מונל 400 סגסוגת על בסיס ניקל

סגסוגת מונל היא סגסוגת על בסיס Ni, ההרכב הכימי העיקרי שלה הוא ניקל (Ni), התכולה הגבוהה ביותר היא עד 67%, ההרכב הכימי העיקרי השני הוא נחושת (Cu), ומכיל גם כמות קטנה של ברזל (Fe) , מנגן (Mn) ופחמן (C), סיליקון (Si) ואלמנטים נוספים.

חוזקה של סגסוגת מונל גבוהה יותר מזה של ניקל טהור, והיא יכולה לעמוד בפני קורוזיה של אמצעים שונים, כולל מי ים זורמים במהירות.שיטות העיבוד של סגסוגת מונל כוללות עבודה חמה, עבודה קרה, עיבוד שבבי וריתוך.

בשנת 1901, רוברט קרוקס סטנלי, מטלורג בחברת הניקל הבינלאומית (INCO), יצר את סגסוגת מונל.

המקור של שם סגסוגת מונל מבוסס על מידע כדי לחלוק כבוד ליו"ר החברה דאז אמברוז מונל (אמברוס מונל).מאוחר יותר, מר סטנלי כיהן גם כיו"ר תאגיד ניקל הבינלאומי.סגסוגת מונל קיבלה פטנט בשנת 1906.

סגסוגת מונל היא סגסוגת יקרה שמחירה הוא פי 5-10 מזה של נחושת טהורה וניקל טהור.לכן, הוא משמש רק ביישומים שבהם לא ניתן להחליפו בחלופות זולות.

 

קומפוזיציה כימית ומאפיינים מכניים של סגסוגת Monel 400 (N0440):

 

הרכב כימי של סגסוגת מונל 400 (%)
C ≤	Si ≤	Mn ≤	P ≤	S ≤	Cr ≥	Ni ≥	מו ≥	Cu ≤
0.3	0.5	2	-	0.024	-	63	-	28.0-34.0
אחרים	N ≤	A l≤	Ti ≤	F e≤	Co ≤	V ≤	W ≤	Nb ≤
	-	-	-	2.5	-	-	-	-

1. חוזק מתיחה של סגסוגת Monel 400 (N04400): σb ≥ 450 Mpa.
2. חוזק תפוקה של סגסוגת Monel 400 (N04400): σb ≥ 170 Mpa.
3. התארכות סגסוגת Monel 400 (N04400): δ ≥ 30%.

 

מאפיינים של סגסוגת מונל

סגסוגת מונל היא סגסוגת בינארית בפתרון מוצק.מכיוון ש-Ni ו-Cu מומסים זה בזה, היא גם סגסוגת חד פאזית.בהשוואה לפלדה, עיבוד של סגסוגת Monel קשה, בעיקר בשל מאפייני ההתקשות המהירים שלה.זה דורש סיבוב במהירויות נמוכות וקצב הזנה נמוך.

הצפיפות של סגסוגת Monel 400 היא 8.80 גרם/סמ"ק, טווח טמפרטורת ההיתוך הוא 1300~1350 מעלות צלזיוס, המוליכות היא כ-34% IACS (IACS מתייחס למוליכות הסטנדרטית הבינלאומית של נחושת מחושלת), וערך הקשיות המנופחת הוא 65 HRB.מונל סגסוגת 400 ידועה בקשיחותה ויכולה לשמור על קשיחות זו בטווח טמפרטורות ניכר.

זה יכול לעמוד בפני קורוזיה של חומצות ואלקליות שונות, וכמה סגסוגות של מונל יכולות אפילו לעמוד בשריפת חמצן טהור.הוא משמש בדרך כלל בסביבות קורוזיביות מאוד.סגסוגת Monel K-500 שנוצרה לאחר הוספת כמות קטנה של אלומיניום (Al) וטיטניום (Ti) בעלת עמידות בפני קורוזיה זהה לסגסוגת Monel 400 אך חוזק גבוה יותר, הנובע בעיקר מהיווצרות γ'phase במהלך טיפול ההזדקנות.בנסיבות רגילות, סגסוגת מונל היא הרבה יותר יקרה מפלדת אל חלד.

סגסוגת מונל 400 יכולה גם לשמור על תכונות מכניות מצוינות מתחת לאפס.למרות שהחוזק והקשיחות יגדלו, הפלסטיות או הקשיחות תפחת רק במעט.גם אם הוא מקורר במימן נוזלי, הסגסוגת לא תעבור מעבר גמיש-שביר.זהו ההבדל המשמעותי ביותר בין סגסוגת מונל לחומרי מתכת ברזליים (פלדה וברזל) עם שבירות בטמפרטורה נמוכה.

לסגסוגת מונל יש עמידות טובה בפני קורוזיה בסביבות רבות, אך היא נוטה לחלודה כאשר היא נחשפת למי מלח;זה לא יכול לעמוד בפני קורוזיה של מדיה המכילה תחמוצת חנקן, חומצה חנקתית, דו תחמוצת גופרית והיפוכלוריט.השימוש בסגסוגת Monel יגרום גם לקורוזיה אלקטרוכימית.במילים אחרות, כאשר מחברים העשויים מאלומיניום, אבץ או ברזל באים במגע עם סגסוגת מונל, בתנאים מסוימים (כגון שימוש במי ים זורמים במהירות), הידוק מתכת החלקים ייאכלו במהירות.

 

שימושים בסגסוגת מונל

תעופה וחלל
בשנות ה-60.סגסוגת מונל זכתה במספר רב של הזמנות בתחום בניית החלל והמטוסים.משמש במיוחד לבניית גוף המטוס והעור של מטוסי סילון ניסיוניים.לדוגמה, ה-X-15 הצפון אמריקאי יכול לשמש כדי לעמוד בכמות החום הגדולה שנוצרת מחיכוך אווירודינמי במהלך טיסה מהירה במיוחד.סגסוגת מונל עדיין יכולה לשמור על חוזקה בטמפרטורות גבוהות במיוחד, מה שמאפשר לה לשמור על יציבות צורתה במהירויות טיסה אטמוספריות גבוהות.במהלך תחזוקת מטוסים, סגסוגת מונל משמשת כחוט נעילה באזורי טמפרטורה גבוהה כדי להבטיח שהמחברים נעולים;מסיבות כלכליות, בדרך כלל משתמשים בחוטי מנעול מנירוסטה באזורים אחרים.

הפקת שמן וזיקוק
מונל משמש לייצור חלקים המתקשרים ישירות עם חומצה הידרופלואורית מרוכזת ביחידת אלקילציה.העמידות יוצאת הדופן של סגסוגת מונל בפני קורוזיה של חומצה הידרופלואורית מדהימה.הוא יכול לעמוד בכל הריכוזים של חומצה הידרופלואורית, והטמפרטורה יכולה להגיע לנקודת הרתיחה של חומצה הידרופלואורית.זה עשוי להיות החומר בעל עמידות בפני קורוזיה הטובה ביותר מבין חומרי הסגסוגת ההנדסית הנפוצים.סגסוגת מונל יכולה גם לעמוד בפני קורוזיה של סולפידים וחומצה הידרוכלורית שונים בסביבה מפחיתה.

הנדסה ימית
העמידות בפני קורוזיה של סגסוגת Monel הופכת אותו לחומר אידיאלי עבור יישומים ימיים, כגון מערכות צנרת, פירי משאבה, שסתומי ים, חוטי דיג טרולים ומסנני סלים.סגסוגות מסוימות של מונל אינן מגנטיות לחלוטין, ומשמשות לייצור כבלי עיגון לשולי מוקשים וביתים לציוד למדידת שדה מגנטי.על יאכטות, חוט סגסוגת מונל משמש לנעילת כבלים לעיגון.סגסוגת מונל משמשת גם לייצור מיכלי מים ומיכלי דלק והתקנים תת-מימיים אחרים, כגון פירי מדחף וברגי קיל.

יש לציין כי בשל בעיית הקורוזיה האלקטרוכימית (קורוזיה דו-מתכתית) במי הים, יש לבודד את סגסוגת המונל ממתכות אחרות (כגון פלדה) במהלך בניית ספינות.ה"ניו יורק טיימס" פרסם ב-25 באוגוסט 1915. מאמר ב"דיווח על תאונה של יאכטה באורך 215 רגל: "היאכטה הראשונה שגופתה נבנה כולו מסגסוגת מונל הפכה לשברים תוך שישה שבועות בלבד והייתה נאלץ לבטל".הודות לקורוזיה אלקטרוכימית, קיל מבנה הפלדה של היאכטה נשחק במהירות ודלל לאחר מגע עם סגסוגת מונל, מה שהוביל בסופו של דבר לקריסת קרקעית היאכטה.במונחים של חקר עופות ים, במיוחד בחירת החומרים לטבעת הזיהוי של כף הרגל של הציפור, טבעת הזיהוי של כף הרגל העשויה מסגסוגת מונל שימשה בסוגים רבים של עופות ים, כמו אלבטרוס החיים בסביבות מי ים קורוזיביות.

כלי נגינה
סגסוגת מונל משמשת לייצור בוכנות או רוטורים לשסתומים של כלי נגינה מסוימים, כגון קרניים קטנות, גדולות וצרפתיות.RotoSound השתמש בסגסוגת Monel לייצור מיתרי גיטרה חשמליים בשנת 1962. מיתרים אלה משמשים אמנים רבים.בשנת 2017, חברת המיתרים D'Addario (חברת המיתרים D'Addario) הוציאה סט מוצרי מיתרי כינור, שהם גם מיתרים עגולים עם סגסוגת Monel מלופפת על מיתרי D ו-G.

 

שימושים אחרים
תגי זהות עשויים מסגסוגת מונל (תגי כלב לחיילים אמריקאים במהלך מלחמת העולם השנייה)

עמידות מצוינת בפני קורוזיה לחומצות וחמצן שונות הופכת את סגסוגת מונל לחומר איכותי בתעשייה הכימית.תרחישי שימוש אחרים כגון:
1. העשרת אורניום, רוב הצינורות בקוטר גדול המשמשים להקספלואוריד אורניום עשויים מסגסוגת מונל;
2. שסתום ויסות לגז בבקבוקים בלחץ גבוה ותגובתי חזק (כגון HCl);
3. בתחילת המאה העשרים, סגסוגת Monel הייתה בשימוש נרחב במערכת הקיטור המחומם של ערכות מחולל קיטור;
4. סגסוגת מונל משמשת לעתים קרובות גם לייצור כיורי מטבח ומסגרות משקפיים;
5. תא הבעירה המשמש לייצור צינור ההצתה של הדוד;
6. חיי העיצוב של השעון של Long Now הם 10,000 שנים.בהנחה שלא נעשה שימוש במתכות יקרות, חלקים מסוימים של השעון עשויים מחומר מסגסוגת Monel על בסיס חששות לגבי עמידות בפני קורוזיה.