Сплав на основе никеля Monel 400

Сплав монеля представляет собой сплав на основе никеля, его основной химический состав - никель (Ni), максимальное содержание - до 67%, другой основной химический состав - медь (Cu), а также содержит небольшое количество железа (Fe) , марганец (Mn) и углерод (C), кремний (Si) и другие элементы.

Прочность сплава монель выше, чем у чистого никеля, и он выдерживает коррозию различных сред, в том числе быстротекущей морской воды.Методы обработки сплава монель включают горячую обработку, холодную обработку, механическую обработку и сварку.

В 1901 году Роберт Крукс Стэнли, металлург Международной никелевой компании (INCO), создал сплав монель.

Источник названия сплава Monel основан на информации, отдающей дань уважения тогдашнему председателю компании Амброузу Монеллу (Ambrose Monell).Позже г-н Стэнли также занимал пост председателя Международной никелевой корпорации.Сплав монель получил патент в 1906 году.

Сплав монеля — дорогой сплав, цена которого в 5-10 раз выше стоимости чистой меди и чистого никеля.Поэтому он используется только в тех случаях, когда его нельзя заменить дешевыми аналогами.

 

Химический состав и механические свойства сплава монель 400 (N0440):

 

Химический состав сплава монель 400 (%)
С ≤	Си ≤	Мн ≤	Р ≤	S ≤	Кр ≥	Ni ≥	Пн ≥	Cu ≤
0,3	0,5	2	-	0,024	-	63	-	28,0-34,0
Другие	N ≤	А l≤	Ти ≤	F e≤	Со ≤	В ≤	Вт ≤	Nb ≤
	-	-	-	2,5	-	-	-	-

1. Прочность на растяжение сплава монель 400 (N04400): σb ≥ 450 МПа.
2. Предел текучести сплава Монель 400 (Н04400): σв ≥ 170 МПа.
3. Удлинение сплава монель 400 (N04400): δ ≥ 30%.

 

Свойства сплава монель

Сплав монеля представляет собой бинарный сплав в виде твердого раствора.Поскольку Ni и Cu растворяются друг в друге, это также однофазный сплав.По сравнению со сталью обработка сплава монель затруднена, в основном из-за его характеристик быстрого упрочнения.Это требует токарной обработки на низких скоростях и малых подачах.

Плотность сплава монель 400 составляет 8,80 г/см3, диапазон температур плавления составляет 1300~1350 °C, проводимость составляет около 34% IACS (IACS относится к Международному стандарту проводимости отожженной меди), а значение твердости после отжига составляет 65 ХРБ.Сплав монель 400 хорошо известен своей ударной вязкостью и может сохранять эту ударную вязкость в значительном диапазоне температур.

Он выдерживает коррозию различных кислот и щелочей, а некоторые сплавы монеля даже выдерживают горение в чистом кислороде.Обычно используется в сильно агрессивных средах.Монель-сплав К-500, образованный при добавлении небольшого количества алюминия (Al) и титана (Ti), обладает такой же коррозионной стойкостью, как и монель-сплав 400, но более высокой прочностью, что в основном связано с образованием γ'-фазы при обработке старением.При нормальных обстоятельствах сплав монель намного дороже нержавеющей стали.

Сплав Monel 400 также может сохранять отличные механические свойства при температурах ниже нуля.Хотя прочность и твердость увеличатся, пластичность или ударная вязкость снизятся лишь незначительно.Даже при охлаждении в жидком водороде сплав не будет подвергаться вязко-хрупкому переходу.Это наиболее существенное отличие сплава монель от материалов из черных металлов (сталь и железо) с низкотемпературной хрупкостью.

Сплав монеля обладает хорошей коррозионной стойкостью во многих средах, но подвержен ржавчине при воздействии соленой воды;он не выдерживает коррозии сред, содержащих окись азота, азотную кислоту, двуокись серы и гипохлорит.Использование сплава монель также вызывает электрохимическую коррозию.Другими словами, когда крепеж из алюминия, цинка или железа вступает в контакт со сплавом монель, при определенных условиях (например, при использовании в быстротекущей морской воде) металлические детали быстро подвергаются коррозии.

 

Использование сплава монель

Аэрокосмическая промышленность
В 1960-х гг.Сплав монель завоевал большое количество заказов в области космического и авиастроения.Особенно используется для изготовления фюзеляжа и обшивки экспериментальных реактивных самолетов.Например, North American X-15 можно использовать, чтобы противостоять большому количеству тепла, выделяемому аэродинамическим трением во время чрезвычайно быстрого полета.Сплав монеля по-прежнему может сохранять свою прочность при экстремально высоких температурах, что позволяет ему сохранять стабильность формы при высоких атмосферных скоростях полета.Во время технического обслуживания самолетов сплав монель используется в качестве стопорной проволоки в зонах с высокими температурами для обеспечения блокировки крепежных деталей;из экономических соображений в других областях обычно применяют стопорные тросы из нержавеющей стали.

Добыча и переработка нефти
Монель используется для изготовления деталей, которые непосредственно контактируют с концентрированной плавиковой кислотой в установке алкилирования.Чрезвычайная стойкость сплава монель к коррозии плавиковой кислотой поразительна.Он выдерживает все концентрации плавиковой кислоты, а температура может достигать точки кипения плавиковой кислоты.Это может быть материал с наилучшей коррозионной стойкостью среди обычно используемых конструкционных сплавов.Сплав монель также выдерживает коррозию различных сульфидов и соляной кислоты в восстановительной среде.

Морская инженерия
Коррозионная стойкость сплава монель делает его идеальным материалом для морских применений, таких как системы трубопроводов, валы насосов, морские клапаны, лески для троллинга и корзинные фильтры.Некоторые сплавы монеля полностью немагнитны и используются для изготовления якорных тросов для тральщиков и корпусов для оборудования для измерения магнитного поля.На яхтах проволока из сплава монель используется для фиксации скоб якорного троса.Сплав монеля также используется для изготовления резервуаров для воды, топливных баков и других подводных устройств, таких как гребные валы и килевые болты.

Следует отметить, что из-за проблемы электрохимической коррозии (биметаллической коррозии) в морской воде сплав монель необходимо изолировать от других металлов (таких как сталь) при судостроении.«Нью-Йорк Таймс» опубликовала 25 августа 1915 года. В статье в » сообщалось об аварии яхты длиной 215 футов: «Первая яхта, корпус которой был полностью построен из сплава монель, всего за шесть недель превратилась в фрагменты и была вынужден отказаться».Благодаря электрохимической коррозии стальная конструкция киля яхты после контакта со сплавом монель быстро истончалась и истончалась, что в итоге привело к обрушению днища яхты.С точки зрения исследования морских птиц, особенно при выборе материалов для опознавательного кольца птичьей лапки, опознавательное кольцо птичьей лапки, изготовленное из сплава монеля, использовалось для многих видов морских птиц, таких как альбатросы, обитающие в коррозионной среде морской воды.

Музыкальный инструмент
Сплав монель используется для изготовления некоторых высококачественных поршней или роторов клапанов музыкальных инструментов, таких как маленькие, большие и валторны.В 1962 году компания RotoSound использовала сплав монель для изготовления струн для электрогитар. Эти струны используются многими артистами.В 2017 году струнная компания D'Addario (струнная компания D'Addario) выпустила набор струнных изделий для скрипки, которые также представляют собой струны с круглой обмоткой из сплава монель, намотанные на струны D и G.

 

Другое использование
Идентификационные жетоны из сплава монель (жетоны для американских солдат во время Второй мировой войны)

Отличная коррозионная стойкость к различным кислотам и кислороду делает сплав монель высококачественным материалом в химической промышленности.Другие сценарии использования, такие как:
1. Обогащение урана, большинство трубопроводов большого диаметра, используемых для гексафторида урана, изготовлены из сплава монель;
2. Регулирующий клапан для высокого давления и сильного реактивного газа в баллонах (например, HCl);
3. В начале двадцатого века сплав монель широко использовался в системе перегретого пара парогенераторных установок;
4. Сплав монель также часто используется для изготовления кухонных раковин и оправ для очков;
5. Камера сгорания, используемая для изготовления запальной трубы котла;
6. Расчетный срок службы Часов Долгого Сейчас составляет 10 000 лет.Исходя из того, что драгоценные металлы не используются, некоторые части часов изготовлены из сплава монеля из соображений устойчивости к коррозии.