آلیاژ مونل 400 بر پایه نیکل

آلیاژ مونل یک آلیاژ مبتنی بر نیکل است، ترکیب شیمیایی اصلی آن نیکل (Ni)، بیشترین مقدار آن تا 67 درصد است، ترکیب شیمیایی اصلی دیگر مس (مس)، و همچنین حاوی مقدار کمی آهن (Fe) است. منگنز (Mn) و کربن (C)، سیلیکون (Si) و سایر عناصر.

استحکام آلیاژ مونل بیشتر از نیکل خالص است و می تواند در برابر خوردگی محیط های مختلف از جمله آب دریا با جریان سریع مقاومت کند. روش های فرآوری آلیاژ مونل شامل کار گرم، سرد کاری، ماشینکاری و جوشکاری می باشد.

در سال 1901، رابرت کروکس استنلی، متالورژیست در شرکت بین المللی نیکل (INCO)، آلیاژ مونل را ساخت.

منبع نام آلیاژ مونل بر اساس اطلاعاتی برای ادای احترام به رئیس وقت شرکت آمبروز مونل (آمبروز مونل) است. بعدها، آقای استنلی به عنوان رئیس شرکت بین المللی نیکل نیز خدمت کرد. آلیاژ مونل در سال 1906 حق اختراع دریافت کرد.

آلیاژ مونل آلیاژی گران قیمت است که قیمت آن 5 تا 10 برابر مس خالص و نیکل خالص است. بنابراین، فقط در برنامه هایی استفاده می شود که جایگزین های ارزان قیمت قابل جایگزینی نباشد.

 

ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی آلیاژ Monel 400 (N0440):

 

ترکیب شیمیایی آلیاژ Monel 400 (%)
C ≤	Si ≤	منگنز ≤	P ≤	S ≤	Cr ≥	Ni ≥	مو ≥	مس ≤
0.3	0.5	2	-	0.024	-	63	-	28.0-34.0
دیگران	N ≤	A l≤	Ti ≤	F e≤	شرکت ≤	V ≤	W ≤	Nb ≤
	-	-	-	2.5	-	-	-	-

1. استحکام کششی آلیاژ Monel 400 (N04400): σb ≥ 450 Mpa.
2. قدرت تسلیم آلیاژ Monel 400 (N04400): σb ≥ 170 Mpa.
3. ازدیاد طول آلیاژ Monel 400 (N04400): δ ≥ 30%.

 

خواص آلیاژ مونل

آلیاژ مونل یک آلیاژ دوتایی محلول جامد است. از آنجایی که نیکل و مس در یکدیگر حل می شوند، آلیاژی تک فاز نیز می باشد. در مقایسه با فولاد، ماشینکاری آلیاژ مونل دشوار است، عمدتاً به دلیل ویژگی های سخت کاری سریع آن. نیاز به چرخش با سرعت کم و نرخ تغذیه کم دارد.

چگالی آلیاژ Monel 400 8.80 گرم بر سانتی متر مکعب است، محدوده دمای ذوب 1300 تا 1350 درجه سانتیگراد، رسانایی حدود 34٪ ​​IACS است (IACS به رسانایی استاندارد بین المللی مس آنیل شده اشاره دارد)، و مقدار سختی آنیل شده 65 است. HRB. آلیاژ Monel 400 به دلیل چقرمگی خود شناخته شده است و می تواند این چقرمگی را در محدوده دمایی قابل توجهی حفظ کند.

می تواند در برابر خوردگی اسیدها و قلیاهای مختلف مقاومت کند و برخی از آلیاژهای مونل حتی می توانند در برابر سوختن اکسیژن خالص مقاومت کنند. معمولاً در محیط های بسیار خورنده استفاده می شود. آلیاژ مونل K-500 که پس از افزودن مقدار کمی آلومینیوم (Al) و تیتانیوم (Ti) تشکیل شده است، مقاومت به خوردگی مشابهی با آلیاژ Monel 400 دارد اما استحکام بالاتری دارد که عمدتاً به دلیل تشکیل فاز γ در طول عملیات پیری است. در شرایط عادی، آلیاژ مونل بسیار گرانتر از فولاد ضد زنگ است.

آلیاژ Monel 400 همچنین می تواند خواص مکانیکی عالی را زیر صفر حفظ کند. اگرچه استحکام و سختی افزایش می یابد، اما انعطاف پذیری یا چقرمگی فقط اندکی کاهش می یابد. حتی اگر در هیدروژن مایع خنک شود، آلیاژ تغییر شکل پذیر-شکننده نخواهد داشت. این مهم ترین تفاوت بین آلیاژ مونل و فلزات آهنی (فولاد و آهن) با شکنندگی دمای پایین است.

آلیاژ مونل در بسیاری از محیط‌ها مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد، اما در مواجهه با آب نمک مستعد زنگ زدگی است. نمی تواند در برابر خوردگی محیط های حاوی اکسید نیتریک، اسید نیتریک، دی اکسید گوگرد و هیپوکلریت مقاومت کند. استفاده از آلیاژ مونل باعث خوردگی الکتروشیمیایی نیز خواهد شد. به عبارت دیگر، هنگامی که بست های ساخته شده از آلومینیوم، روی یا آهن با آلیاژ مونل تماس پیدا می کنند، تحت شرایط خاصی (مانند استفاده در آب دریا با جریان سریع)، اتصال فلزی قطعات به سرعت خورده می شوند.

 

موارد استفاده از آلیاژ مونل

هوافضا
در دهه 1960. آلیاژ مونل سفارشات زیادی را در زمینه ساخت فضا و هواپیما کسب کرده است. به ویژه برای ساخت بدنه و پوست هواپیماهای جت آزمایشی استفاده می شود. به عنوان مثال، X-15 آمریکای شمالی را می توان برای مقاومت در برابر مقدار زیادی گرمای تولید شده توسط اصطکاک آیرودینامیکی در طول پرواز بسیار سریع استفاده کرد. آلیاژ مونل همچنان می‌تواند استحکام خود را در دماهای بسیار بالا حفظ کند و به آن اجازه می‌دهد تا ثبات شکل خود را در سرعت‌های پرواز اتمسفر بالا حفظ کند. در طول تعمیر و نگهداری هواپیما، آلیاژ مونل به عنوان سیم قفل در مناطق با دمای بالا استفاده می شود تا اطمینان حاصل شود که بست ها قفل هستند. به دلایل اقتصادی، معمولا از سیم های قفل فولادی ضد زنگ در مناطق دیگر استفاده می شود.

استخراج و پالایش نفت
مونل برای ساخت قطعاتی که مستقیماً با اسید هیدروفلوئوریک غلیظ در واحد آلکیلاسیون تماس دارند، استفاده می شود. مقاومت فوق العاده آلیاژ مونل در برابر خوردگی اسید هیدروفلوئوریک شگفت انگیز است. این می تواند تمام غلظت های هیدروفلوئوریک اسید را تحمل کند و دما می تواند به نقطه جوش اسید هیدروفلوئوریک برسد. این ممکن است ماده ای با بهترین مقاومت در برابر خوردگی در میان مواد آلیاژی مهندسی رایج باشد. آلیاژ مونل همچنین می تواند در برابر خوردگی سولفیدهای مختلف و اسید هیدروکلریک در یک محیط کاهنده مقاومت کند.

مهندسی دریایی
مقاومت در برابر خوردگی آلیاژ مونل آن را به یک ماده ایده آل برای کاربردهای دریایی مانند سیستم های لوله کشی، شفت پمپ، دریچه های دریایی، خطوط ماهیگیری ترولینگ و فیلترهای سبد تبدیل می کند. برخی از آلیاژهای مونل کاملاً غیر مغناطیسی هستند و برای ساختن کابل های لنگر برای مین روب ها و محفظه تجهیزات اندازه گیری میدان مغناطیسی استفاده می شوند. در قایق‌های تفریحی، از سیم آلیاژی مونل برای قفل کردن قلاب کابل لنگر استفاده می‌شود. آلیاژ مونل همچنین برای ساخت مخازن آب و مخازن سوخت و سایر وسایل زیر آب مانند شفت پروانه و پیچ و مهره های کیل استفاده می شود.

لازم به ذکر است که به دلیل مشکل خوردگی الکتروشیمیایی (خوردگی دو فلزی) در آب دریا، آلیاژ مونل باید در هنگام ساخت کشتی از سایر فلزات (مانند فولاد) جدا شود. نیویورک تایمز در 25 آگوست 1915 منتشر شد. مقاله ای در "در مورد تصادف یک قایق بادبانی 215 فوتی گزارش کرد: "اولین قایق تفریحی که بدنه آن تماماً از آلیاژ مونل ساخته شده بود تنها در شش هفته به قطعات تبدیل شد و مجبور به اسقاط». به لطف خوردگی الکتروشیمیایی، کیل ساختار فولادی قایق بادبانی پس از تماس با آلیاژ مونل به سرعت فرسایش و نازک شد که در نهایت منجر به فروریختن کف قایق تفریحی شد. از نظر تحقیقات پرندگان دریایی، به ویژه انتخاب مواد برای حلقه شناسایی پای پرنده، حلقه شناسایی پای پرنده ساخته شده از آلیاژ مونل در بسیاری از انواع پرندگان دریایی مانند آلباتروس که در محیط های خورنده آب دریا زندگی می کنند، استفاده شده است.

ساز موسیقی
آلیاژ مونل برای ساخت پیستون ها یا روتورهای شیر آلات موسیقی با کیفیت بالا، مانند بوق های کوچک، بزرگ و فرانسوی استفاده می شود. RotoSound از آلیاژ Monel برای ساخت سیم های گیتار الکتریک در سال 1962 استفاده کرد. این سیم ها توسط بسیاری از هنرمندان استفاده می شود. در سال 2017، شرکت زهی D'Addario (شرکت تار D'Addario) مجموعه ای از محصولات زهی ویولن را روانه بازار کرد که این سیم ها نیز سیم های گرد با آلیاژ مونل هستند که روی سیم های D و G پیچیده شده اند.

 

کاربردهای دیگر
برچسب های شناسایی ساخته شده از آلیاژ مونل (برچسب سگ برای سربازان آمریکایی در طول جنگ جهانی دوم)

مقاومت در برابر خوردگی عالی در برابر اسیدها و اکسیژن مختلف، آلیاژ مونل را به ماده ای با کیفیت در صنایع شیمیایی تبدیل می کند. سناریوهای استفاده دیگر مانند:
1. غنی سازی اورانیوم، بسیاری از خطوط لوله با قطر بزرگ مورد استفاده برای هگزافلوورید اورانیوم از آلیاژ مونل ساخته شده اند.
2. شیر تنظیم برای فشار بالا و گاز قوی واکنش پذیر بطری (مانند HCl).
3. در اوایل قرن بیستم، آلیاژ مونل به طور گسترده ای در سیستم بخار فوق گرم مجموعه های مولد بخار استفاده می شد.
4. آلیاژ مونل نیز اغلب برای ساخت سینک آشپزخانه و قاب عینک استفاده می شود.
5. محفظه احتراق مورد استفاده برای ساخت لوله احتراق دیگ.
6. عمر طراحی Clock of Long Now 10000 سال است. با این فرض که از فلزات گرانبها استفاده نمی شود، برخی از قسمت های ساعت از مواد آلیاژی مونل بر اساس نگرانی در مورد مقاومت در برابر خوردگی ساخته شده است.