Что такое сплавы Monel?

[Что такое сплавы Monel?]
Содержание

1. Сплавы Monel: определение, состав и применение
2. Что такое сплав монель?
3. Кто был изобретателем монеля?
4. Как впервые использовались сплавы монеля?
5. Типы сплавов монеля
6. Использование сплавов Monel
7. Преимущества сплавов монеля
8. Недостатки сплавов монеля
9. Химические компоненты сплавов монеля
10. Физические свойства сплавов монеля
11. Механические свойства сплавов монеля
12. Температура плавления сплавов монеля
13. Являются ли сплавы монеля магнитными?
14. В чем разница между монелем и K-монелем?

Сплавы Monel: определение, состав и применение

Monel® — это сплав никеля и меди, который был впервые разработан для коммерческого использования в 1905 году.

Он в основном используется благодаря своей превосходной коррозионной и термостойкости и особенно ценится для применения в морской и химической промышленности.

Существует три широко используемых сплава монеля, а именно 400, R-405 и К-500. Монель 400 и R-405 схожи по механическим свойствам, но R-405 легче поддается механической обработке из-за более высокого содержания серы.

К-500 специально разработан с добавками алюминия и титана для повышения его механической прочности. Monel 400 и R-405 могут подвергаться только деформационному упрочнению, тогда как K-500 может подвергаться как деформационному твердению, так и дисперсионному твердению.

В этой статье будет рассмотрена история монеля, различные доступные марки и механические свойства различных сплавов.

Что такое сплав монель?

Монель относится к группе никелевых сплавов, основным легирующим элементом которых является медь.

В дополнение к этим двум основным металлам сплавы монеля могут также содержать небольшие количества железа, марганца, углерода, кремния, серы, алюминия и титана. Конкретный состав сплава монель зависит от его желаемых свойств и областей применения.

В целом, сплавы Monel известны своей высокой прочностью и устойчивостью к коррозии как в пресной, так и в соленой воде, а также отличной устойчивостью к высоким и низким температурам.

Кто был изобретателем монеля?

Монель был впервые разработан Робертом Круксом Стэнли в 1905 году, когда он работал в International Nickel Company (Inco).

Сплав был запатентован в 1906 году и назван в честь тогдашнего владельца компании Амброуза Монелла. Название Monel было зарегистрировано в качестве товарного знака в 1921 году.

В настоящее время этот товарный знак принадлежит Special Metals Corporation, компании, специализирующейся на никелевых и кобальтовых сплавах.

Как впервые использовались сплавы монеля?

Монель был впервые использован в 1920-х годах в различных областях, в первую очередь при производстве компонентов линкоров после Первой мировой войны из-за его превосходной устойчивости к морской воде.

Монель также использовался в качестве декоративного архитектурного материала. Его часто использовали для изготовления кухонных раковин и движущихся частей духовых инструментов, а также струн для гитар и других струнных инструментов.

Типы сплавов монеля

Три основных сплава монеля, каждый из которых имеет несколько вариаций, перечислены ниже:

1. Монель 400: Монель обладает отличной стойкостью к ряду коррозионных агентов, включая морскую воду и сильные кислоты, даже фтористоводородную кислоту. Это прочный высокопрочный сплав, который можно подвергать только холодной обработке, а не термообработке, для дополнительного увеличения прочности. Монель 400 поддается механической обработке, но представляет некоторые трудности. Работа из сплава затвердевает под действием режущего инструмента и требует пристального внимания к настройкам подачи и скорости, а также к износу инструмента.
2. Монель Р-405: Этот сплав имеет тот же состав, что и Монель 400, за исключением небольшого увеличения содержания серы (с 0,024 до 0,06 %). Дополнительная сера обеспечивает лучшую обрабатываемость R-405, чем марка 400, за счет образования в материале включений сульфидов никеля и меди, которые действуют как стружколоматели.
3. Монель К-500: Этот сплав представляет собой высокопрочный вариант монеля с добавлением небольшого количества алюминия и титана в базовую формулу. Он обладает всеми преимуществами стандартного монеля 400, но с повышенной твердостью и прочностью в результате термической обработки с дисперсионным твердением.

Использование сплавов Monel

Монель используется в широком диапазоне применений, требующих высокой коррозионной стойкости и ударной вязкости. По этой причине он часто используется в морской и химической промышленности для следующих типов оборудования:

1. Карданные валы
2. Крепеж
3. Теплообменники
4. Технологические сосуды
5. Стержни клапанов
6. Технологические трубопроводы
7. Нефтяные перегонные кубы
8. Насосы и клапаны
9. Коммерческие винтовые станки
10. Цепи и тросы

Преимущества сплавов монеля

Ниже перечислены некоторые из ключевых преимуществ монеля:

1. Коррозионная стойкость: обладает высокой коррозионной стойкостью к кислотам и щелочам, превосходя другие распространенные коррозионностойкие сплавы, такие как нержавеющая сталь AISI 316.
2. Формуемость: легко формуется в широкий диапазон стандартных форм заготовки, таких как стержни и трубы.
3. Свариваемость: легко поддается сварке стандартными методами сварки.
4. Термостойкость: монель сохраняет свою прочность в широком диапазоне температур от минусовых до 480 °C.

Недостатки сплавов монеля

Ниже перечислены некоторые из основных недостатков монеля:

1. Закалка: во время обработки монель-металл затвердевает, что затрудняет последующую резку, а также приводит к ускоренному износу инструмента. Monel R-405 был специально разработан для улучшения обрабатываемости.
2. Питтинговая коррозия: Несмотря на то, что монель устойчив к быстротекущей морской воде, он подвержен точечной коррозии при длительном воздействии морской воды при низких скоростях потока.
3. Коррозионное растрескивание под напряжением: Monel K-500 подвержен коррозионному растрескиванию под напряжением.
4. Гальваническая коррозия: монель легко образует гальванический элемент при соединении болтами со сталью, что ускоряет коррозию.
5. Высокая стоимость: монель является дорогостоящим сплавом и должен использоваться только там, где более дешевые материалы не подходят.

Химические компоненты сплавов монеля

Сплавы монеля примерно на одну треть состоят из меди (от 27 до 34%) и на две трети из никеля (минимум 63%).

Сплавы Monel R-405 имеют повышенное содержание серы, а Monel K-500 содержит добавки алюминия и титана, но очень низкое содержание серы. В таблице 1 ниже показаны химические составы различных сплавов:

Таблица 1: Химический состав сплава монель

Физические свойства сплавов монеля

Монель обладает широким спектром свойств, которые делают его желательным материалом для широкого спектра применений. Физические свойства сплавов монеля перечислены в таблице 2 ниже:

Таблица 2: Физические свойства сплава монель

Механические свойства сплавов монеля

Сплавы монеля обладают широким диапазоном механических свойств, которые варьируются в зависимости от степени упрочнения при холодной обработке давлением или дисперсионном твердении.

Прочностные свойства также различаются в зависимости от того, поставляется ли материал в виде пластины, стержня или какой-либо другой стандартной формы.

В приведенной ниже Таблице 3 указаны максимальные прочностные характеристики стержня и прутка для облегчения сравнения различных марок монеля:

Таблица 3: Механические свойства сплава монель

Температура плавления сплавов монеля

Температура плавления будет зависеть от конкретного состава сплава монель. В таблице 4 ниже указаны температуры плавления основных сплавов:

Таблица 4: Температуры плавления сплава монель

Являются ли сплавы монеля магнитными?

Нет, монель, как правило, немагнитен, но при определенных условиях может обладать полезными магнитными свойствами.

Температуры Кюри монеля 400 и R-405 близки к температуре окружающей среды, поэтому они не обладают магнитными свойствами при более высоких температурах.

Более того, различия в составе даже в пределах допусков, предусмотренных спецификацией материала, могут привести к тому, что некоторые партии будут магнитными, а другие — нет.

Monel K-500 достаточно отличается тем, что имеет очень низкую температуру Кюри, намного ниже температуры окружающей среды и может считаться надежно немагнитным при использовании обычных методов производства материала.

Однако путем селективного удаления алюминия и меди с поверхности монеля К-500 путем окисления можно сформировать поверхностный слой, обогащенный магнитным никелем.

Проволока и тонкая полоса, изготовленные с помощью этого специального процесса, используются в электронных компонентах.

В чем разница между монелем и K-монелем?

K-500 Monel включает до 3,15 % алюминия и 0,85 % титана в качестве легирующих элементов для повышения твердости и прочности после термообработки с дисперсионным твердением.

В этой статье были представлены сплавы монель, объяснено, что они из себя представляют, а также рассмотрена их история и то, как они используются в производстве.