Monel 400 sakausējums uz niķeļa bāzes

Monela sakausējums ir sakausējums uz Ni bāzes, tā galvenais ķīmiskais sastāvs ir niķelis (Ni), lielākais saturs ir līdz 67%, otrs galvenais ķīmiskais sastāvs ir varš (Cu), kā arī satur nelielu daudzumu dzelzs (Fe) , mangāns (Mn) un ogleklis (C), silīcijs (Si) un citi elementi.

Monel sakausējuma stiprums ir augstāks nekā tīram niķelim, un tas var izturēt dažādu vielu, tostarp ātri plūstoša jūras ūdens, koroziju. Monel sakausējuma apstrādes metodes ietver karsto apstrādi, auksto apstrādi, apstrādi un metināšanu.

1901. gadā Starptautiskās niķeļa kompānijas (INCO) metalurgs Roberts Krūks Stenlijs izveidoja Monela sakausējumu.

Monel sakausējuma nosaukuma avots ir balstīts uz informāciju, lai godinātu toreizējo uzņēmuma priekšsēdētāju Ambrose Monell (Ambrose Monell). Vēlāk Stenlija kungs bija arī Starptautiskās niķeļa korporācijas priekšsēdētājs. Monela sakausējumam tika piešķirts patents 1906. gadā.

Monela sakausējums ir dārgs sakausējums, kura cena ir 5-10 reizes lielāka par tīra vara un tīra niķeļa cenu. Tāpēc to izmanto tikai gadījumos, kad to nevar aizstāt ar lētām alternatīvām.

 

Sakausējuma Monel 400 (N0440) ķīmiskais sastāvs un mehāniskās īpašības:

 

Monel 400 sakausējuma ķīmiskais sastāvs (%)
C ≤	Si ≤	Mn ≤	P ≤	S ≤	Cr ≥	Ni ≥	Mo ≥	Cu ≤
0.3	0.5	2	-	0,024	-	63	-	28,0-34,0
Citi	N ≤	A l≤	Ti ≤	F e≤	Co ≤	V ≤	W ≤	Nb ≤
	-	-	-	2.5	-	-	-	-

1. Monel 400 (N04400) sakausējuma stiepes izturība: σb ≥ 450 Mpa.
2. Monel 400 (N04400) sakausējuma tecēšanas robeža: σb ≥ 170 Mpa.
3. Monel 400 (N04400) sakausējuma pagarinājums: δ ≥ 30%.

 

Monel sakausējuma īpašības

Monela sakausējums ir cieta šķīduma binārais sakausējums. Tā kā Ni un Cu ir izšķīdināti viens otrā, tas ir arī vienfāzes sakausējums. Salīdzinot ar tēraudu, Monela sakausējuma apstrāde ir sarežģīta, galvenokārt tā ātrās sacietēšanas īpašību dēļ. Tas prasa pagriešanos ar mazu ātrumu un zemu padevi.

Monel sakausējuma 400 blīvums ir 8,80 g/cm3, kušanas temperatūras diapazons ir 1300–1350 °C, vadītspēja ir aptuveni 34% IACS (IACS attiecas uz rūdītā vara starptautisko standarta vadītspēju), un atkvēlinātās cietības vērtība ir 65 HRB. Monel sakausējums 400 ir labi pazīstams ar savu stingrību un var saglabāt šo stingrību ievērojamā temperatūras diapazonā.

Tas var izturēt dažādu skābju un sārmu koroziju, un daži Monel sakausējumi var pat izturēt tīru skābekļa sadedzināšanu. To parasti izmanto ļoti korozīvā vidē. Monel sakausējumam K-500, kas izveidots pēc neliela alumīnija (Al) un titāna (Ti) daudzuma pievienošanas, ir tāda pati izturība pret koroziju kā Monel sakausējumam 400, bet lielāka izturība, kas galvenokārt ir saistīta ar γ fāzes veidošanos novecošanas apstrādes laikā. Normālos apstākļos Monel sakausējums ir daudz dārgāks nekā nerūsējošais tērauds.

Monel sakausējums 400 var arī uzturēt lieliskas mehāniskās īpašības zem nulles. Lai gan stiprība un cietība palielināsies, plastiskums vai stingrība tikai nedaudz samazināsies. Pat ja tas tiek atdzesēts šķidrā ūdeņražā, sakausējums netiks pakļauts kaļamā-trausluma pārejai. Šī ir visnozīmīgākā atšķirība starp Monel sakausējumu un melno metālu materiāliem (tēraudu un dzelzi) ar zemas temperatūras trauslumu.

Monela sakausējumam ir laba izturība pret koroziju daudzās vidēs, taču tas ir pakļauts rūsai, ja tiek pakļauts sālsūdens iedarbībai; tas nevar izturēt slāpekļa oksīdu, slāpekļskābi, sēra dioksīdu un hipohlorītu saturošu vielu koroziju. Monela sakausējuma izmantošana arī izraisīs elektroķīmisko koroziju. Citiem vārdiem sakot, no alumīnija, cinka vai dzelzs izgatavotiem stiprinājumiem saskaroties ar Monel sakausējumu, noteiktos apstākļos (piemēram, izmantošanai ātri plūstošā jūras ūdenī) metāla stiprinājums Detaļas ātri sarūsēs.

 

Monela sakausējuma lietojumi

Aviācija
1960. gados. Monel sakausējums ir ieguvis lielu skaitu pasūtījumu kosmosa un lidmašīnu būvniecības jomā. Īpaši izmanto, lai izveidotu eksperimentālo reaktīvo lidmašīnu fizelāžu un apvalku. Piemēram, Ziemeļamerikas X-15 var izmantot, lai izturētu lielo siltuma daudzumu, ko rada aerodinamiskā berze ārkārtīgi ātra lidojuma laikā. Monela sakausējums joprojām var saglabāt savu izturību ārkārtīgi augstās temperatūrās, ļaujot tam saglabāt formas stabilitāti pie lieliem atmosfēras lidojuma ātrumiem. Lidmašīnas apkopes laikā Monel sakausējums tiek izmantots kā bloķēšanas vads augstas temperatūras zonās, lai nodrošinātu stiprinājumu bloķēšanu; ekonomisku iemeslu dēļ nerūsējošā tērauda slēdzenes stieples parasti izmanto citās jomās.

Eļļas ieguve un rafinēšana
Monel izmanto, lai izgatavotu detaļas, kas alkilēšanas iekārtā tieši saskaras ar koncentrētu fluorūdeņražskābi. Monela sakausējuma ārkārtējā izturība pret fluorūdeņražskābes koroziju ir pārsteidzoša. Tas var izturēt visas fluorūdeņražskābes koncentrācijas, un temperatūra var sasniegt fluorūdeņražskābes viršanas punktu. Tas var būt materiāls ar vislabāko izturību pret koroziju starp parasti izmantotajiem inženiertehniskajiem sakausējuma materiāliem. Monela sakausējums var izturēt arī dažādu sulfīdu un sālsskābes koroziju reducējošā vidē.

Jūras inženierija
Monel sakausējuma izturība pret koroziju padara to par ideālu materiālu jūras vajadzībām, piemēram, cauruļvadu sistēmām, sūkņu vārpstām, jūras vārstiem, velcēšanas makšķerēšanas auklām un grozu filtriem. Daži Monel sakausējumi ir pilnīgi nemagnētiski, un tos izmanto, lai izgatavotu enkura kabeļus mīnu meklētājiem un korpusus magnētiskā lauka mērīšanas ierīcēm. Uz jahtām Monel sakausējuma stiepli izmanto, lai bloķētu enkura troses važas. Moneļa sakausējumu izmanto arī ūdens tvertņu un degvielas tvertņu un citu zemūdens ierīču, piemēram, dzenskrūves vārpstu un ķīļa skrūvju, ražošanai.

Jāņem vērā, ka elektroķīmiskās korozijas (bimetāla korozijas) problēmas dēļ jūras ūdenī Monela sakausējums kuģu būves laikā ir jāizolē no citiem metāliem (piemēram, tērauda). The New York Times tika publicēts 1915. gada 25. augustā. Rakstā par 215 pēdas garas jahtas negadījumu tika ziņots: "Pirmā jahta, kuras korpuss bija pilnībā izgatavots no Monel sakausējuma, tika pārvērsta fragmentos tikai sešu nedēļu laikā un tika spiests nodot metāllūžņos”. Pateicoties elektroķīmiskajai korozijai, jahtas tērauda konstrukcijas ķīlis pēc saskares ar Monela sakausējumu ātri tika izdrupāts un atšķaidīts, kas galu galā noveda pie jahtas dibena sabrukšanas. Attiecībā uz jūras putnu izpēti, īpaši izvēloties materiālus putnu pēdas identifikācijas gredzenam, putnu pēdas identifikācijas gredzens, kas izgatavots no Monela sakausējuma, ir izmantots daudzu veidu jūras putniem, piemēram, albatrosiem, kas dzīvo korozīvā jūras ūdens vidē.

Mūzikas instruments
Monela sakausējumu izmanto noteiktu augstas kvalitātes mūzikas instrumentu vārstu virzuļu vai rotoru, piemēram, mazo, lielo un franču ragu, izgatavošanai. RotoSound izmantoja Monela sakausējumu, lai izgatavotu elektriskās ģitāras stīgas 1962. gadā. Šīs stīgas izmanto daudzi mākslinieki. 2017. gadā D'Addario stīgu uzņēmums (D'Addario stīgu uzņēmums) izlaida vijoles stīgu izstrādājumu komplektu, kas arī ir apaļas stīgas ar Monel sakausējuma uztīšanu uz D un G stīgām.

 

Citi lietojumi
Identitātes zīmes izgatavotas no Monel sakausējuma (Suņu birkas amerikāņu karavīriem Otrā pasaules kara laikā)

Lieliska izturība pret koroziju pret dažādām skābēm un skābekli padara Monel sakausējumu par augstas kvalitātes materiālu ķīmiskajā rūpniecībā. Citi lietošanas scenāriji, piemēram:
1. Urāna bagātināšana, lielākā daļa liela diametra cauruļvadu, ko izmanto urāna heksafluorīdam, ir izgatavoti no Monela sakausējuma;
2. Regulēšanas vārsts augsta spiediena un spēcīgai reaktīvai pudelēs pildītai gāzei (piemēram, HCl);
3. Divdesmitā gadsimta sākumā Monela sakausējumu plaši izmantoja tvaika ģeneratoru pārkarsētā tvaika sistēmā;
4. Monela sakausējumu bieži izmanto arī virtuves izlietņu un briļļu rāmju izgatavošanai;
5. Sadegšanas kamera, ko izmanto katla aizdedzes caurules izgatavošanai;
6. Clock of Long Now projektētais kalpošanas laiks ir 10 000 gadu. Ņemot vērā pieņēmumu, ka netiek izmantoti dārgmetāli, dažas pulksteņa daļas ir izgatavotas no Monel sakausējuma materiāla, pamatojoties uz bažām par izturību pret koroziju.