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.

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: