Что такое сплавы Monel?

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.

сплав металла Monel

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
Элемент Монель 400 Монель Р-405 Монель К-500

Никель (мас.%)

63 мин.

63 мин.

63 мин.

Медь (вес. %)

28 — 34

28 — 34

27 — 33

Марганец (вес. % т)

2 макс.

2 макс.

1,5 макс.

Железо (масс. %)

2,5 макс.

2,5 макс.

2 макс.

Сера (мас. %)

0,024 макс.

от 0,025 до 0,060

0,01 макс.

Кремний (мас.%)

0,5 макс.

0,5 макс.

0,5 макс.

Алюминий (вес. %)

0

0

от 2,3 до 3,15

Титан (вес. %)

0

0

от 0,35 до 0,85

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
Физические свойства Монель 400 Монель Р-405 Монель К-500

Плотность (г/см3)

8,8

8,8

8,44

Температура Кюри

21 — 49

28 — 34

Удельное электрическое сопротивление при 100 C (отожженный) (мкОм·м)

0,537

0,537

0,618

Термическое линейное расширение при 100 C (отожженный) (мкм/м·°C)

14.2

14.2

13,7

Теплопроводность при 100 C (отожженный) (Вт/м·°C)

24

24

19,4

Удельная теплоемкость при 100 C (отожженная) (Дж/кг.°C)

445

445

448

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
Механические свойства Монель 400 Монель Р-405 Монель К-500

Метод закалки

Холоднотянутый и снятый стресс

Как холоднотянутый

Горячая отделка и старение

Прочность на растяжение (МПа)

с 579 по 827

от 586 до 793

695 до 1310

Предел текучести (смещение 0,2 %) (МПа)

от 379 до 690

от 345 до 724

от 690 до 1034

Удлинение (%)

от 22 до 40

от 15 до 35

от 20 до 30

Твердость (по Роквеллу)

от 20 до 85 Б

от 23 до 85 Б

от 27 до 38 С

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
Монель 400 Монель Р-405 Монель К-500

Температура плавления (°C)

с 1300 до 1350

с 1300 до 1350

1315 — 1350

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.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

12 − 10 =

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: