Hợp kim dựa trên Niken Monel 400

Hợp kim Monel là hợp kim gốc Ni, thành phần hóa học chính là niken (Ni), hàm lượng cao nhất lên tới 67%, thành phần hóa học chính còn lại là đồng (Cu), ngoài ra còn chứa một lượng nhỏ sắt (Fe) , mangan (Mn) và carbon (C), silicon (Si) và các nguyên tố khác.

Độ bền của hợp kim Monel cao hơn niken nguyên chất và nó có thể chịu được sự ăn mòn của nhiều môi trường khác nhau, bao gồm cả nước biển chảy nhanh. Các phương pháp gia công hợp kim Monel bao gồm gia công nóng, gia công nguội, gia công và hàn.

Năm 1901, Robert Crooks Stanley, nhà luyện kim tại Công ty Niken Quốc tế (INCO), đã tạo ra hợp kim Monel.

Nguồn gốc của tên hợp kim Monel được dựa trên thông tin để tỏ lòng tôn kính với chủ tịch công ty lúc bấy giờ là Ambrose Monell (Ambrose Monell). Sau này, ông Stanley còn giữ chức Chủ tịch Tập đoàn Niken Quốc tế. Hợp kim Monel đã được cấp bằng sáng chế vào năm 1906.

Hợp kim Monel là một hợp kim đắt tiền có giá gấp 5-10 lần đồng nguyên chất và niken nguyên chất. Do đó, nó chỉ được sử dụng trong các ứng dụng không thể thay thế bằng các giải pháp thay thế rẻ tiền.

 

Thành phần hóa học và tính chất cơ học của hợp kim Monel 400 (N0440):

 

Thành phần hóa học của hợp kim Monel 400 (%)
C ≤	Si ≤	Mn ≤	P ≤	S ≤	Cr ≥	Ni ≥	Mo ≥	Cu ≤
0,3	0,5	2	-	0,024	-	63	-	28,0-34,0
Người khác	N ≤	A l<	Ti ≤	F e<	Co ≤	V ≤	W ≤	Nb ≤
	-	-	-	2,5	-	-	-	-

1. Độ bền kéo của hợp kim Monel 400 (N04400): σb ≥ 450 Mpa.
2. Cường độ năng suất hợp kim Monel 400 (N04400): σb ≥ 170 Mpa.
3. Độ giãn dài của hợp kim Monel 400 (N04400): δ ≥ 30%.

 

Tính chất của hợp kim Monel

Hợp kim Monel là một hợp kim nhị phân dung dịch rắn. Vì Ni và Cu hòa tan với nhau nên nó cũng là hợp kim một pha. So với thép, việc gia công hợp kim Monel khó khăn hơn, chủ yếu là do đặc tính làm cứng nhanh của nó. Nó đòi hỏi phải quay ở tốc độ thấp và tốc độ tiến dao thấp.

Mật độ của hợp kim Monel 400 là 8,80 g / cm3, nhiệt độ nóng chảy là 1300 ~ 1350 ° C, độ dẫn điện khoảng 34% IACS (IACS đề cập đến Độ dẫn tiêu chuẩn quốc tế của Đồng được ủ) và giá trị độ cứng được ủ là 65 HRB. Hợp kim Monel 400 nổi tiếng về độ dẻo dai và có thể duy trì độ bền này trong một phạm vi nhiệt độ đáng kể.

Nó có thể chịu được sự ăn mòn của các loại axit và kiềm khác nhau, và một số hợp kim Monel thậm chí có thể chịu được quá trình đốt cháy oxy nguyên chất. Nó thường được sử dụng trong môi trường có tính ăn mòn cao. Hợp kim Monel K-500 được hình thành sau khi thêm một lượng nhỏ nhôm (Al) và titan (Ti) có khả năng chống ăn mòn tương tự như hợp kim Monel 400 nhưng độ bền cao hơn, chủ yếu là do hình thành pha γ' trong quá trình xử lý lão hóa. Trong trường hợp bình thường, hợp kim Monel đắt hơn nhiều so với thép không gỉ.

Hợp kim Monel 400 cũng có thể duy trì các tính chất cơ học tuyệt vời dưới 0. Mặc dù độ bền và độ cứng sẽ tăng lên nhưng độ dẻo hoặc độ dẻo dai sẽ chỉ giảm nhẹ. Ngay cả khi nó được làm mát bằng hydro lỏng, hợp kim sẽ không trải qua quá trình chuyển đổi dẻo sang giòn. Đây là điểm khác biệt đáng kể nhất giữa hợp kim Monel và vật liệu kim loại màu (thép và sắt) có độ giòn ở nhiệt độ thấp.

Hợp kim Monel có khả năng chống ăn mòn tốt trong nhiều môi trường nhưng dễ bị rỉ sét khi tiếp xúc với nước muối; nó không thể chịu được sự ăn mòn của môi trường chứa oxit nitric, axit nitric, sulfur dioxide và hypochlorite. Việc sử dụng hợp kim Monel cũng sẽ gây ra hiện tượng ăn mòn điện hóa. Nói cách khác, khi các ốc vít làm bằng nhôm, kẽm hoặc sắt tiếp xúc với hợp kim Monel, trong một số điều kiện nhất định (chẳng hạn như sử dụng trong môi trường nước biển chảy xiết), các chi tiết buộc chặt bằng kim loại sẽ bị ăn mòn nhanh chóng.

 

Công dụng của hợp kim Monel

Hàng không vũ trụ
Vào những năm 1960. Hợp kim Monel đã giành được một số lượng lớn đơn đặt hàng trong lĩnh vực vũ trụ và chế tạo máy bay. Đặc biệt được sử dụng để chế tạo thân máy bay và vỏ của máy bay phản lực thử nghiệm. Ví dụ, X-15 của Bắc Mỹ có thể được sử dụng để chịu được lượng nhiệt lớn sinh ra do ma sát khí động học trong chuyến bay cực nhanh. Hợp kim Monel vẫn có thể duy trì độ bền ở nhiệt độ cực cao, cho phép nó duy trì sự ổn định hình dạng ở tốc độ bay trong khí quyển cao. Trong quá trình bảo trì máy bay, hợp kim Monel được sử dụng làm dây khóa ở khu vực có nhiệt độ cao để đảm bảo các dây buộc được khóa chặt; vì lý do kinh tế, dây khóa inox thường được sử dụng ở các khu vực khác.

Khai thác và tinh chế dầu
Monel được sử dụng để chế tạo các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với axit flohydric đậm đặc trong thiết bị alkyl hóa. Khả năng chống ăn mòn axit hydrofluoric đặc biệt của hợp kim Monel là đáng kinh ngạc. Nó có thể chịu được mọi nồng độ axit hydrofluoric và nhiệt độ có thể đạt đến điểm sôi của axit hydrofluoric. Đây có thể là vật liệu có khả năng chống ăn mòn tốt nhất trong số các vật liệu hợp kim kỹ thuật được sử dụng phổ biến. Hợp kim Monel cũng có thể chịu được sự ăn mòn của các loại sunfua và axit clohydric khác nhau trong môi trường khử.

Kỹ thuật hàng hải
Khả năng chống ăn mòn của hợp kim Monel làm cho nó trở thành vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng hàng hải, chẳng hạn như hệ thống đường ống, trục bơm, van biển, dây câu kéo và bộ lọc giỏ. Một số hợp kim Monel hoàn toàn không có từ tính và được sử dụng để chế tạo cáp neo cho tàu quét mìn và vỏ cho thiết bị đo từ trường. Trên du thuyền, dây hợp kim Monel được dùng để khóa cùm cáp neo. Hợp kim Monel cũng được sử dụng để chế tạo thùng chứa nước, thùng nhiên liệu và các thiết bị dưới nước khác, chẳng hạn như trục chân vịt và bu lông sống tàu.

Cần lưu ý rằng do vấn đề ăn mòn điện hóa (ăn mòn lưỡng kim) trong nước biển nên hợp kim Monel phải được cách ly với các kim loại khác (như thép) trong quá trình đóng tàu. Tờ New York Times xuất bản ngày 25 tháng 8 năm 1915. Một bài báo trên tờ ”đưa tin về vụ tai nạn của một chiếc du thuyền dài 215 foot: “Chiếc du thuyền đầu tiên có thân tàu được làm hoàn toàn bằng hợp kim Monel đã bị biến thành nhiều mảnh chỉ sau sáu tuần và đã bị phá hủy. buộc phải phế liệu”. Do ăn mòn điện hóa, kết cấu thép của du thuyền nhanh chóng bị xói mòn và mỏng đi sau khi tiếp xúc với hợp kim Monel, cuối cùng dẫn đến sự sụp đổ của đáy du thuyền. Trong nghiên cứu về chim biển, đặc biệt là việc lựa chọn chất liệu làm vòng nhận dạng chân chim, vòng nhận dạng chân chim làm bằng hợp kim Monel đã được sử dụng ở nhiều loại chim biển, chẳng hạn như hải âu sống trong môi trường nước biển có tính ăn mòn.

Nhạc cụ
Hợp kim Monel được sử dụng để chế tạo một số piston hoặc cánh quạt van của nhạc cụ chất lượng cao, chẳng hạn như kèn nhỏ, lớn và Pháp. RotoSound đã sử dụng hợp kim Monel để làm dây đàn guitar điện vào năm 1962. Loại dây này được nhiều nghệ sĩ sử dụng. Năm 2017, hãng dây D'Addario (hãng dây D'Addario) cho ra mắt bộ sản phẩm dây đàn violin cũng là loại dây quấn tròn có vết thương bằng hợp kim Monel trên dây D và G.

 

Công dụng khác
Thẻ nhận dạng làm bằng hợp kim Monel (Thẻ chó dành cho lính Mỹ trong Thế chiến II)

Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời đối với các loại axit và oxy khác nhau khiến hợp kim Monel trở thành vật liệu chất lượng cao trong ngành hóa chất. Các tình huống sử dụng khác như:
1. Làm giàu uranium, hầu hết các đường ống có đường kính lớn được sử dụng cho uranium hexafluoride đều được làm bằng hợp kim Monel;
2. Van điều chỉnh áp suất cao và khí đóng chai phản ứng mạnh (như HCl);
3. Đầu thế kỷ XX, hợp kim Monel được sử dụng rộng rãi trong hệ thống hơi quá nhiệt của bộ tạo hơi nước;
4. Hợp kim Monel cũng thường được sử dụng để làm bồn rửa nhà bếp và khung kính;
5. Buồng đốt dùng làm ống đánh lửa nồi hơi;
6. Tuổi thọ thiết kế của Đồng hồ Long Now là 10.000 năm. Với tiền đề là không sử dụng kim loại quý, một số bộ phận của đồng hồ được làm bằng vật liệu hợp kim Monel dựa trên mối lo ngại về khả năng chống ăn mòn.