آلیاژ مونل چیست؟ ویژگی ها، انواع و کاربردهای آن

در این برگه قصد داریم به معرفی یکی از انواع آلیاژها بنام آلیاژ مونل بپردازیم و ویژگی ها و کاربردهای آن را بررسی کنیم. پس با ما همراه باشید.

فهرست مطالب

1- آلیاژ مونل چیست؟

2- تاریخچه‌ی آلیاژهای مونل

3- هدف استفاده از مونل

4- ویژگی‌های آلیاژ مونل

5- گریدهای آلیاژ مونل

6- ترکیبات انواع مختلف آلیاژ مونل

7- کاربردهای مونل

8- مزایا و معایب مونل

1- آلیاژ مونل چیست؟

مونل، خانواده‌ای از آلیاژهای نیکل و مس است که حاوی مقادیر کمی از آهن، منگنز، کربن و سیلیسیوم می‌باشد و به دلیل داشتن کمتر از ۶۰ درصد مس، آلیاژ کوپرونیکل نیست. آلیاژهای‌مونل که قدرتمندتر از نیکل خالص هستند، مقاومتی بسیار بالا در برابر خوردگی توسط محلول‌های شیمیایی مختلف، از جمله در برابر آب شور با جریان سریع،  را دارند.

2- تاریخچه‌ی آلیاژهای مونل

مونل‌از آلیاژهایی است که مبتنی بر نیکل هستند و دارای محتوای مسی بین ۲۹ تا ۳۳ درصد می‌باشد. این آلیاژ توسط فلزشناس رابرت کروکس استنلی اختراع شد و در سال ۱۹۰۵ توسط شرکت بین‌المللی نیکل پتنت گرفت. این فلز به نام‌مونل، به افتخار مدیر آن شرکت در آن زمان، نامگذاری شد.
مونل‌قبل از سال ۱۹۰۸ به عنوان یک ماده‌ی سقفی در ایستگاه پنسیلوانیا در نیویورک استفاده شد. در دهه‌ی ۱۹۲۰، این آلیاژ برای سطوح کانتر، سینک، لوازم خانگی و فلشینگ سقف استفاده شد. اگرچه،‌مونل در دهه‌ی ۱۹۴۰ یکی از محبوب‌ترین فلزها در بازار بود، اما از دهه‌ی ۱۹۵۰ به بعد به طور عمده توسط فلزات استیل ضد زنگ قابل‌تنظیم‌تر جایگزین شد.

3- هدف استفاده از مونل

مونل به دلیل آسانی شکل‌دهی از طریق کار گرم و سرد، ماشینکاری و جوشکاری، در صنایع دریایی و پردازش شیمیایی به طور گسترده استفاده می‌شود. با این حال، به دلیل هزینه بالای آن، باید تنها زمانی از آن استفاده شود که گزینه‌های ارزان‌تر در دسترس نباشند. لوله‌های‌مونل اغلب بیش از سه برابر قیمت لوله‌های فولادی کربنی هستند.
ساختارهای الکتریکی و الکترونیکی، دریایی، پالایش نفت خام، تجهیزات پردازش شیمیایی، تانک‌های بنزین و آب، مخازن سوخت، پیچ و مهره‌ها، تجهیزات پردازش شیمیایی، دستگاه‌های گرمایشی، ابزار فلزی، دستگاه‌های تصفیه هوا، سازه‌های ساختمانی، سینک‌های آشپزخانه، پوشش‌های سقف، قاب عینک و موارد دیگری از کاربردهای معمول‌مونل هستند. مونل در فرم‌های لوله، اتصالات، صفحه، نوار، میله گرد و میله مسطح در دسترس است.

4- ویژگی‌های آلیاژ مونل

مونل‌ یک آلیاژ دودویی محلول جامد با خصوصیات مکانیکی خوب در دمای زیر صفر است. آلیاژ‌مونل 400 دارای وزن مخصوص 8.80، محدوده دمای آب‌گرمایی ۱۳۰۰-۱۳۵۰ درجه سانتی‌گراد و ضریب پواسون ۰.۳۲ است. ویژگی‌های مکانیکی آلیاژ مونل‌400 در دمای اتاق در جدول زیر نشان داده شده‌است.

• قابلیت ماشینکاری: چون‌مونل در حین ماشینکاری سخت می‌شود، ماشینکاری بسیار چالش برانگیز است. روش‌های مورد استفاده برای ماشینکاری آهن ممکن است برای ماشینکاری‌مونل نیز استفاده شود.
• جوشکاری: روش‌های جوشکاری مونل شامل جوشکاری گاز-قوس، جوشکاری گاز-فلز-قوس، جوشکاری فلز-قوس و جوشکاری غوطه‌ور است.
• فورج: مونل‌قابلیت فورج دارد، اما فقط تحت شرایط به‌دقت نظارت‌شده می‌توان آن را فورج کرد.
• کار گرم: دمای معمول برای آلیاژ‌مونل به‌طور معمول بین ۶۴۸-۱۱۷۶ درجه سانتی‌گراد (۱۲۰۰-۲۱۵۰ درجه فارنهایت) متغیر است. در قبل از شروع عملیات گرم، دمای مناسب باید تعیین شود.

5- گریدهای آلیاژ مونل

در تجارت، پنج نوع مختلف از‌ مونل‌ وجود دارد: ISO 6208 (صفحه، شیت و نوار)، ISO 9725 (فورجینگ)، ISO 9723 (میله‌ها)، ISO 9724 (سیم) و DIN 17751 (لوله و تیوپ). این‌ها نوع‌های آلیاژ‌مونل هستند:

• آلیاژ ۴۰۰ یا مونل ۴۰۰
• مونل‌۴۰۱، ۴۰۴ و ۴۰۵، و همچنین مونل‌K-۵۰۰

6- ترکیبات انواع مختلف آلیاژ مونل

الف) مونل ۴۰۰:

برای‌مونل ۴۰۰ استانداردهای BS 3075، 3076 NA 13، DTD 204B و ASTM B164 اعمال می‌شود. این آلیاژ دارای مقاومت بالا، مقاومت عالی در برابر خوردگی، انعطاف پذیری خوب، هدایت حرارتی بالا است. مونل ۴۰۰ به طور معمول در تبادل حرارتی، شیرآلات، مهندسی دریایی و پردازش شیمیایی و هیدروکربن مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ب) مونل ۴۰۱:

مونل‌۴۰۱ فلزی است که در برنامه‌های الکتریکی و الکترونیکی ویژه استفاده می‌شود. این آلیاژ ویژگی جوشکاری و  لحیم کاری خوبی را در هنگام جوشکاری با فرآیند گاز-تنگستن-قوس فراهم می‌کند. جوشکاری مقاومتی یک روش عالی برای اتصال مواد است. مونل‌۴۰۱ تحت استاندارد UNS N04401 قرار دارد.

ج) مونل ۴۰۴:

ترکیب مونل‌۴۰۴ به دقت تنظیم شده است تا دمای کوری (با نماد Ci) بسیار کم، نفوذپذیری کم و کیفیت لحیم کاری خوب را ارائه دهد. مونل‌۴۰۴ با روش‌های جوشکاری و فورج‌کاری استاندارد کار می‌کند، اما نمی توان آن را گرم کار کرد. کار سرد جهت یک پرداخت عالی امکان‌پذیر است. مونل ۴۰۴ به طور گسترده در کپسول‌های ترانزیستور و sealهای سرامیکی به فلز مورد استفاده قرار می‌گیرد و تحت استانداردهای UNS N04404 و ASTM F96 قرار دارد.

د) مونل ۴۰۵:

مونل‌۴۰۵ که با نام UNS N04405 هم شناخته می‌شود، بیشتر برای استوک دستگاه پیچ اتوماتیک استفاده می‌شود و تحت استانداردهای ASME SB-164، ASTM B-164، Federal QQ-N-281، SAE AMS 4674 و 7234، Military MIL-N-894، BS3072NA18، BS3073NA18، QQ-N-286، DIN 17750، ISO 6208، BS3075NA18 و BS3076 قرار دارد. دراین آلیاژ مقدار گوگرد افزایش می‌یابد تا به میزان ۰.۰۲۵-۰.۰۶۰ درصد برسد، که باعث ایجاد سولفیدهای مس-نیکلی می‌شود که ماشین کاری را بهبود می‌بخشد.

ه) مونل K-500:

افزودن آلومینیوم و تیتانیوم به پایه نیکل-مس باعث تولید مونل‌K-500 می‌شود که مقاومت و سختی بیشتری دارد و مقاومت خوردگی برتری نسبت به مونل‌۴۰۰ دارد. با این حال، آلیاژ K-500 تمایل بیشتری به ترک خوردگی در شرایط خاص دارد. مونل‌K-500 برای محورهای پمپهای مرکزی که در برنامه‌های دریایی استفاده می‌شوند، مناسب است. دستگاه‌ها، ابزارهای چاه نفتی، اجزای الکترونیکی، پره‌های دریایی، محورهای پمپ، تیغه‌ها، استوانه‌های حفاری چاه نفتی از کاربردهای رایج برای آلیاژ K-500 هستند.

7- کاربردهای مونل

•  کاربردهای در صنایع هوافضا

در دهه ۱۹۶۰، فلز‌مونل در ساخت هواپیماها به کار گرفته شد، به خصوص در فریم و پوسته‌های هواپیماهای راکتی تجربی مانند X-15 که در طی پرواز سریع با ایجاد اصطکاک هوا بسیار گرم می‌شدند.

• تولید و پالایش نفت

مونل‌در واحدهای آلکیلاسیون استفاده می‌شود که به‌صورت مستقیم با اسید هیدروفلوریک شدید در تعامل هستند. مونل در برابر اسید هیدروفلوریک با تمام غلظت‌ها بسیار مقاوم است. این آلیاژ احتمالاً مقاومت بیشتری از تمام آلیاژهای فنی استفاده شده دارد. همچنین در شرایط کاهنده، این آلیاژ در برابر چندین نوع اسید سولفوریک و هیدروکلریک مقاوم است.

• کاربردهای دریایی

به دلیل مقاومت خوردگی، مونل‌برای استفاده در سیستم‌های لوله کشی، محورهای پمپ، شیرهای آب دریا ، سیم ترولینگ و سبد‌های صافی مناسب است. برخی از آلیاژها به‌طور کامل غیرمغناطیسی هستند و برای کابل‌های لنگر بر روی مین روب‌ها و محفظه تجهیزات اندازه‌گیری میدان مغناطیسی استفاده می‌شوند.

• سازهای موسیقی

مونل‌برای پیستون سوپاپ و روتور در آلات موسیقی پیشرفته مانند ترومپت، توبا و هورن فرانسوی استفاده می شود. شرکت Roto Sound در سال ۱۹۶۲ به عنوان نخستین شرکت از‌مونل برای سیم‌های بیس الکتریک استفاده کرد و گسترده‌ای از موسیقی‌دان‌ها از این رشته‌ها استفاده می‌کنند.

8- مزایا و معایب مونل

مزایای اصلی مونل عبارتند از:

• مقاومت بالا در برابر مواد اسیدی و قلیایی
• انعطاف پذیری عالی (آسان برای شکل دادن و فرم دادن)
• سادگی جوشکاری، لحیم کاری و فلزکاری
• مقاومت مکانیکی بالا در انواع شکل‌ها از جمله ورق‌ها، تخته‌ها، میله‌ها، نوارها، لوله‌ها و تیوب‌ها
• طراحی و تمامیت ظاهری جذاب
• توانایی مقاومت در برابر دمای بسیار سرد و بسیار گرم

معایب مونل:

اگرچه،مونل بسیاری از مزایا را دارد، اما فلز کاملی نیست. برخی از معایب آن شامل موارد زیر است:

• مشکلات قابلیت ماشینکاری
• در بیشترین موارد، در محیط شور، برای‌مونل خطر زنگ زدگی وجود دارد.
• در حضور مونل، ممکن است خوردگی گالوانیکی رخ دهد.