Monel - Monel
Monel é um grupo de ligas de níquel , compostas principalmente de níquel (de 52 a 67%) e cobre , com pequenas quantidades de ferro, manganês, carbono e silício. Ligas com conteúdo de cobre de 60% ou mais são chamadas de cuproníquel .
Mais fortes do que o níquel puro, as ligas de Monel são resistentes à corrosão por muitos agentes agressivos, incluindo água do mar de fluxo rápido . Eles podem ser fabricados prontamente por trabalho a quente e frio, usinagem e soldagem.
Monel foi criado em 1905 por Robert Crooks Stanley, que na época trabalhava na International Nickel Company (Inco). A liga Monel 400 é uma liga binária com as mesmas proporções de níquel e cobre encontrada naturalmente no minério de níquel meteorítico das minas de Sudbury (Ontário) e, portanto, é considerada uma liga puritana . Monel foi batizado em homenagem ao presidente da empresa, Ambrose Monell, e patenteado em 1906. Um L foi retirado, porque nomes de família não eram permitidos como marcas registradas naquela época. A marca comercial foi registrada em maio de 1921 e o nome agora é uma marca comercial da Special Metals Corporation .
Como uma liga cara, seu uso é limitado às aplicações onde não pode ser substituído por alternativas mais baratas. Por exemplo, em 2015, a tubulação Monel era três vezes mais cara do que a tubulação equivalente feita de aço carbono.
Propriedades
Monel é uma liga binária de solução sólida. Como o níquel e o cobre são mutuamente solúveis em todas as proporções, é uma liga monofásica. Comparado ao aço, o Monel é muito difícil de usinar, pois o trabalho endurece muito rapidamente. Ele precisa ser girado e trabalhado em velocidades baixas e baixas taxas de avanço. É resistente à corrosão e aos ácidos, e algumas ligas podem resistir ao fogo em oxigênio puro. É comumente usado em aplicações com condições altamente corrosivas. Pequenos acréscimos de alumínio e titânio formam uma liga (K-500) com a mesma resistência à corrosão, mas com resistência muito maior devido à formação de gama prime com o envelhecimento. Monel é normalmente muito mais caro do que o aço inoxidável .
A liga Monel 400 tem uma gravidade específica de 8,80, uma faixa de fusão de 1300–1350 ° C, uma condutividade elétrica de aproximadamente 34% IACS e (no estado recozido) uma dureza de 65 Rockwell B. A liga Monel 400 é notável por sua tenacidade, que é mantida ao longo de uma gama considerável de temperaturas.
A liga Monel 400 tem excelentes propriedades mecânicas em temperaturas abaixo de zero. A força e a dureza aumentam com apenas um ligeiro comprometimento da ductilidade ou resistência ao impacto. A liga não sofre uma transição dúctil para frágil, mesmo quando resfriada à temperatura do hidrogênio líquido. Isso é um contraste marcante com muitos materiais ferrosos que são frágeis em baixas temperaturas, apesar de sua resistência aumentada.
Usos
Aplicações aeroespaciais
Na década de 1960, o metal Monel encontrou usos em massa na construção de aeronaves , especialmente na fabricação de estruturas e revestimentos de aviões-foguete experimentais , como o norte-americano X-15 , para resistir ao grande calor gerado pelo atrito aerodinâmico durante o vôo em altíssima velocidade. O metal Monel retém sua resistência em temperaturas muito altas, permitindo-lhe manter sua forma em altas velocidades de voo atmosféricas, uma compensação contra o aumento do peso das peças devido à alta densidade do Monel .
Monel é usado para fiação de segurança na manutenção de aeronaves para garantir que os fixadores não se soltem, geralmente em áreas de alta temperatura; o fio inoxidável é usado em outras áreas para economia.
Produção e refino de petróleo
Monel é usado na seção de unidades de alquilação em contato direto com o ácido fluorídrico concentrado. Monel oferece resistência excepcional ao ácido fluorídrico em todas as concentrações até o ponto de ebulição. É talvez a mais resistente de todas as ligas de engenharia comumente usadas. A liga também é resistente a muitas formas de ácidos sulfúrico e clorídrico em condições redutoras.
Aplicações marítimas
A resistência à corrosão do Monel o torna ideal em aplicações como sistemas de tubulação, eixos de bombas, válvulas de água do mar, arame elétrico e cestas de filtro. Algumas ligas são completamente não magnéticas e são usadas como cabos de ancoragem a bordo de varredores de minas , invólucros para equipamentos de medição de campo magnético. Na navegação recreativa, o Monel é usado como arame para prender grilhões para cabos de ancoragem, tanques de água e combustível e para aplicações subaquáticas. Ele também é usado para eixos de hélice e parafusos de quilha. Nos populares veleiros Hobiecat, os rebites Monel são usados onde a resistência é necessária, mas o aço inoxidável não pode ser usado devido à corrosão que resultaria do contato do aço inoxidável com o mastro de alumínio, lança e estrutura do barco em um ambiente de água salgada.
Devido ao problema da ação eletrolítica na água salgada (também conhecida como corrosão galvânica ), na construção naval Monel deve ser cuidadosamente isolado de outros metais, como o aço. O New York Times em 12 de agosto de 1915 publicou um artigo sobre um iate de 215 pés, "o primeiro navio que já foi construído com um casco inteiramente Monel", que "se despedaçou" em apenas seis semanas e teve de ser demolido , "por conta da desintegração de seu traseiro por ação elétrica." O esqueleto de aço do iate se deteriorou devido à interação eletrolítica com o Monel.
Na pesquisa de aves marinhas, e observação dos pássaros ou zumbido em particular, Monel foi usado para fazer bandas de aves ou anéis para muitas espécies, como albatrozes , que vivem em um ambiente de água do mar corrosivo.
Instrumentos musicais
Monel é usado como material para pistões de válvula ou rotores em alguns instrumentos musicais de qualidade superior, como trompetes, tubas e trompas. A RotoSound introduziu o uso de Monel para cordas de baixo elétrico em 1962, e essas cordas foram usadas por vários artistas, incluindo Steve Harris do Iron Maiden , The Who , Sting , John Deacon , John Paul Jones e o falecido Chris Squire . O Monel estava em uso no início dos anos 1930 por outros fabricantes de cordas musicais, como a Gibson Guitar Corporation , que continua a oferecê-los para bandolim como o conjunto de assinaturas de Sam Bush . Além disso, CF Martin & Co. usa Monel para suas cordas de violão Martin Retro. A fábrica de cordas Pyramid (Alemanha) produz cordas para guitarras elétricas 'Clássicos Monel', enroladas em um núcleo redondo. Em 2017, a empresa de cordas D'Addario lançou uma linha de cordas de violino usando enrolamento Monel nas cordas Ré e Sol.
De outros
A boa resistência à corrosão por ácidos e oxigênio torna o Monel um bom material para a indústria química. Mesmo os fluoretos corrosivos podem ser manuseados dentro dos aparelhos Monel; isso foi feito de forma extensiva no enriquecimento de urânio na planta de difusão gasosa de Oak Ridge . Aqui, a maior parte da tubulação de diâmetro maior para o hexafluoreto de urânio foi feita de Monel. Os reguladores para gases reativos do cilindro, como o cloreto de hidrogênio, constituem outro exemplo, em que o PTFE não é uma opção adequada quando são necessárias altas pressões de entrega. Às vezes, isso inclui um manifold Monel e torneiras antes do regulador que permitem que o regulador seja lavado com um gás inerte seco após o uso para proteger ainda mais o equipamento.
No início do século 20, quando a energia a vapor era amplamente usada, o Monel foi anunciado como sendo desejável para uso em sistemas de vapor superaquecido . Durante as guerras mundiais, Monel foi usado para etiquetas de identificação militares dos EUA .
O Monel costuma ser usado em pias de cozinha e em armações de óculos. Também tem sido usado para estadas de fornalha em caldeiras de tubo de fogo .
Partes do Relógio do Long Now , que deve durar 10.000 anos, são feitas de Monel por causa da resistência à corrosão sem o uso de metais preciosos.
Monel foi usado para grande parte do metal exposto usado no interior da Catedral Bryn Athyn na Pensilvânia, sede religiosa da Igreja Geral da Nova Jerusalém . Isso incluía grandes telas decorativas, maçanetas, etc. Monel também tem sido usado como material de cobertura em edifícios como a Estação Pensilvânia original na cidade de Nova York.
O 1991-1996 Acura (Honda) NSX veio com uma chave feita de Monel.
As aplicações em campos petrolíferos incluem o uso de colares de perfuração Monel. Os instrumentos que medem o campo magnético da Terra para obter uma direção são colocados em um colar não magnético que os isola da atração magnética das ferramentas de perfuração localizadas acima e abaixo dos colares não magnéticos. Monel agora é raramente usado, geralmente substituído por aços inoxidáveis não magnéticos.
Monel também é usado como um material de ligação de proteção na parte externa dos estribos de estilo ocidental.
Monel é usado pela Arrow Fastener Co., Inc. para grampos T50 à prova de ferrugem.
Monel também tem sido usado em refrigeradores Kelvinator.
Monel foi usado no Baby Alice Thumb Guard, um dispositivo anti-sucção do dedo da década de 1930.
Monel é usado no processamento de filmes cinematográficos. As emendas de grampo Monel são ideais para resistir à corrosão do uso em tanques fotoquímicos de operação contínua.
Ligas
Monel é frequentemente comercializado sob as normas ISO 6208 (chapas, folhas e tiras) 9723 (barras) 9724 (fio) 9725 (forjados) e DIN 17751 (tubos e tubos).
| Nome Comercial |
ASTM / AISI
Tipo liga |
UNS | % Cu | % Al | % Ti | % Fe | % Mn | %Si | % Ni |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Monel 400 | B 127, B 164 | N04400 | 28-34 | 2,5 max | 2,0 máx. | 0,5 max | 63 min | ||
| Monel 401 | N04401 | 28-34 | 2,5 max | 2,0 máx. | 63 min | ||||
| Monel 404 | N04404 | Rem | 0,05 max | 0,5 max | 0,1 máx | 0,1 máx. | 52-57 | ||
| Monel K-500 | B 865 | N05500 | 27-33 | 2,3-3,15 | 0,35-0,85 | 2,0 máx. | 1,5 max | 0,5 max | 63 min |
| Monel 405 | B 164 | N04405 | 28-34 | 2,5 max | 2,0 máx. | 0,5 max | 63 min |
Monel 400
Monel 400 apresenta alta resistência e excelente resistência à corrosão em uma variedade de ambientes ácidos e alcalinos e é especialmente adequado para reduzir condições. Ele também tem boa ductilidade e condutividade térmica. O Monel 400 normalmente encontra aplicação em engenharia naval, processamento químico e de hidrocarbonetos, trocadores de calor, válvulas e bombas. É coberto pelas seguintes normas: BS 3075, 3076 NA 13, DTD 204B e ASTM B164.
A grande utilização de Monel 400 é feita em unidades de alquilação, nomeadamente na secção de reacção em contacto com ácido fluorídrico concentrado.
Monel 401
Esta liga é projetada para uso em aplicações elétricas e eletrônicas especializadas. A liga 401 é prontamente soldada autogenamente pelo processo de arco de gás-tungstênio. A soldagem por resistência é um método muito satisfatório para a união do material. Ele também exibe boas características de brasagem. É coberto pela norma UNS N04401.
Monel 404
A liga Monel 404 é usada principalmente em aplicações elétricas e eletrônicas especializadas. A composição de Monel 404 é cuidadosamente ajustada para fornecer uma temperatura Curie muito baixa , baixa permeabilidade e boas características de brasagem.
Monel 404 pode ser soldado usando técnicas de soldagem comuns e forjado, mas não pode ser trabalhado a quente. O trabalho a frio pode ser feito usando ferramentas padrão e materiais de matriz macia para um melhor acabamento. É coberto pelas normas UNS N04404 e ASTM F96. Monel 404 é usado em cápsulas para transistores e vedações de cerâmica para metal.
Monel 405
Monel 405 é o grau de usinagem livre da liga 400. O percentual de níquel, carbono, manganês, ferro, silício e cobre permanece o mesmo que a liga 400, mas o enxofre é alterado de 0,024 máx para 0,025-0,060%. A liga 405 é usada principalmente para estoque de parafusadeiras automáticas e geralmente não é recomendada para outras aplicações. Os sulfetos de níquel-cobre resultantes do enxofre em sua composição atuam como quebradores de cavacos, mas por causa dessas inclusões o acabamento superficial da liga não é tão liso quanto o da liga 400. Monel 405 é designado UNS N04405 e é coberto pela ASME SB -164, ASTM B-164, Federal QQ-N-281, SAE AMS 4674 e 7234, Militar MIL-N-894 e NACE MR-01-75.
Monel 450
Esta liga exibe boa resistência à fadiga e tem condutividade térmica relativamente alta. É usado para condensadores de água do mar, placas de condensador, tubos de destilador, tubos de evaporador e trocador de calor e tubulação de água salgada.
Monel K-500
Monel K-500 combina a excelente resistência à corrosão característica da liga Monel 400 com as vantagens adicionais de maior resistência e dureza. As propriedades aumentadas são obtidas adicionando alumínio e titânio à base de níquel-cobre e aquecendo sob condições controladas de modo que partículas submicroscópicas de Ni 3 (Ti, Al) precipitem em toda a matriz.
A resistência à corrosão da liga Monel K-500 é substancialmente equivalente à da liga 400, exceto que, quando na condição endurecida pelo tempo, a liga K-500 tem uma tendência maior para rachaduras por tensão-corrosão em alguns ambientes. Verificou-se que a liga Monel K-500 é resistente a um ambiente de gás azedo. A combinação de taxas de corrosão muito baixas em água do mar em alta velocidade e alta resistência tornam a liga K-500 particularmente adequada para eixos de bombas centrífugas em serviço marítimo. Na água do mar estagnada ou de movimento lento, pode ocorrer incrustação seguida de corrosão, mas esta redução diminui após um ataque inicial bastante rápido.
As aplicações típicas da liga K-500 são eixos de bombas e impulsores, lâminas raspadoras e raspadores e colares de perfuração de poços de petróleo, instrumentos e componentes eletrônicos.
Monel R-405
Monel R-405 é a versão de usinagem livre do Monel 400. É uma liga de níquel-cobre com uma quantidade controlada de enxofre adicionado para fornecer inclusões de sulfeto que atuam como quebradores de cavacos durante a usinagem. Como o Monel 400, a liga R-405 é resistente à água do mar e ao vapor em altas temperaturas, bem como a soluções salinas e cáusticas. Monel R-405 é uma liga de solução sólida que só pode ser endurecida por trabalho a frio. Esta liga de níquel apresenta características como boa resistência à corrosão, boa soldabilidade e alta resistência. Uma baixa taxa de corrosão em água salobra ou do mar de fluxo rápido combinada com excelente resistência à corrosão sob tensão na maioria das águas doces combinada com sua resistência a uma variedade de condições corrosivas justifica seu amplo uso em aplicações marinhas e outras soluções de cloreto não oxidantes. Esta liga de níquel-cobre é particularmente resistente aos ácidos clorídrico e fluorídrico quando eles são desaerados. Como seria de se esperar por seu alto teor de cobre, a liga R-405 é rapidamente atacada por sistemas de ácido nítrico e amônia.
A liga R-405 é usada principalmente para estoque de parafusadeiras automáticas e geralmente não é recomendada para outras aplicações.
Monel 502
Monel 502 é uma liga de níquel-cobre e seu número UNS é N05502. Este tipo também tem boa resistência à fluência e à oxidação. Monel 502 pode ser formado em diferentes formas. Monel 502 pode ser usinado de maneira semelhante aos aços inoxidáveis austeníticos.
Veja também
Referências
Bibliografia
- Shoemaker, Lewis E .; Smith, Gaylord D. (2006). "A Century of Monel Metal: 1906–2006". JOM . 58 (9): 22. bibcode : 2006JOM .... 58i..22S . doi : 10.1007 / s11837-006-0077-x .