Введение
Твердый раствор бинарного сплава никеля и меди, персонаж DC Comics – Mon El. Monel – это группа сплавов никеля (от 52 до 67%) и меди, с небольшим добавлением железа, марганца, углерода и кремния. Monel не относится к купроникелевым сплавам, так как содержание меди в нем менее 60%. Сплавы Monel прочнее чистого никеля и обладают устойчивостью к коррозии во многих агрессивных средах, включая быстродвижущуюся морскую воду. Они легко поддаются обработке горячим и холодным способом, механической обработке и сварке. Monel был разработан в 1905 году Робертом Круксом Стэнли, работавшим в то время в компании International Nickel Company (Inco). Сплав был назван в честь президента компании Амброза Монелла и запатентован в 1906 году. Одна буква "L" была удалена, поскольку в то время фамилии не допускались в качестве товарных знаков. В настоящее время название является товарным знаком компании Special Metals Corporation. Ввиду высокой стоимости сплава, его применение ограничено областями, где он не может быть заменен более дешевыми материалами. Например, в 2015 году стоимость труб из Monel была в три раза выше, чем у аналогичных труб из углеродистой стали.
the DC Comics character Mon El
Monel is a group of alloys of nickel (from 52 to 67%) and copper, with small amounts of iron, manganese, carbon, and silicon. Monel is not a cupronickel alloy because it has less than 60% copper. Stronger than pure nickel, Monel alloys are resistant to corrosion by many aggressive agents, including rapidly flowing seawater. They can be fabricated readily by hot and cold working, machining, and welding. Monel was created in 1905 by Robert Crooks Stanley, who at the time worked at the International Nickel Company (Inco). Monel was named after company president Ambrose Monell, and patented in 1906. One L was dropped, because family names were not allowed as trademarks at that time. and the name is now a trademark of Special Metals Corporation. As an expensive alloy, its use is limited to those applications where it cannot be replaced with cheaper alternatives. For example, in 2015 Monel piping was three times more expensive than the equivalent piping made from carbon steel.
Свойства
Монель – это бинарный сплав на основе твердого раствора. Поскольку никель и медь полностью взаиморастворимы в любых пропорциях, это однофазный сплав. По сравнению со сталью, Монель очень сложно обрабатывать, так как он быстро нагартовывается. Его необходимо точить и обрабатывать на низких скоростях и с малой подачей. Монель устойчив к коррозии и воздействию кислот, а некоторые сплавы способны выдерживать горение в чистом кислороде. Он широко используется в условиях высокой коррозионной активности. Небольшие добавки алюминия и титана образуют сплав (K 500) с аналогичной коррозионной стойкостью, но значительно большей прочностью благодаря образованию гамма-первичной фазы при старении. Монель обычно значительно дороже нержавеющей стали. Сплав Монель 400 имеет плотность 8,80, диапазон температур плавления 1300–1350 °C, электрическую проводимость около 34% IACS и (в отпущенном состоянии) твердость 65 по шкале Rockwell B. Сплав Монель 400 отличается высокой вязкостью, сохраняющейся в широком диапазоне температур. Сплав Монель 400 обладает превосходными механическими свойствами при отрицательных температурах. Прочность и твердость увеличиваются с незначительным снижением пластичности или ударной вязкости. Сплав не претерпевает хрупкого разрушения даже при охлаждении до температуры жидкого водорода. Это резко контрастирует со многими черными металлами, которые становятся хрупкими при низких температурах, несмотря на увеличение прочности.
strength.
Приложения в аэрокосмической отрасли
В 1960-х годах сплав Монель нашёл широкое применение в авиастроении, особенно при изготовлении каркасов и обшивки экспериментальных ракетных самолётов, таких как North American X-15, для противодействия сильному нагреву, возникающему из-за аэродинамического трения при сверхвысоких скоростях полёта. Монель сохраняет свою прочность при очень высоких температурах, что позволяет ему сохранять форму на больших атмосферных скоростях, что является компромиссом, обусловленным увеличенным весом деталей из-за высокой плотности Монеля. Монель используется для страховочной проволоки при техническом обслуживании самолётов, чтобы предотвратить ослабление крепежа, обычно в зонах высоких температур; в других областях для экономии используется проволока из нержавеющей стали. Кроме того, некоторые крепежные элементы изготавливаются из этого сплава.
Добыча и переработка нефти
Монель используется в участках алкилирующих установок, находящихся в непосредственном контакте с концентрированной плавиковой кислотой. Монель демонстрирует исключительную устойчивость к плавиковой кислоте во всех концентрациях до точки кипения. Вероятно, это наиболее устойчивый из всех широко применяемых конструкционных сплавов. Сплав также устойчив ко многим формам серной и хлористоводородной кислот в восстановительных условиях.
Морские приложения
Монель обладает высокой коррозионной стойкостью, что делает его идеальным для применения в таких областях, как трубопроводные системы, валы насосов, клапаны для морской воды, троллинговые тросы и корзины фильтров. Некоторые сплавы полностью немагнитны и используются для якорных канатов на борту тральщиков или в корпусах оборудования для измерения магнитного поля. В рекреационном судоходстве монель используется для проволоки для крепления скоб для якорных канатов, для баков для воды и топлива, а также для подводных применений. Он также применяется для винтовых валов и болтов крепления киля. На популярных парусных катамаранах Hobiecat используются заклёпки из монеля там, где требуется прочность, но нержавеющая сталь не может быть использована из-за коррозии, возникающей при контакте нержавеющей стали с алюминиевой мачтой, гиком и рамой катамарана в солёной воде. Из-за проблемы электролитической коррозии в солёной воде (также известной как гальваническая коррозия), в судостроении монель необходимо тщательно изолировать от других металлов, таких как сталь. Газета The New York Times 12 августа 1915 года опубликовала статью о 65,5-метровой яхте, "первом судне, когда-либо построенном с полностью моноэлевым корпусом", которое "развалилось на части" всего за шесть недель и было отправлено на слом "из-за разрушения его днища под воздействием электричества". Стальной каркас яхты разрушился из-за электролитической реакции с монелем. В исследованиях морских птиц, и особенно при кольцевании птиц, монель используется для изготовления колец для многих видов, таких как альбатросы, обитающих в агрессивной морской среде.
Музыкальные инструменты
Монель используется в качестве материала для поршней клапанов или роторов в некоторых музыкальных инструментах высокого качества, таких как трубы, тубы и валторны. Компания RotoSound начала использовать монель для струн электробаса в 1962 году, и эти струны использовались многими музыкантами, включая Стива Харриса из Iron Maiden, The Who, Стинга, Джона Дикона, Джона Пола Джонса и покойного Криса Сквайра. Монель применялся другими производителями музыкальных струн еще в начале 1930-х годов, например, компанией Gibson Guitar Corporation, которая продолжает предлагать струны для мандолины в виде фирменного набора Sam Bush. Кроме того, C. F. Martin & Co. использует монель для своих акустических гитарных струн Martin Retro. Немецкая фабрика Pyramid производит струны для электрогитары "Monel classics" с намоткой на круглый сердечник. В 2017 году компания D'Addario выпустила линейку струн для скрипки с монелевой обмоткой на струнах D и G.
Другое
Хорошая устойчивость к коррозии, вызванной кислотами и кислородом, делает Монель подходящим материалом для химической промышленности. Даже агрессивные фториды можно использовать в аппаратах из Монеля; это широко применялось при обогащении урана на газодиффузионном заводе в Ок-Ридже. Большая часть труб большого диаметра для гексафторида урана там была изготовлена из Монеля. Регуляторы для баллонов с реактивными газами, такими как хлористый водород, – еще один пример, когда PTFE не подходит при необходимости высокого давления подачи. Они иногда включают в себя Монелевский коллектор и вентили перед регулятором, позволяющие промывать регулятор сухим инертным газом после использования для дополнительной защиты оборудования. В начале XX века, когда широко использовалась паровая энергия, Монель рекламировался как желательный материал для перегретых паровых систем. Во время мировых войн Монель использовался для изготовления военных жетонов американской армии. Монель часто используется для кухонных моек и в оправах очков. Он также применялся для изготовления жаровых труб в водотрубных котлах. Детали Часов Долгого Сейчас, предназначенных для работы в течение 10 000 лет, изготовлены из Монеля благодаря его коррозионной стойкости без использования драгоценных металлов. Монель использовался для большей части видимого металла в интерьере собора Брин-Атин в Пенсильвании, религиозной резиденции Генеральной церкви Нового Иерусалима. Это включало большие декоративные решетки, дверные ручки и т.д. В нефтегазовой отрасли Монель используется для изготовления буровых обсадных труб. Приборы, измеряющие магнитное поле Земли для определения направления, помещаются в немагнитный воротник, который изолирует их от магнитного притяжения бурового инструмента, расположенного выше и ниже немагнитного воротника. В настоящее время Монель используется редко, обычно заменяется немагнитными нержавеющими сталями. Монель также используется в качестве защитного обвязочного материала на внешней стороне стремян западного типа. Компания Arrow Fastener Co., Inc. использует Монель для производства нержавеющих скрепок T50. Монель также применялся в холодильниках Kelvinator. Монель использовался в защите для пальцев Baby Alice, устройстве против сосания пальца 1930-х годов. Монель используется в процессе обработки кинопленки. Соединители из Монеля идеально подходят для защиты от коррозии при использовании в фотохимических ваннах непрерывного действия. Позднее Монель широко использовался для изготовления жаровых труб в паровозах.
Монел 400
Монел 400 демонстрирует высокую прочность и превосходную коррозионную стойкость в широком диапазоне кислых и щелочных сред, и особенно хорошо подходит для восстановительных условий. Он также обладает хорошей пластичностью и теплопроводностью. Монел 400 обычно используется в морской инженерии, химической и нефтехимической промышленности, теплообменниках, клапанах и насосах. На него распространяются следующие стандарты: BS 3075, 3076 NA 13, DTD 204B и ASTM B164. Широкое применение Монел 400 находит в установках алкилирования, в частности, в реакционной зоне, контактирующей с концентрированной плавиковой кислотой.
Монель 401
Этот сплав предназначен для использования в специализированных электротехнических и электронных устройствах. Сплав 401 легко поддается автоматической сварке в среде защитного газа (TIG-сварке). Точечная сварка является очень эффективным методом соединения этого материала. Он также хорошо паяется. Соответствует стандарту UNS N04401.
Монель 404
Сплав Монель 404 используется преимущественно в специализированных электрических и электронных применениях. Состав сплава Monel 404 тщательно подобран для обеспечения очень низкой температуры Кюри, низкой магнитной проницаемости и хорошей паяемости. Monel 404 можно сваривать распространенными методами сварки и подвергать ковке, но горячая обработка невозможна. Холодную обработку можно проводить с использованием стандартного инструмента и мягких штамповых материалов для получения более гладкой поверхности. На сплав распространяются стандарты UNS N04404 и ASTM F96. Monel 404 применяется для изготовления капсул для транзисторов, герметичных соединений керамики с металлом и других изделий.
Монель 405
Монельный сплав 405, также известный как Монель Р405, представляет собой легкообрабатываемую марку сплава 400. Содержание никеля, углерода, марганца, железа, кремния и меди остается таким же, как в сплаве 400, но содержание серы увеличено с максимального значения 0,024% до 0,025–0,060%. Сплав 405 главным образом используется для изготовления заготовок для автоматов-винторезных станков и обычно не рекомендуется для других применений. Никель-медь-сульфиды, образующиеся из серы в его составе, служат для разрушения стружки, однако из-за этих включений поверхность сплава не такая гладкая, как у сплава 400. Монель 405 имеет обозначение 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.
Монел 450
Этот сплав демонстрирует хорошую прочность при усталости и обладает относительно высокой теплопроводностью. Он применяется для изготовления конденсаторов морской воды, пластин конденсаторов, труб дистилляторов, труб испарителей и теплообменников, а также трубопроводов для соленой воды.
Монель К-500
Monel K 500 сочетает в себе отличную коррозионную стойкость, характерную для сплава Monel 400, с дополнительными преимуществами в виде большей прочности и твердости. Улучшенные свойства достигаются путем добавления алюминия и титана в никелево-медный основной сплав и нагрева в контролируемых условиях, что приводит к осаждению субмикроскопических частиц Ni3(Ti, Al) по всей матрице. Коррозионная стойкость сплава Monel K 500 в значительной степени эквивалентна сплаву 400, однако в состоянии искусственного старения сплав K 500 проявляет большую склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением в определенных средах. Сплав Monel K 500 демонстрирует устойчивость к агрессивной среде, содержащей сероводород. Сочетание очень низких скоростей коррозии в морской воде с высокой скоростью потока и высокой прочности делает сплав K 500 особенно подходящим для валов центробежных насосов, используемых в морских условиях. В застойной или медленно текущей морской воде возможно обрастание с последующим образованием точечной коррозии, однако скорость этой коррозии замедляется после первоначальной быстрой фазы. Типичные области применения сплава K 500 включают валы и рабочие колеса насосов, ракели и скребки, буровые воротники для нефтяных скважин, приборы и электронные компоненты.
Монель 502
Монел 502 – это никель-медный сплав, его номер UNS – N05502. Данная марка также обладает хорошей устойчивостью к ползучести и окислению. Монел 502 может быть изготовлен в различных формах. Обработка Монеля 502 аналогична обработке аустенитных нержавеющих сталей.