έχει καλή αντοχή στη διάβρωση σε πολλά περιβάλλοντα, αλλά είναι επιρρεπές σε σκουριά όταν εκτίθεται σε αλμυρό νερό. δεν μπορεί να αντέξει τη διάβρωση μέσων που περιέχουν μονοξείδιο του αζώτου, νιτρικό οξύ, διοξείδιο του θείου και υποχλωριώδες άλας. Η χρήση του κράματος Monel θα προκαλέσει επίσης ηλεκτροχημική διάβρωση. Με άλλα λόγια, όταν συνδετήρες από αλουμίνιο, ψευδάργυρο ή σίδηρο έρχονται σε επαφή με κράμα Monel, υπό ορισμένες συνθήκες (όπως χρήση σε θαλασσινό νερό γρήγορης ροής), μεταλλική στερέωση Τα εξαρτήματα θα διαβρωθούν γρήγορα.
Χρήσεις του κράματος Monel
Αεροδιαστημική
Στη δεκαετία του 1960. Το κράμα Monel έχει κερδίσει μεγάλο αριθμό παραγγελιών στον τομέα της κατασκευής διαστήματος και αεροσκαφών. Χρησιμοποιείται ιδιαίτερα για την κατασκευή της ατράκτου και του δέρματος πειραματικών αεριωθούμενων αεροσκαφών. Για παράδειγμα, το North American X-15 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αντέξει τη μεγάλη ποσότητα θερμότητας που παράγεται από την αεροδυναμική τριβή κατά τη διάρκεια εξαιρετικά γρήγορης πτήσης. Το κράμα Monel μπορεί ακόμα να διατηρήσει τη δύναμή του σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες, επιτρέποντάς του να διατηρεί τη σταθερότητα του σχήματός του σε υψηλές ατμοσφαιρικές ταχύτητες πτήσης. Κατά τη συντήρηση του αεροσκάφους, το κράμα Monel χρησιμοποιείται ως σύρμα κλειδώματος σε περιοχές υψηλής θερμοκρασίας για να διασφαλιστεί ότι οι σύνδεσμοι είναι κλειδωμένοι. Για οικονομικούς λόγους, τα καλώδια κλειδαριάς από ανοξείδωτο χάλυβα χρησιμοποιούνται συνήθως σε άλλους χώρους.
Εξαγωγή και διύλιση λαδιού
Το Monel χρησιμοποιείται για την κατασκευή εξαρτημάτων που έρχονται σε άμεση επαφή με πυκνό υδροφθορικό οξύ σε μια μονάδα αλκυλίωσης. Η εξαιρετική αντοχή του κράματος Monel στη διάβρωση του υδροφθορικού οξέος είναι εκπληκτική. Μπορεί να αντέξει όλες τις συγκεντρώσεις υδροφθορικού οξέος και η θερμοκρασία μπορεί να φτάσει στο σημείο βρασμού του υδροφθορικού οξέος. Αυτό μπορεί να είναι το υλικό με την καλύτερη αντοχή στη διάβρωση μεταξύ των υλικών που χρησιμοποιούνται συνήθως από κράματα μηχανικής. Το κράμα Monel μπορεί επίσης να αντέξει τη διάβρωση διαφόρων σουλφιδίων και υδροχλωρικού οξέος σε αναγωγικό περιβάλλον.
Ναυτική Μηχανική
Η αντοχή στη διάβρωση του κράματος Monel το καθιστά ιδανικό υλικό για θαλάσσιες εφαρμογές, όπως συστήματα σωληνώσεων, άξονες αντλιών, βαλβίδες θαλάσσης, πετονιές συρτής και φίλτρα καλαθιών. Ορισμένα κράματα Monel είναι εντελώς μη μαγνητικά και χρησιμοποιούνται για την κατασκευή καλωδίων αγκύρωσης για ναρκαλιευτικά και περιβλήματα για εξοπλισμό μέτρησης μαγνητικού πεδίου. Στα γιοτ, το σύρμα από κράμα Monel χρησιμοποιείται για το κλείδωμα των δεσμών καλωδίων αγκύρωσης. Το κράμα Monel χρησιμοποιείται επίσης για την κατασκευή δεξαμενών νερού και δεξαμενών καυσίμων και άλλων υποβρύχιων συσκευών, όπως άξονες προπέλας και μπουλόνια καρίνας.
Πρέπει να σημειωθεί ότι λόγω του προβλήματος της ηλεκτροχημικής διάβρωσης (διμεταλλική διάβρωση) στο θαλασσινό νερό, το κράμα Monel πρέπει να απομονώνεται από άλλα μέταλλα (όπως ο χάλυβας) κατά τη ναυπήγηση. Οι New York Times δημοσιεύτηκαν στις 25 Αυγούστου 1915. Ένα άρθρο στο "ανέφερε για το ατύχημα ενός γιοτ μήκους 215 ποδιών: "Το πρώτο γιοτ του οποίου το κύτος ήταν κατασκευασμένο εξ ολοκλήρου από κράμα Monel μετατράπηκε σε θραύσματα σε μόλις έξι εβδομάδες και ήταν αναγκάστηκε να σκραπ». Χάρη στην ηλεκτροχημική διάβρωση, η χαλύβδινη τρόπιδα του γιοτ διαβρώθηκε και αραιώθηκε γρήγορα μετά από επαφή με το κράμα Monel, γεγονός που οδήγησε τελικά στην κατάρρευση του πυθμένα του γιοτ. Όσον αφορά την έρευνα των θαλάσσιων πτηνών, ειδικά την επιλογή υλικών για τον δακτύλιο αναγνώρισης του ποδιού του πουλιού, ο δακτύλιος αναγνώρισης του ποδιού του πουλιού από κράμα Monel έχει χρησιμοποιηθεί σε πολλά είδη θαλάσσιων πτηνών, όπως το άλμπατρος που ζει σε διαβρωτικά περιβάλλοντα με θαλασσινό νερό.
Μουσικό Όργανο
Το κράμα Monel χρησιμοποιείται για την κατασκευή ορισμένων εμβόλων ή ρότορων βαλβίδων μουσικών οργάνων υψηλής ποιότητας, όπως μικρά, μεγάλα και γαλλικά κόρνα. Η RotoSound χρησιμοποίησε κράμα Monel για την κατασκευή χορδών ηλεκτρικής κιθάρας το 1962. Αυτές οι χορδές χρησιμοποιούνται από πολλούς καλλιτέχνες. Το 2017, η εταιρεία εγχόρδων D'Addario (εταιρία εγχόρδων D'Addario) κυκλοφόρησε ένα σετ προϊόντων εγχόρδων βιολιού, τα οποία είναι επίσης στρογγυλές χορδές με κράμα Monel τυλιγμένα σε χορδές D και G.
Άλλες Χρήσεις
Ετικέτες ταυτότητας από κράμα Monel (Ετικέτες σκύλων για Αμερικανούς στρατιώτες κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου)
Η εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση σε διάφορα οξέα και οξυγόνο καθιστά το κράμα Monel ένα υλικό υψηλής ποιότητας στη χημική βιομηχανία. Άλλα σενάρια χρήσης όπως:
1. Εμπλουτισμός ουρανίου, οι περισσότεροι από τους αγωγούς μεγάλης διαμέτρου που χρησιμοποιούνται για το εξαφθοριούχο ουράνιο είναι κατασκευασμένοι από κράμα Monel.
2. Ρυθμιστική βαλβίδα για υψηλής πίεσης και ισχυρά αντιδραστικά εμφιαλωμένα αέρια (όπως HCl).
3. Στις αρχές του εικοστού αιώνα, το κράμα Monel χρησιμοποιήθηκε ευρέως στο σύστημα υπερθερμασμένου ατμού των σετ γεννητριών ατμού.
4. Το κράμα Monel χρησιμοποιείται επίσης συχνά για την κατασκευή νεροχυτών κουζίνας και σκελετών γυαλιών.
5. Ο θάλαμος καύσης που χρησιμοποιείται για την κατασκευή του σωλήνα ανάφλεξης του λέβητα.
6. Η διάρκεια ζωής του Clock of Long Now είναι 10.000 χρόνια. Με την προϋπόθεση ότι δεν χρησιμοποιούνται πολύτιμα μέταλλα, ορισμένα μέρη του ρολογιού είναι κατασκευασμένα από υλικό κράματος Monel με βάση ανησυχίες σχετικά με την αντοχή στη διάβρωση.
Ώρα δημοσίευσης: 19 Μαΐου 2021