Monel-Legierung ist eine Legierung auf Ni-Basis, ihre chemische Hauptzusammensetzung ist Nickel (Ni), der höchste Gehalt beträgt bis zu 67 %, die andere chemische Hauptzusammensetzung ist Kupfer (Cu) und enthält auch eine kleine Menge Eisen (Fe). , Mangan (Mn) und Kohlenstoff (C), Silizium (Si) und andere Elemente.
Die Festigkeit der Monel-Legierung ist höher als die von reinem Nickel und sie kann der Korrosion verschiedener Medien, einschließlich schnell fließendem Meerwasser, standhalten. Zu den Verarbeitungsmethoden der Monel-Legierung gehören Warmumformung, Kaltumformung, maschinelle Bearbeitung und Schweißen.
Im Jahr 1901 erfand Robert Crooks Stanley, ein Metallurge bei der International Nickel Company (INCO), die Monel-Legierung.
Die Quelle des Namens der Monel-Legierung basiert auf Informationen zur Hommage an den damaligen Vorsitzenden des Unternehmens, Ambrose Monell (Ambrose Monell). Später war Herr Stanley auch Vorsitzender der International Nickel Corporation. Die Monel-Legierung wurde 1906 zum Patent angemeldet.
Monel-Legierung ist eine teure Legierung, deren Preis fünf- bis zehnmal so hoch ist wie der von reinem Kupfer und reinem Nickel. Daher kommt es nur dort zum Einsatz, wo es nicht durch günstige Alternativen ersetzt werden kann.
Chemische Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften der Monel 400-Legierung (N0440):
Chemische Zusammensetzung der Monel 400-Legierung (%) | ||||||||
| C ≤ | Si ≤ | Mn ≤ | P ≤ | S ≤ | Cr ≥ | Ni ≥ | Mo ≥ | Cu ≤ |
| 0,3 | 0,5 | 2 | - | 0,024 | - | 63 | - | 28,0-34,0 |
| Andere | N ≤ | A l≤ | Ti ≤ | F e≤ | Co ≤ | V ≤ | W ≤ | Nb ≤ |
| - | - | - | 2.5 | - | - | - | - | |
1. Zugfestigkeit der Legierung Monel 400 (N04400): σb ≥ 450 MPa.
2. Streckgrenze der Legierung Monel 400 (N04400): σb ≥ 170 MPa.
3. Dehnung der Monel 400 (N04400)-Legierung: δ ≥ 30 %.
Eigenschaften der Monel-Legierung
Die Monel-Legierung ist eine binäre Legierung in fester Lösung. Da Ni und Cu ineinander gelöst sind, handelt es sich ebenfalls um eine einphasige Legierung. Im Vergleich zu Stahl ist die Bearbeitung der Monel-Legierung schwierig, vor allem aufgrund ihrer schnellen Kaltverfestigungseigenschaften. Es erfordert das Drehen mit niedrigen Geschwindigkeiten und geringen Vorschüben.
Die Dichte der Monel-Legierung 400 beträgt 8,80 g/cm3, der Schmelztemperaturbereich liegt zwischen 1300 und 1350 °C, die Leitfähigkeit beträgt etwa 34 % IACS (IACS bezieht sich auf die International Standard Conductivity of Annealed Copper) und der Härtewert im geglühten Zustand beträgt 65 HRB. Die Monel-Legierung 400 ist für ihre Zähigkeit bekannt und kann diese Zähigkeit in einem beträchtlichen Temperaturbereich beibehalten.
Es widersteht der Korrosion verschiedener Säuren und Laugen und einige Monel-Legierungen können sogar der Verbrennung von reinem Sauerstoff standhalten. Es wird normalerweise in stark korrosiven Umgebungen eingesetzt. Die nach Zugabe einer kleinen Menge Aluminium (Al) und Titan (Ti) gebildete Monel-Legierung K-500 hat die gleiche Korrosionsbeständigkeit wie die Monel-Legierung 400, aber eine höhere Festigkeit, was hauptsächlich auf die Bildung der γ'-Phase während der Alterungsbehandlung zurückzuführen ist. Unter normalen Umständen ist eine Monel-Legierung viel teurer als Edelstahl.
Die Monel-Legierung 400 kann auch unter Null hervorragende mechanische Eigenschaften beibehalten. Obwohl die Festigkeit und Härte zunehmen, nimmt die Plastizität bzw. Zähigkeit nur geringfügig ab. Selbst wenn die Legierung in flüssigem Wasserstoff abgekühlt wird, vollzieht sie keinen Übergang von duktil zu spröde. Dies ist der bedeutendste Unterschied zwischen Monel-Legierungen und Eisenmetallmaterialien (Stahl und Eisen) mit Sprödigkeit bei niedrigen Temperaturen.
Die Monel-Legierung weist in vielen Umgebungen eine gute Korrosionsbeständigkeit auf, ist jedoch anfällig für Rost, wenn sie Salzwasser ausgesetzt wird. Es kann der Korrosion von Medien, die Stickoxid, Salpetersäure, Schwefeldioxid und Hypochlorit enthalten, nicht standhalten. Die Verwendung einer Monel-Legierung führt auch zu elektrochemischer Korrosion. Mit anderen Worten: Wenn Befestigungselemente aus Aluminium, Zink oder Eisen unter bestimmten Bedingungen (z. B. bei Verwendung in schnell fließendem Meerwasser) mit der Monel-Legierung in Kontakt kommen, korrodieren die Metallbefestigungsteile schnell.
Verwendungsmöglichkeiten der Monel-Legierung
Luft- und Raumfahrt
In den 1960er Jahren. Die Monel-Legierung hat zahlreiche Aufträge im Bereich Raumfahrt- und Flugzeugbau gewonnen. Wird insbesondere zum Bau des Rumpfs und der Außenhaut experimenteller Düsenflugzeuge verwendet. Beispielsweise kann die nordamerikanische X-15 verwendet werden, um der großen Hitze zu widerstehen, die durch aerodynamische Reibung bei extrem schnellen Flügen entsteht. Die Monel-Legierung kann ihre Festigkeit auch bei extrem hohen Temperaturen beibehalten, sodass sie auch bei hohen atmosphärischen Fluggeschwindigkeiten ihre Formstabilität beibehält. Bei der Wartung von Flugzeugen wird die Monel-Legierung als Sicherungsdraht in Hochtemperaturbereichen verwendet, um sicherzustellen, dass die Befestigungselemente verriegelt sind. Aus wirtschaftlichen Gründen werden in anderen Bereichen meist Sicherungsdrähte aus Edelstahl eingesetzt.
Ölgewinnung und -raffination
Monel wird zur Herstellung von Teilen verwendet, die in einer Alkylierungsanlage direkt mit konzentrierter Flusssäure in Kontakt kommen. Die außergewöhnliche Beständigkeit der Monel-Legierung gegenüber Flusssäurekorrosion ist erstaunlich. Es hält allen Konzentrationen von Flusssäure stand und die Temperatur kann den Siedepunkt von Flusssäure erreichen. Dies ist möglicherweise das Material mit der besten Korrosionsbeständigkeit unter den häufig verwendeten technischen Legierungsmaterialien. Monel-Legierungen können auch der Korrosion verschiedener Sulfide und Salzsäure in einer reduzierenden Umgebung standhalten.
Meerestechnik
Die Korrosionsbeständigkeit der Monel-Legierung macht sie zu einem idealen Material für Schiffsanwendungen wie Rohrleitungssysteme, Pumpenwellen, Seeventile, Trolling-Angelschnüre und Korbfilter. Einige Monel-Legierungen sind völlig unmagnetisch und werden zur Herstellung von Ankerkabeln für Minensuchboote und Gehäusen für Magnetfeldmessgeräte verwendet. Auf Yachten wird Monel-Legierungsdraht zum Verriegeln von Ankerkabelschäkeln verwendet. Monel-Legierung wird auch zur Herstellung von Wasser- und Treibstofftanks sowie anderen Unterwassergeräten wie Propellerwellen und Kielschrauben verwendet.
Es ist zu beachten, dass aufgrund des Problems der elektrochemischen Korrosion (Bimetallkorrosion) im Meerwasser die Monel-Legierung beim Schiffbau von anderen Metallen (z. B. Stahl) isoliert werden muss. Die New York Times veröffentlichte am 25. August 1915 einen Artikel in „, der über den Unfall einer 215 Fuß langen Yacht berichtete: „Die erste Yacht, deren Rumpf vollständig aus einer Monel-Legierung bestand, wurde in nur sechs Wochen in Fragmente zerlegt und war zum Verschrotten gezwungen“. Aufgrund der elektrochemischen Korrosion wurde der Kiel der Stahlkonstruktion der Yacht nach dem Kontakt mit der Monel-Legierung schnell erodiert und dünner, was schließlich zum Einsturz des Yachtbodens führte. Im Hinblick auf die Seevogelforschung, insbesondere bei der Auswahl der Materialien für den Vogelfuß-Identifizierungsring, wurde der aus einer Monel-Legierung gefertigte Vogelfuß-Identifizierungsring bei vielen Arten von Seevögeln verwendet, beispielsweise bei Albatrossen, die in korrosiven Meerwasserumgebungen leben.
Musikinstrument
Eine Monel-Legierung wird zur Herstellung bestimmter hochwertiger Ventilkolben oder Rotoren für Musikinstrumente verwendet, beispielsweise für kleine, große und Waldhörner. RotoSound verwendete 1962 eine Monel-Legierung zur Herstellung von E-Gitarrensaiten. Diese Saiten werden von vielen Künstlern verwendet. Im Jahr 2017 brachte die D'Addario-Saitenfirma (D'Addario String Company) eine Reihe von Violinsaitenprodukten auf den Markt, bei denen es sich ebenfalls um rundgewickelte Saiten mit Monel-Legierung auf D- und G-Saiten handelt.
Andere Verwendungen
Erkennungsmarken aus Monel-Legierung (Erkennungsmarken für amerikanische Soldaten im Zweiten Weltkrieg)
Die hervorragende Korrosionsbeständigkeit gegenüber verschiedenen Säuren und Sauerstoff macht die Monel-Legierung zu einem hochwertigen Material in der chemischen Industrie. Andere Nutzungsszenarien wie:
1. Urananreicherung: Die meisten für Uranhexafluorid verwendeten Rohrleitungen mit großem Durchmesser bestehen aus einer Monel-Legierung.
2. Regelventil für Hochdruck- und stark reaktive Flaschengase (z. B. HCl);
3. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde die Monel-Legierung häufig im Heißdampfsystem von Dampferzeugersätzen verwendet.
4. Monel-Legierung wird auch häufig zur Herstellung von Küchenspülen und Brillengestellen verwendet;
5. Die Brennkammer, aus der das Zündrohr des Kessels besteht;
6. Die geplante Lebensdauer der Uhr von Long Now beträgt 10.000 Jahre. Da keine Edelmetalle verwendet werden, bestehen einige Teile der Uhr aus Bedenken hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit aus einer Monel-Legierung.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 19. Mai 2021