Zlitina na osnovi niklja Monel 400

Monel zlitina je zlitina na osnovi Ni, njena glavna kemična sestava je nikelj (Ni), največja vsebnost je do 67%, druga glavna kemična sestava je baker (Cu), vsebuje pa tudi majhno količino železa (Fe) , mangan (Mn) in ogljik (C), silicij (Si) in drugi elementi.

Trdnost zlitine Monel je višja od trdnosti čistega niklja in lahko prenese korozijo različnih medijev, vključno s hitro tekočo morsko vodo. Metode obdelave zlitine Monel vključujejo vročo obdelavo, hladno obdelavo, strojno obdelavo in varjenje.

Leta 1901 je Robert Crooks Stanley, metalurg pri International Nickel Company (INCO), ustvaril zlitino Monel.

Vir imena zlitine Monel temelji na informacijah, da bi se poklonili takratnemu predsedniku družbe Ambrose Monell (Ambrose Monell). Kasneje je bil g. Stanley tudi predsednik družbe International Nickel Corporation. Monel zlitina je bila patentirana leta 1906.

Monel zlitina je draga zlitina, katere cena je 5-10-krat višja od čistega bakra in čistega niklja. Zato se uporablja samo v aplikacijah, kjer ga ni mogoče nadomestiti s poceni alternativami.

 

Kemična sestava in mehanske lastnosti zlitine Monel 400 (N0440):

 

Kemična sestava zlitine Monel 400 (%)
C ≤	Si ≤	Mn ≤	P ≤	S ≤	Cr ≥	Ni ≥	Mo ≥	Cu ≤
0,3	0,5	2	-	0,024	-	63	-	28,0-34,0
drugi	N ≤	A l≤	Ti ≤	F e≤	Co ≤	V ≤	W ≤	Nb ≤
	-	-	-	2.5	-	-	-	-

1. Natezna trdnost zlitine Monel 400 (N04400): σb ≥ 450 Mpa.
2. Meja tečenja zlitine Monel 400 (N04400): σb ≥ 170 Mpa.
3. Raztezek zlitine Monel 400 (N04400): δ ≥ 30 %.

 

Lastnosti zlitine Monel

Monel zlitina je binarna zlitina v trdni raztopini. Ker sta Ni in Cu raztopljena drug v drugem, je tudi enofazna zlitina. V primerjavi z jeklom je strojna obdelava zlitine Monel težavna, predvsem zaradi njenih lastnosti hitrega utrjevanja. Zahteva struženje pri nizkih hitrostih in nizkih pomikih.

Gostota zlitine Monel 400 je 8,80 g/cm3, temperaturno območje taljenja je 1300 ~ 1350 °C, prevodnost je približno 34 % IACS (IACS se nanaša na mednarodno standardno prevodnost žarjenega bakra), vrednost žarjene trdote pa je 65 HRB. Monel zlitina 400 je znana po svoji žilavosti in lahko ohrani to žilavost v precejšnjem temperaturnem območju.

Lahko prenese korozijo različnih kislin in alkalij, nekatere zlitine Monel pa lahko prenesejo celo gorenje čistega kisika. Običajno se uporablja v zelo korozivnih okoljih. Monel zlitina K-500, nastala po dodajanju majhne količine aluminija (Al) in titana (Ti), ima enako odpornost proti koroziji kot Monel zlitina 400, vendar večjo trdnost, kar je predvsem posledica tvorbe γ'faze med obdelavo s staranjem. V normalnih okoliščinah je zlitina Monel veliko dražja od nerjavečega jekla.

Monel zlitina 400 lahko ohrani tudi odlične mehanske lastnosti pod ničlo. Čeprav se bosta trdnost in trdota povečali, se bo plastičnost oziroma žilavost le nekoliko zmanjšala. Tudi če je ohlajena v tekočem vodiku, zlitina ne bo podvržena duktilno-krhkemu prehodu. To je najpomembnejša razlika med zlitino Monel in materiali iz železnih kovin (jeklo in železo) z nizkotemperaturno krhkostjo.

Monel zlitina ima dobro odpornost proti koroziji v številnih okoljih, vendar je nagnjena k rjavenju, če je izpostavljena slani vodi; ne more prenesti korozije medijev, ki vsebujejo dušikov oksid, dušikovo kislino, žveplov dioksid in hipoklorit. Uporaba zlitine Monel bo povzročila tudi elektrokemično korozijo. Z drugimi besedami, ko pridejo pritrdilni elementi iz aluminija, cinka ali železa v stik z zlitino Monel pod določenimi pogoji (kot je uporaba v hitro tekoči morski vodi), kovinski pritrdilni deli hitro zarjavijo.

 

Uporaba zlitine Monel

Aerospace
V šestdesetih letih prejšnjega stoletja. Zlitina Monel je prejela veliko število naročil na področju vesoljske in letalske konstrukcije. Uporablja se zlasti za izdelavo trupa in obloge eksperimentalnih reaktivnih letal. Na primer, severnoameriški X-15 se lahko uporablja za vzdržljivost velike količine toplote, ki nastane zaradi aerodinamičnega trenja med izjemno hitrim letom. Monel zlitina lahko še vedno ohrani svojo trdnost pri izjemno visokih temperaturah, kar ji omogoča ohranitev stabilnosti oblike pri visokih atmosferskih hitrostih letenja. Med vzdrževanjem letala se zlitina Monel uporablja kot zaklepna žica v območjih z visoko temperaturo, da se zagotovi zaklepanje pritrdilnih elementov; iz ekonomskih razlogov se žice za ključavnice iz nerjavečega jekla običajno uporabljajo na drugih področjih.

Pridobivanje in rafiniranje nafte
Monel se uporablja za izdelavo delov, ki neposredno pridejo v stik s koncentrirano fluorovodikovo kislino v enoti za alkiliranje. Izjemna odpornost zlitine Monel na korozijo s fluorovodikovo kislino je neverjetna. Lahko prenese vse koncentracije fluorovodikove kisline, temperatura pa lahko doseže vrelišče fluorovodikove kisline. To je lahko material z najboljšo odpornostjo proti koroziji med običajno uporabljenimi inženirskimi zlitinami. Monel zlitina lahko prenese tudi korozijo različnih sulfidov in klorovodikove kisline v redukcijskem okolju.

Pomorska tehnika
Zaradi odpornosti proti koroziji je zlitina Monel idealen material za pomorske aplikacije, kot so cevni sistemi, gredi črpalk, morski ventili, ribiške vrvi za panulo in košarasti filtri. Nekatere zlitine Monel so popolnoma nemagnetne in se uporabljajo za izdelavo sidrnih kablov za minolovce in ohišij za opremo za merjenje magnetnega polja. Na jahtah se žica iz zlitine Monel uporablja za zaklepanje sponk sidrnih kablov. Monel zlitina se uporablja tudi za izdelavo rezervoarjev za vodo in goriva ter drugih podvodnih naprav, kot so propelerske gredi in vijaki kobilice.

Opozoriti je treba, da je treba zaradi problema elektrokemične korozije (bimetalne korozije) v morski vodi med gradnjo ladje izolirati zlitino Monel od drugih kovin (kot je jeklo). New York Times je objavil 25. avgusta 1915. Članek v ”je poročal o nesreči 215 čevljev dolge jahte: ”Prva jahta, katere trup je bil v celoti zgrajen iz zlitine Monel, se je v samo šestih tednih spremenila v drobce in bila prisiljen v razrez«. Zahvaljujoč elektrokemični koroziji je bila kobilica jeklene konstrukcije jahte po stiku z zlitino Monel hitro erodirana in stanjšana, kar je na koncu privedlo do zrušitve dna jahte. Kar zadeva raziskave morskih ptic, zlasti izbiro materialov za identifikacijski obroč za ptičje tačke, je bil identifikacijski obroč za ptičje tačke iz zlitine Monel uporabljen pri številnih vrstah morskih ptic, kot so albatrosi, ki živijo v okoljih z jedko morsko vodo.

Glasbilo
Monel zlitina se uporablja za izdelavo nekaterih visokokakovostnih ventilskih batov ali rotorjev glasbil, kot so mali, veliki in francoski rog. RotoSound je leta 1962 uporabil zlitino Monel za izdelavo strun za električno kitaro. Te strune uporablja veliko umetnikov. Leta 2017 je podjetje za godala D'Addario (D'Addario string company) izdalo niz izdelkov za violinske strune, ki so prav tako okrogle navite strune z zlitino Monel, navite na strune D in G.

 

Druge uporabe
Identifikacijske oznake iz zlitine Monel (Psje oznake za ameriške vojake med drugo svetovno vojno)

Odlična korozijska odpornost na različne kisline in kisik naredi zlitino Monel visokokakovosten material v kemični industriji. Drugi scenariji uporabe, kot so:
1. Bogatenje urana, večina cevovodov velikega premera, ki se uporabljajo za uranov heksafluorid, je izdelanih iz zlitine Monel;
2. Regulacijski ventil za visokotlačni in močno reaktivni ustekleničeni plin (kot je HCl);
3. V zgodnjem dvajsetem stoletju se je zlitina Monel pogosto uporabljala v sistemu pregrete pare parnih generatorjev;
4. Monel zlitina se pogosto uporablja tudi za izdelavo kuhinjskih korit in okvirjev za očala;
5. Zgorevalna komora, ki se uporablja za izdelavo vžigalne cevi kotla;
6. Načrtovana življenjska doba ure dolgega zdaj je 10.000 let. Ob predpostavki, da se ne uporabljajo plemenite kovine, so nekateri deli ure izdelani iz materiala iz zlitine Monel, ki temelji na pomislekih glede odpornosti proti koroziji.