مونل (Monel)

گروهی از آلیاژهای نیکل که از دو فلز نیکل و مس تشکیل شده‌اند. همچنین مقادیر کمی از آهن، منگنز، کربن و سیلیسیم نیز در آنها یافت می‌شود.این آلیاژها از نیکل خالص سخت‌ترند و در برابر خوردگی توسط بسیاری عوامل از جمله جریان سریع آب دریا مقاومت نشان می‌دهند. مونل‌ها را می‌توان به راحتی به کمک‌کار سرد، کار گرم، ماشین کاری و جوشکاری به شکل مورد نظر درآورد. مونل اولین بار در سال ۱۹۰۱ توسط رابرت کروکس استنلی؛ که در کارخانه بین‌المللی نیکل (INCO) کار می‌کرد، ایجاد شده‌است. آلیاژ مونل یک آلیاژ دو جزئی نیکل  و مس است که به‌طور طبیعی در سنگ معدن نیکل در معادن سودبری ( اونتاریو، کانادا ) یافت می‌شود. این معادن ۱٫۸۴۹ میلیارد سال پیش در اثر برخورد یک شهاب سنگ به قطر ۱۰–۱۵ کیلومتر ایجاد شده‌اند. مونل در سال ۱۹۰۶ ثبت اختراع شد؛ نام این آلیاژ از نام خانوادگی رئیس شرکت امبروز مونل (Ambrose Monell) گرفته شده‌است. در آن دوره زمانی استفاده از نام خانوادگی اشخاص جهت نامگذاری علامت تجاری مجاز نبوده به همین جهت یکی از دو L از انتهای نام خانوادگی حذف شده‌است. این نام هم‌اکنون متعلق به شرکت Special Metals است. این محصول به خودی خود در زمره آلیاژهای گران‌قیمت قرار می‌گیرد و قیمت آن در برابر قیمت ورق استنلس استیل۳۰۴،۳۱۶و ۳۲۱ بسیار بیشتر است؛ به همین دلیل اگر نتوانیم از آلیاژ‌های کربنی با حدود یک سوم قیمت ‌آن‌ها استفاده کنیم ، به ناچار مونل یکی از مترال‌هاییست که در نهایت دست به دامن آن خواهیم شد. استفاده از آن تنها محدود به مواردی است که امکان به کارگیری جایگزین‌های ارزان‌تر وجود نداشته باشد، به عنوان مثال استفاده از مونل به جای فولاد کربنی برای لوله کشی هزینه‌ای سه برابری در پی خواهد داشت.

مونل یک محلول جامد دو جزئی است. با توجه به اینکه نیکل و مس با هر نسبتی در یکدیگر حل می‌شوند مونل یک آلیاژ تک فاز است. در مقایسه با فولاد، ماشین کاری مونل بسیار دشوار است، زیرا در اثر کار سختی بسیار سریع سخت می‌شود به همین علت ماشین کاری باید با سرعت چرخش و نرخ فید کمتری انجام شود. این آلیاژ در برابر خوردگی و اسیدها مقاوم است و برخی آلیاژهای آن می‌توانند در برابر آتش اکسیژن خالص مقاومت کنند. عموماً از این آلیاژ در شرایط به شدت خورنده استفاده می‌شود. این آلیاژ در فرم جامد غیر سمی است. با این حال، جوشکاری، سنگ زنی یا ذوب شدن ممکن است باعث ایجاد جوش‌های خطرناک یا گرد و غبار شود که می‌بایست از تماس یا استنشاق آن اجتناب کرد. برخی از مونل ها مغناطیسی هستند در حالی که برخی دیگر غیر مغناطیسی می‌باشند. آلیاژهایی که مجموع نیکل و مس موجود در واحد جرمشان از ۶۰ درصد بیشتر باشد کوپرنیکل خوانده می‌شوند. مونل از نیکل خالص قویتر بوده و در برابر عوامل متعددی نظیر جریان آب دریا که خاصیت خورندگی دارند، بیشتر عمر می‌کند. هدایت الکتریکی تقریباً ۳۴٪ IACS و سختی ۶۵ راکول اشاره کرد. برخلاف بسیاری از فلزات دیگری که در دمای پایین یخ زده و مقاومت خود را از دست می‌دهند ، خواص مکانیکی این محصول در دمای زیر صفر نیز خوب باقی مانده و حتی در برخورد با هیدروژن مایع نیز از یک حالت شکل پذیر و شکننده تعدی نمی کنند. در حالی که مونل یکی از محبوب‌ترین فلزات در بازار طی دهه ۱۹۲۰ – ۱۹۴۰ بوده‌است و برای تولید کالاهای خانگی مانند سینک ظرفشویی، رویه کابینت و غیره، تا حد زیادی استفاده می‌شد. از دهه ۱۹۵۰ با فولاد ضد زنگ به دلیل کم هزینه تر بودن فولاد جایگزین شد.

موارد کاربرد

حوزه هوافضا

در دهه ۱۹۶۰ آلیاژ مونل کاربرد عمده‌ای در ساخت هوایپما پیدا کرد، این آلیاژ به علت حفظ استحکام در برابر گرمای زیاد تولید شده توسط اصطکاک آیرودینامیکی در هنگام پرواز با سرعت بسیار بالا به‌طور ویژه در ساخت قاب و پوسته هواپیماهای موشکی آزمایشی مورد استفاده قرار می‌گرفت. البته استفاده از مونل برای حفظ شکل آیرودینامیکی منجر به افزایش وزن این هواپیماها شده بود. در تعمیر و نگهداری هواپیماها نیز از مونل برای سیم‌کشی ایمنی چفت و بست‌هایی که در معرض حرارت بالایی قرار دارند استفاده می‌شود، به جهت کاهش هزینه‌ها از سیم‌های فولاد ضدزنگ در نواحی با حرارت کمتر استفاده می‌شود.

حوزه تولید و تصفیه انواع روغن

از مونل در بخش‌های آلکیلاسیون که در تماس مستقیم با اسید هیدروفلوریک هستند استفاده می‌شود. مقاومت مونل در برابر غلظت‌های متفاوت هیدروفلوریک اسید در دماهای متفاوت فوق‌العاده است و شاید بتوان گفت مونل مقاوم‌ترین آلیاژ در میان آلیاژهای مهندسی است. همچنین این آلیاژ در برابر کاهش به وسیله انواع مختلف اسیدهای سولفوریک و هیدروکلریک مقاومت می‌کند.

حوزه دریا و زیر آب

مقاومت مونل در برابر خوردگی آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهایی مانند سیستم لوله کشی، شفت، دریچه‌های آب دریا، سیم‌های ماهیگیری و سبدهای صافی تبدیل کرده‌است. از برخی آلیاژهای مونل که کاملاً غیر مغناطیسی هستند برای ساخت کابل لنگر مین روب ها و محفظه نگهداری تجهیزات اندازه‌گیری میدان مغناطیسی استفاده می‌شود. در قایقرانی تفریحی از سیم مونل برای گرفتن قیدهای طناب لنگر استفاده می‌شود. از مونل در کاربردهای زیر دریا و همچنین برای ساخت مخازن آب و سوخت استفاده می‌شود. از این آلیاژ برای ساخت شفت ملخ‌ها و مهره ها نیز استفاده می‌شود. در قایق‌های معروف هابی‌کت از پیچ مونل به جای پرچ های فولاد ضد زنگ استفاده می‌شود تا از مشکلات خوردگی ناشی از مجاورت آب شور، فولاد و آلومینیوم به کار رفته در دکل، بوم و قاب قایق جلوگیری شود. به دلیل مشکلات الکترولیتی در آب شور در صورت استفاده از مونل در بدنه کشتی باید فلزات دیگر به خصوص فولاد را در برابر آن به دقت عایق بندی کرد؛ نیویورک تایمز در ۱۲ اوت ۱۹۱۵ مقاله‌ای درباره یک کشتی بادبانی ۲۱۵ فوتی با عنوان «اولین کشتی با بدنه‌ای کاملاً از جنس مونل» منتشر کرد که به دلیل تجزیه کف کشتی و خراب شدن اسکلت فولادی کشتی در اثر فعل و انفعالات الکتریکی با مونل فقط در عرض شش هفته قطعه قطعه شد و صاحبان آن مجبور به اسقاط کشتی شدند. در برنامه‌های تحقیقاتی انجام گرفته روی پرندگان دریایی از حلقه یا پلاک‌هایی از جنس مونل برای نشانه‌گذاری پرندگانی مانند آلباتروس که در محیط خورنده آب دریا زندگی می‌کنند استفاده می‌شود.

ساخت تجهیزات موسیقی

از مونل به عنوان ماده سازنده پیستون سوپاپ یا روتور در برخی آلات موسیقی با کیفیت مانند، توبا و کر استفاده می‌شود. در سال ۱۹۶۲ شرکت روتوساند (Rotosound) از مونل برای ساخت تارهای گیتار بیس الکتریکی استفاده کرد و این گیتارها توسط هنرمندان متعددی مانند استیو هریس (Steve Harris)، آیرن میدن (Iron Maiden)، دهو (The Who)، استینگ ( Sting)، جان دیکن (John Deacon)، جان پاول جونز (John Paul Jones) و کریس اسکوایر (Chris Squire) به کار گرفته شده‌است. مونل از اویل دهه ۱۹۳۰ توسط دیگر سازندگان تارهای موسیقی نیز مورد استفاده قرار می‌گرفت. به عنوان مثال شرکت گیتار گیبسون (Gibson Guitar Corporation) که ساز ماندولین (Mandolin) خود را با امضای سام بوش به فروش می‌رساند یا به عنوان نمونه‌ای دیگر شرکت سی.اف. مارتین (C.F. Martin) که از مونل در ساخت رشته‌های گیتار آگوستیک مارتین رترو (Martin Retro) استفاده کرده‌است، شرکت پیرامید (Pyramid) نیز تارهایی با نام «مونل کلاسیک» برای گیتارهای الکتریکی تولید می‌کند که روی یک هسته گرد پیچیده می‌شوند. در سال ۲۰۱۷ شرکت D’Addario از ویولنی رونمایی کرد که از سیم‌پیچ‌های مونل برای ساخت تارهای D و G آن استفاده شده بود.

کاربردهای دیگر

مقاومت خوب مونل در برابر خوردگی توسط اسیدها و اکسیژن آن را به ماده‌ای مناسب برای صنایع شیمیایی تبدیل کرده‌است. این آلیاژ توانایی مقاومت در برابر فلورایدهای خورنده را نیز دارد به همین دلیل به شکل گسترده برای غنی سازی اورانیوم در کارخانه Oak Ridge مورد استفاده قرار گرفت. در این کارخانه بیشتر لوله‌های قطور که برای انتقال هگزافلوراید اورانیوم مورد استفاده قرار می‌گیرند، از مونل ساخته شده‌اند. مثالی دیگر از کاربردهای مونل در صنایع شیمیایی ساخت رگولاتور برای محفظه گازهای واکنش‌پذیر مانند هیدروژن کلرید است، از این رگولاتور در مواردی استفاده می‌شود که نیاز به فشار انتقال بالایی داریم که در این صورت استفاده از تفلون (یا همان PTFE) امکان‌پذیر نمی‌باشد. بعضی از اوقات برای محافظت بیشتر از رگولاتور آن را با استفاده از گاز خشک بی‌اثر که به وسیله یک مانیفولد از جنس مونل تأمین می‌شود شستشو می‌دهند. در اوایل قرن ۲۰، هنگامی که از نیروی بخار به‌طور گسترده استفاده می‌شد، مونل به عنوان گزینه مطلوب برای استفاده در سیستم‌های بخار بسیار داغ مورد تبلیغ قرار گرفت. در طول جنگ های جهانی، ارتش آمریکا از مونل برای نشانه‌گذاری سگ های ارتش استفاده می‌کرد. همچنین از این آلیاژ برای نگه داشتن محفظه احتراق در دیگ بخار لوله آتشین استفاده شده‌است. قسمت‌هایی از ساعت Long Now؛ که قرار است تا ۱۰٬۰۰۰ سال دیگر کار کند، از جنس آلیاژ مونل ساخته شده‌است تا بدون استفاده از فلزات گرانبها از خوردگی محافظت شوند.

از مونل برای ساخت بیشتر قطعات داخلی کلیسای جامع Bryn Athyn واقع در ایالت پنسیلوانیا استفاده شده‌است، این قطعات شامل صفحات بزرگ تزئینی، دستگیره‌های در و غیره است. همچنین از این آلیاژ برای ساخت سقف ایستگاه پنسیلوانیا (یک ایستگاه قطار در نیویورک) استفاده شده‌است. خودروی آکورا ان اس ایکس ۱۹۹۱–۱۹۹۶ با کلیدی از جنس مونل به مشتریان عرضه شد. در میدان‌های نفتی از تجهیزاتی مانند مغناطیس سنج و قطب نما برای جهت‌یابی استفاده می‌شود، برای جلوگیری از ایجاد خطا در نتایج این تجهیزات توسط ابزارهای حفاری آنها را در یقه‌های غیر مغناطیسی قرار می‌دهند که امروزه به نام «یقه مونل» شناخته می‌شود چرا که مونل اولین ماده‌ای بود که به این منظور مورد استفاده قرار گرفت. مونل توسط شرکت .Arrow Fastener Co برای منگنه های T50 ضدزنگ استفاده می‌شود. از مونل در یخچال های کلویناتور (Kelvinator) نیز استفاده شده‌است. مونل در دهه ۱۹۳۰ در دستگاهی به نام Baby Alice Thumb Guard که برای جلوگیری از مکیدن انگشت شست اختراع شده بود مورد استفاده قرار گرفته‌است.

 


معرفی آلیاژهای مونل و مشخصات

به طور کلی شش نوع آلیاژ مونل وجود دارد. همه این آلیاژها حاوی درصد زیادی نیکل (تا ۶۷٪) هستند، در حالی که مقدار کمتری آهن، منگنز، کربن یا سیلیکون وجود دارد. مونل آلیاژ نیکل ـ مس بوده که از طریق اعمال کارسرد (عملیاتی نظیر نورد سرد) سخت می­ شود. آلیاژ مورد بحث در سایر محیط ­های خورنده مقاومت به خوردگی عالی داشته و استحکام بالایی نیز دارد. آلیاژهای مونل به زیرگروه­ های مختلفی اعم از: Monel 400، Monel 401، Monel 404، Monel R405، Monel 450 و Monel K500 تقسیم می­ شوند. از جمله متریال پر مصرف در صنعت کشور ورق مونل ۴۰۰ است که در ضخامت و ابعاد مختلف از جمله میلگرد مونل ۴۰۴ ، لوله مونل ۴۰۱ و دیگر آلیاژ های آن و شیر مونل و اتصالات و فلنج مونل موجود هستند که از نظر ظاهر شبیه انواع آلیاژ استنلس استیل می باشد.

monel 400

استاندارد : UNS Number N04400

آلیاژ مونل ۴۰۰ در طیف وسیعی از محیط‌های اسیدی و قلیایی از استحکام و مقاومت به خوردگی بسیار بالایی برخوردار است، همچنین دارای شکل پذیری و هدایت حرارتی و جوشکاری ( قوس تنگستن ) مناسبی است. از ویژگی­ های برجسته این آلیاژ حفظ خواص مکانیکی در گستره­ دمایی وسیع می ­باشد، به ­طوری که مونل می ­تواند تا دمای ۵۳۸ درجه سانتی گراد در محیط­ های اکسیدکننده و در دماهای بالاتر در یک محیط احیا کننده به­ کار رود. مونل ۴۰۰ تنها با کارسرد سخت می شود. ساختار آلیاژ مونل ۴۰۰ پس از کشش سرد و تابکاری در یک فرایند پیوسته در دمای ۸۲۹ درجه سانتی گراد شامل محلول جامد همراه مقدار کمی آخال ­های غیرفلزی نامشخص می ­باشد. بخش عمده‌ای از آلیاژ ۴۰۰ در واحدهای آلکیلاسیون استفاده می‌شود. این آلیاژ در قسمت‌هایی که در تماس مستقیم با هیدروفلوریک اسید هستند به کار می‌رود. به‌طور معمول مونل از فولاد ضد زنگ بسیار گران‌تر است. همچنین مقرون به­ صرفه بودن و تولید نسبتاً آسان در مقایسه با دیگر آلیاژهای هم رده سبب شده است آلیاژهای مونل ۴۰۰ متمایز از دیگر آلیاژها شوند. مونل به شکل­های صفحه، ورق، تیوب ومورد استفاده قرار می­ گیرند. مونل ۴۰۰ دارای خواص مکانیکی عالی در دمای زیر صفر است. با کاهش دما استحکام و سختی این آلیاژ افزایش پیدا کرده و شکل پذیری آن دچار اختلال جزئی می‌شود. این آلیاژ حتی در دمای هیدروژن مایع نیز دچار تغییر شکست نرم به ترد نمی‌شود. این ویژگی باعث ایجاد تضادی قابل توجه میان مونل و بسیاری از فلزات فرریتی شده‌است که در دمای پایین با وجود استحکام بالا شکننده‌اند. جدول زیر خواص مکانیکی مونل ۴۰۰ را نشان می دهد.

monel 401

آلیاژ ۴۰۱ برای استفاده در کاربردهای الکتریکی و الکترونیکی تخصصی طراحی شده‌است. شکل های معمول این آلیاژ، نوار و سیم است. چگالی مونل ۴۰۱ برابر است با ۸.۸۹  گرم بر سانتی متر مکعب. این آلیاژ به راحتی توسط جوشکاری تنگستن ـ گاز خنثی ( جوش آرگون ) جوش داده می‌شود.جوشکاری مقاومت یک روش رضایت بخش برای این آلیاژ است. همچنین این آلیاژ برای لحیم کاری نیز مناسب است.

monel 404

آلیاژ ۴۰۴ در درجه اول در کاربردهای الکتریکی و  الکترونیکی تخصصی و کپسول ­های ترانزیستوری استفاده می‌شود. مونل ۴۰۴ دارای محتوای مس نسبتا بالا است. ترکیب و نسبت عناصر داخل این آلیاژ با دقت بالایی تعیین شده تا دمای نقطه کوری پایین، نفوذپذیری کم و ویژگی لحیم کاری مناسبی را فراهم کند. چگالی مونل ۴۰۴ برابر است با ۸.۹۱ گرم بر سانتی متر مکعب. مونل ۴۰۴ را می‌توان با تکنیک‌های رایج جوشکاری جوش داد، اما امکان اعمال کار گرم روی آن وجود ندارد. برای رسیدن به نتیجه نهایی بهتر می‌توان با استفاده از ابزار استاندارد، کار سرد بر قطعه اعمال کرد.

monel 405

آلیاژ ۴۰۵ نسخه دیگری از آلیاژ ۴۰۰ است که برای ماشین کاری بهینه‌سازی شده‌ است، مقادیر نیکل، کربن، منگنز، آهن، سیلیسیم و مس در این آلیاژ مشابه آلیاژ ۴۰۰ است اما مقدار گوگرد آن از حداکثر ۰٫۰۲۴٪ به ۰٫۰۲۵–۰٫۰۶۰٪ رسیده‌است. این آلیاژ عمدتاً برای تراشکاری استفاده می‌شوند و استفاده از آن‌ها در موارد دیگر توصیه نمی‌شود. گوگرد در این آلیاژ نقش براده شکن را ایفا می‌کند اما کیفیت نهایی سطح ایجاد شده مانند آلیاژ ۴۰۰ بالا نیست.

monel R-405

استاندارد : UNS Number N04405

نسخه دیگری از آلیاژ ۴۰۰ است که ماشین کاری و شکل پذیری عالی از خود نشان داده‌است. این آلیاژ دارای مقدار کنترل شده‌ای از گوگرد است تا اجزا مانند براده شکن در ماشین کاری عمل کنند. ریزساختار این آلیاژ شامل محلول جامد است که ذرات سولفیدی نیز در آن دیده می شود. این آلیاژ مانند مونل ۴۰۰ دارای مقاومت خوبی در برابر آب دریا، بخارهای داغ و محلول‌های نمکی و سوزاننده از خود نشان می‌دهد. همچنین این آلیاژ نیکل دارای ویژگی‌هایی مانند قابلیت جوشکاری مناسب ( قوس تنگستن ) و استحکام بالا است. مونل ۴۰۵-R یک محلول جامد است که تنها با مکانیزم‌های بر پایه کار سرد سخت می‌شود. میزان کم خوردگی این فلز در جریان سریع آب شور، مقاومت عالی در برابر تنش-خوردگی در آب شیرین و مقاومت آن در برابر اکثر مواد خورنده استفاده گسترده از آن را در صنایع دریایی توجیه می‌کند. از کاربردهای آلیاژ ۴۰۵ می توان به استفاده از آنها در دستگاه پیچ برای ساختن اتصالات و قسمت های آب سنج کنتورها اشاره کرد.

monel 450

آلیاژ ۴۵۰ مقاومت به خستگی خوبی از خود نشان می‌دهد و هدایت گرمایی نسبتاً بالایی دارد. از این آلیاژ برای کندانسورهای آب دریا، صفحات کندانسور، لوله‌های تقطیر، لوله‌های مبدل حرارتی و لوله‌کشی آب شور استفاده می‌شود.

monel k500

استاندارد : UNS Number N04400

آلیاژ ۵۰۰ مقاومت به خوردگی بالاتری نسبت به آلیاژ مونل۴۰۰ دارد. افزودن مقادیر کمی از آلومینیوم و تیتانیوم منجر به ایجاد آلیاژ ۵۰۰ می‌شود که علاوه بر مقاومت به خوردگی ذکر شده دارای استحکام بالاتری است و با عملیات حرارتی در شرایط کنترل شده باعث پیدایش ذرات میکروسکوپی (Ni۳(Ti,Al در سراسر ماتریس می‌شود. این استحکام بالاتر به علت استحاله فاز گاما پرایم در فرایند پیرسختی به دست می‌آید. آلیاژ ۵۰۰ که عملیات پیرسختی روی آن انجام شده‌است دارای گرایش بیشتری به ترک خوردن در تحت تنش ـ خوردگی در بعضی از محیط‌ ها است اما دیگر ویژگی‌های مقاومت به خوردگی آن درست مشابه آلیاژ ۴۰۰ است. روش جوشکاری قوس تنگستن می باشد. این آلیاژ در برابر گاز ترش نیز از خود مقاومت نشان می‌دهد. وجود ویژگی‌هایی از جمله مقاومت به خوردگی بالا در برابر جریان سریع آب دریا و استحکام بالا در این آلیاژ باعث شده که به گزینه مناسبی برای شفت پمپ‌های گریز از مرکز در صنایع دریایی بدل شود.

 ویژگی‌ها و مزایای آلیاژ مونل:

از مهم ­ترین ویژگی­های آلیاژهای مونل می­ توان به موارد ذیل اشاره نمود:

  • ضریب انبساط حرارتی کمی دارند.
  • به راحتی می­ تواند جوشکاری شود.
  • مقاومت بالا در برابر مواد و محیط قلیایی
  • استحکام آلیاژهای مونل از اکثر فولادها بیشتر است.
  • انعطاف ­پذیر و قابلیت مالیبل و چکش خوار بودن بالایی دارند.
  • ظاهر و اتمام های جذاب ، از جمله پتینه خاکستری سبز شبیه به مس
  • در دسترس بودن به اشکال مختلف از جمله ورق مونل ، صفحه مونل ، لوله مونل ، پروفیل مونل ، میلگرد مونل
  • مقاومت بسیار بالا در مقابل خوردگی، زنگ زدگی و محیط های اسیدی از جمله اسید هیدروفلوریک، فلوئورین و سولفوریک اسید دارند.
  • حفظ مقاومت مکانیکی این آلیاژ در گستره وسیع دمایی از فوق سرد (کرایوژنیک) تا ۵۵۰ درجه سانتی گراد می باشد. مونل ۴۰۰ در تماس با اسید سولفوریک نیز مقاومت به خوردگی مناسبی از خود نشان می دهد. اما این مقاومت به خوردگی محدود به دما و غلظت اسید سولفوریک است. در دمای اتاق غلظت اسید از ۸۰ درصد نباید تجاوز کند.
معایب آلیاژ مونل:
  • قابلیت ماشین کاری این آلیاژها به دلیل تمایل آن‌ها به کار سخت شدن سریع، ضعیف است.
  • اگرچه در برابر خوردگی مقاوم است، در صورت قرار گرفتن در معرض آب نمک ممکن است، دچار خوردگی حفره‌ای شود.
  • آلیاژ مونل در حالی که تغییر رنگ سطح به شکل پتینه ممکن است در برخی شرایط جذاب باشد ، اما در برخی موارد می تواند مشکلاتی را ایجاد کند.
  • وجود آلیاژ مونل می‌تواند منجر به خوردگی گالوانیک شود. به عبارت دیگر، اگر از آلومینیوم، روی یا آهن به عنوان اتصال دهنده‌های آلیاژ مونل استفاده شود و سپس در معرض محیط خاصی قرار بگیرد، اتصال دهنده‌های فلزی به سرعت دچار خوردگی می‌شوند.
  • اگرچه در بسیاری از مواقع مقاوم به خوردگی است، هنگام قرار گرفتن در معرض مواد خاصی ممکن است دچار خوردگی شود. به عنوان مثال، اکسید نیتریک، اسید نیتروژن، دی اکسید گوگرد و هیپوکلریت‌ها همه موادی هستند که می‌توانند مونل را تخریب کنند.

کاربرد اصلی

تلفیق استحکام بالا و همچنین مقاومت به خوردگی مناسب، سبب شده که در صنایع مختلف از آلیاژهای مونل استفاده شود. از آلیاژ Monel 400 در محدوده وسیعی از صنایع و به خصوص ساخت تجهیزات دریایی و همچنین تجهیزات صنایع شیمیایی استفاده می­ شود. از مرسوم ­ترین تجهیزاتی که از جنس آلیاژ Monel ساخته می­ شوند می­ توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • فنرها
  • اتصالات
  • پمپ­ ها
  • شفت ­ها
  • انواع لوله­ ها
  • مبدل­ های حرارتی
  • قطعات الکترونیکی
  • تجهیزات صنایع شیمیایی
  • ساخت مفتول و کابل مونل
  • مخازن نگه­داری گازوئیل و آب شیرین

 آنالیز ترکیب شیمیایی آلیاژ  Monel 400 و monel 500

 

در Monel 500 آلومینیوم (Al) و تیتانیوم (Ti) نسبت به Monel 400 به ترکیب افزوده شده است که سبب افزایش استحکام خواهد شد.

 

خواص فیزیکی

استانداردهای آلیاژ

monel 500

monel 400

روش تولید

آلیاژ Monel 400 از اغلب فولادها نرم ­تر بوده و به راحتی می­ تواند به هر شکلی در بیاید. انتخاب محدوده دمایی مناسب جهت تغییرشکل و نورد بسیار مهم است. محدوده دمایی گزارش شده برای تغییرشکل گرم آلیاژ مونل ۸۰۰ تا C° ۱۲۰۰ گزارش شده است از این حیث محدوده دمایی کار گرم برای آلیاژ Monel وسیع­تر از دیگر سوپرآلیاژها است. در کاهش ضخامت­ های زیاد حین فرآیند نورد گرم بهتر است فرآیند مذکور در محدوده دمایی ۹۲۶ تا C° ۱۱۷۶ انجام شود. همچنین گزارش شده است که نگهداری طولانی مدت در دمای نورد مضر است. این محصولات با روش‌های سردکاری، گرم‌کاری، ماشینکاری و جوشکاری ساخته می‌شوند.

خواص کششی

خواص کششی آلیاژ Monel 400 در جدول ارائه شده است. آلیاژ Monel 400 می­تواند استحکام مناسبی را در دماهای زیر صفر درجه از خود نشان دهد که جلوتر به مقادیر آن اشاره خواهد شد. این نتایج پس از عملیات آنیل انحلالی در محدوده دمایی مشخص از آلیاژ گرفته شده است. آلیاژ Monel 500 قابلیت این را دارد که با عملیات رسوب سختی افزایش استحکام دهد. عملیات رسوب سختی در محدوده دمایی مشخص و زمان معین انجام می­ شود. بنابراین نتایج تست کشش برای آلیاژ Monel 500 پس از عملیات رسوب سختی گزارش شده است. همان­طور که ملاحظه می­شود آلیاژ Monel 500 استحکام بیشتری نسبت به Monel 400 دارد.

برعکس بیشتر آلیاژهای آهنی که در دماهای پایین ترد می­ شوند، آلیاژهای مونل حتی در دماهای پایین (در محیط­ های هیدروژن مایع) نیز دچار ترد شکنندگی نمی­ شوند. جدول زیر نیز نتایج خواص کششی آلیاژ Monel 400 را در دماهای پایین نشان می­ دهد.

ریخته گری

آلیاژ های ریخته گری نیکل – مس

مطابق استاندارد A494 آلیاژهای این گروه M-35-1 ، M-35-2 ،‌ M-30H ، M25S و M-30C می‌باشند. آلیاژهایی که سیلیسیم کمتر از ۲% معمولاً همراه با آلیاژهای نیکل – مس و مس – نیکل کار شده در پمپها، والوها و اتصالات ریختگی جهت مقاومت به خوردگی به کار می‌روند. آلیاژ M35-1 معادل  متریال کار شده مونل ۴۰۰ (UNS N04400) پرکاربرد ترین آلیاژ این گروه می باشد.

مطابق استاندارد ASTM A494 آلیاژ M35-1 بدون عملیات حرارتی و با ساختار ریختگی قابل استفاده می باشد. عملیات حرارتی یکنواخت سازی برای قطعات با مقاطع ضخیم و مقدار آهن نزدیک به حد بالای ترکیب شیمیایی می تواند باعث افزایش مقاومت به خوردگی گردد. عملیات حرارتی هموژن سازی معمولا در دمای ۸۲۰ تا ۹۳۰ درجه سانتی گراد انجام می گردد.

مونل ۴۰۰ در محیط های احیایی مقاومت به خوردگی عالی دارد ولی به علت عدم وجود کرم در اسید نیتریک و در حضور یون های فریک، کوپریک و حتی اکسیژن در اسید کلریدریک سرعت خوردگی افزایش می یابد.

در ریخته گری مونل با توجه به تاثیر شدید گوگرد در مقاومت به خوردگی و خواص مکانیکی این آلیاژ، آشنایی با تکنیک های تصفیه مذاب و حذف گوگرد اهمیت زیادی دارد. همچنین با توجه به جذب گازهای هیدروژن و نیتروژن گاز زدایی مناسب در تولید قطعات سالم حایز اهمیت می باشد.

جوشکاری

در حالت جوش تماس این آلیاژ با محلول اسید سولفوریک با غلظت بیش از ۱۵ درصد مجاز نیست. جوشکاری فلز مونل نیز بسیار راحت و قابل دسترس می باشد به گونه ای که همانند سایر آلیاژ های استنلس استیل مانند استیل ۳۰۴ و استنلس استیل ۳۱۶ و سایر استنلس استیل های نسوز قابل جوشکاری با الکترود های پوشش دار می باشد و این نکته باید در نظر گرفنه شود که در ضخامت های زیر ۵.۱ میلیمتر نباید از جوشکاری قوس الکتریکی استفاده نمود چراکه باعث گرمای بیش از حد و ذوب ناحیه جوشکاری می گردد. همچنین در جوشکاری با الکترود های پوشش دار می بایست از الکترود با پوشش ضخیم استفاده نمود .

آلیاژ Monel 400 را می ­توان با خودش یا دیگر فلزات غیر متشابه جوشکاری نمود. برای جوشکاری تحت گاز محافظ (SMAW)، از الکترود ۱۹۰ استفاده می­ شود. همچنین الکترودهای ۱۴۱ و الکترود ۱۱۲ نیز از دیگر الکترودهای پیشنهادی برای جوشکاری آلیاژ Monel 400 است. جدول زیر خواص کششی آلیاژ Monel 400 جوشکاری شده با الکترود ۱۹۰ را نشان می ­دهد. همچنین آلیاژ Monel 500 را نیز می­ توان به روش­ GTAW جوشکاری کرد. از فیلر Monel 60 برای جوشکاری این آلیاژ استفاده می­ شود. شایان ذکر است قطعات بهم جوش خورده قابلیت رسوب سخت شدن (افزایش استحکام) را ندارند، بنابراین قاعدتاً استحکام فلز پایه را ندارند. چنانچه اتصالاتی با استحکام بالا مدنظر باشد، می­ بایست از فیلرهایی استفاده شود که تطابق بیشتری با فلز پایه داشته باشند.

ماشین کاری

ماشین کاری به ­طورکلی آلیاژهای نیکل سختی بالایی دارند یا به­ عبارتی ماشین کاری آن­ها به راحتی انجام نمی­ شود. ضریب هدایت حرارتی اندک نیز دلیلی بر آن است که ماشین کاری آلیاژهای نیکلی به راحتی انجام نشود. در این بخش مقایسه ­ای بین قابلیت ماشین کاری آلیاژ Inconel 625، Inconel 718 و Monel 400 انجام می­ شود که قابلیت ماشین کاری آن­ها بهتر درک شود. ملاحظه می­ شود که تحت شرایط یکسان برش (سرعت ابزار برش، خوراک برداری و عمق برش)، آلیاژ Monel 400 در دماهای مختلف عملکرد بهتری نسبت به دیگر آلیاژهای نیکلی نظیر Inconel 625 و Inconel 718 دارد. علت آن هم وجود عناصر آلیاژی کمتر مانند کروم، تنگستن، مولیبدن ودر آلیاژ Monel 400 نسبت به دیگر آلیاژها است.