Hợp kim dựa trên niken 400 Monel

Hợp kim Monel là một hợp kim dựa trên Ni, thành phần hóa học chính của nó là niken (Ni), hàm lượng cao nhất lên đến 67%, thành phần hóa học chính khác là đồng (Cu), ngoài ra còn chứa một lượng nhỏ sắt (Fe) , mangan (Mn) và cacbon (C), silic (Si) và các nguyên tố khác.

Độ bền của hợp kim Monel cao hơn so với niken nguyên chất và nó có thể chịu được sự ăn mòn của các phương tiện khác nhau, kể cả nước biển chảy xiết.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, một nhà luyện kim tại Công ty Niken Quốc tế (INCO), đã tạo ra hợp kim Monel.

Nguồn gốc của cái tên hợp kim Monel dựa trên thông tin nhằm tri ân chủ tịch công ty lúc bấy giờ là Ambrose Monell (Ambrose Monell).Sau đó, ông Stanley cũng từng là chủ tịch của International Nickel Corporation.Hợp kim Monel đã được cấp bằng sáng chế vào năm 1906.

Hợp kim Monel là 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 mà nó không thể bị thay thế bởi các lựa chọn 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
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 chảy của hợp kim Monel 400 (N04400): σb ≥ 170 Mpa.
3. Độ giãn dài 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 vào nhau nên nó cũng là hợp kim một pha.So với thép, việc gia công hợp kim Monel rất khó, chủ yếu là do đặc tính gia công nhanh của nó.Nó yêu cầu quay ở tốc độ thấp và tốc độ cấp liệu thấp.

Mật độ của hợp kim Monel 400 là 8,80 g / cm3, phạm vi nhiệt độ nóng chảy là 1300 ~ 1350 ° C, độ dẫn điện khoảng 34% IACS (IACS đề cập đến Độ dẫn điện tiêu chuẩn quốc tế của đồng 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 dẻo dai 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 sự đốt cháy oxy nguyên chất.Nó thường được sử dụng trong môi trường ăn mòn cao.Hợp kim Monel K-500 được hình thành sau khi thêm một lượng nhỏ nhôm (Al) và titan (Ti) có cùng khả năng chống ăn mòn như hợp kim Monel 400 nhưng độ bền cao hơn, điều này chủ yếu là do sự hình thành của γ'phase trong quá trình xử lý lão hóa.Trong những 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 đặc tính cơ học tuyệt vời dưới mức không.Mặc dù độ bền và độ cứng sẽ tăng lên, nhưng độ dẻo hoặc độ dai chỉ giảm đi một chút.Ngay cả khi nó được làm nguội trong hydro lỏng, hợp kim sẽ không trải qua quá trình chuyển đổi dẻo-giòn.Đây là sự khác biệt đáng kể nhất giữa hợp kim Monel và các vật liệu kim loại đen (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 gỉ khi tiếp xúc với nước muối;nó không thể chịu được sự ăn mòn của môi trường có chứa oxit nitric, axit nitric, lưu huỳnh đioxit và hypoclorit.Việc sử dụng hợp kim Monel cũng sẽ gây ra hiện tượng ăn mòn điện hóa.Nói cách khác, khi các chốt 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), kim loại xiết các chi tiết sẽ bị ăn mòn nhanh chóng.

 

Công dụng của hợp kim Monel

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

Khai thác và lọc dầu
Monel được sử dụng để chế tạo các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với axit flohydric đậm đặc trong đơn vị alkyl hóa.Khả năng chống ăn mòn axit flohydric đặc biệt của hợp kim Monel là đáng kinh ngạc.Nó có thể chịu được tất cả các nồng độ của axit flohydric, và nhiệt độ có thể đạt đến điểm sôi của axit flohydric.Đây có thể là vật liệu có khả năng chống ăn mòn tốt nhất trong số các vật liệu hợp kim kỹ thuật thường được sử dụng.Hợp kim Monel cũng có thể chịu được sự ăn mòn của các sulfua 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 cá và bộ lọc rổ.Một số hợp kim Monel hoàn toàn không có từ tính, và được sử dụng để làm cáp neo cho tàu quét mìn và vỏ cho thiết bị đo từ trường.Trên du thuyền, dây hợp kim Monel dùng để khóa cùm cáp neo.Hợp kim Monel cũng được sử dụng để chế tạo thùng chứa nước và thùng nhiên liệu và các thiết bị dưới nước khác, chẳng hạn như trục chân vịt và bu lông keel.

Cần lưu ý rằng do vấn đề ăn mòn điện hóa (ăn mòn lưỡng kim) trong nước biển, hợp kim Monel phải được cách ly với các kim loại khác (như thép) trong quá trình đóng tàu.Thời báo New York xuất bản vào ngày 25 tháng 8 năm 1915. Một bài báo trên "báo cáo về vụ tai nạn của một chiếc du thuyền dài 215 foot:" Chiếc du thuyền đầu tiên có thân tàu được đóng hoàn toàn bằng hợp kim Monel đã bị biến thành mảnh vỡ chỉ trong sáu tuần và đã buộc phải nạo ”.Nhờ sự ăn mòn điện hóa, kết cấu thép của du thuyền nhanh chóng bị ăn mòn và mỏng dần sau khi tiếp xúc với hợp kim Monel, điều này cuối cùng dẫn đến sự sụp đổ của đáy du thuyền.Về nghiên cứu chim biển, đặc biệt là việc lựa chọn chất liệu cho vòng nhận dạng chân chim, vòng nhận diện chân chim làm bằng hợp kim Monel đã được sử dụng cho nhiều loại chim biển, như chim hải âu sống trong môi trường nước biển ăn mòn.

Nhạc cụ
Hợp kim Monel được sử dụng để chế tạo một số piston hoặc rôto van của nhạc cụ chất lượng cao, chẳng hạn như kèn nhỏ, lớn và kèn 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, công ty dây D'Addario (D'Addario string company) đã cho ra mắt một bộ sản phẩm dây đàn Violin cũng là loại dây quấn tròn với dây quấn hợp kim Monel trên dây D và G.

 

Sử 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 làm cho hợp kim Monel trở thành vật liệu chất lượng cao trong ngành công nghiệp hóa chất.Các tình huống sử dụng khác như:
1. Làm giàu uranium, hầu hết các đường ống dẫn đường kính lớn dùng cho uranium hexafluoride 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 tổ máy sinh hơi;
4. Hợp kim Monel cũng thường được sử dụng để làm bồn rửa chén và khung cảnh;
5. Buồng đốt dùng để làm ống đánh lửa nồi hơi;
6. Tuổi thọ thiết kế của Đồng hồ Long Now là 10.000 năm.Trên cơ sở không sử dụng kim loại quý, một số bộ phận của đồng hồ được làm bằng vật liệu hợp kim Monel dựa trên mối quan tâm về khả năng chống ăn mòn.