Monel es un grupo de aleaciones de níquel , compuesto principalmente de níquel (del 52 al 67%) y cobre , con pequeñas cantidades de hierro, manganeso, carbono y silicio. (Las aleaciones con un contenido de cobre del 60% o más se denominan cuproníquel ).
Más fuertes que el níquel puro, las aleaciones de Monel son resistentes a la corrosión por muchos agentes, incluido el agua de mar que fluye rápidamente. Se pueden fabricar fácilmente mediante trabajo en caliente y en frío, mecanizado y soldadura. [2]
Monel fue creado en 1905 por Robert Crooks Stanley, quien en ese momento trabajaba en International Nickel Company (Inco). [3] La aleación 400 de Monel es una aleación binaria de las mismas proporciones de níquel y cobre que se encuentra naturalmente en el mineral de níquel meteorítico de las minas de Sudbury (Ontario) y, por lo tanto, se considera una aleación puritana . [i] [4] [5] Monel recibió su nombre en honor al presidente de la compañía, Ambrose Monell, y se patentó en 1906. [6] Se eliminó una L, porque los apellidos no estaban permitidos como marcas registradas en ese momento. [1] La marca comercial se registró en mayo de 1921, [7] y el nombre ahora es una marca comercial de Special Metals Corporation .
Es una aleación cara, por lo que su uso se limita a aquellas aplicaciones en las que no se puede sustituir por alternativas más económicas. [ cita requerida ] En comparación con el acero al carbono, las tuberías en Monel eran alrededor de 2015 más de tres veces más caras. [8]
Propiedades
Monel es una aleación binaria en solución sólida. Como el níquel y el cobre son mutuamente solubles en todas las proporciones, es una aleación de una sola fase. Comparado con el acero, Monel es muy difícil de mecanizar ya que se endurece muy rápidamente. Debe girarse y trabajarse a velocidades lentas y velocidades de avance bajas. Es resistente a la corrosión y los ácidos, y algunas aleaciones pueden resistir un incendio en oxígeno puro. Se usa comúnmente en aplicaciones con condiciones altamente corrosivas. Pequeñas adiciones de aluminio y titanio forman una aleación (K-500) con la misma resistencia a la corrosión pero con una fuerza mucho mayor debido a la formación de gamma prime al envejecer. El monel suele ser mucho más caro que el acero inoxidable .
La aleación 400 de Monel tiene un peso específico de 8.80, [9] un rango de fusión de 1300-1350 ° C, una conductividad eléctrica de aproximadamente 34% IACS y (en estado recocido) una dureza de 65 Rockwell B. [10] Monel La aleación 400 destaca por su tenacidad, que se mantiene en un rango considerable de temperaturas.
La aleación 400 de Monel tiene excelentes propiedades mecánicas a temperaturas bajo cero. La resistencia y la dureza aumentan con solo un ligero deterioro de la ductilidad o la resistencia al impacto. La aleación no experimenta una transición de dúctil a frágil incluso cuando se enfría a la temperatura del hidrógeno líquido. Esto contrasta notablemente con muchos materiales ferrosos que son frágiles a bajas temperaturas a pesar de su mayor resistencia.
Usos
Aplicaciones aeroespaciales
En la década de 1960, el metal Monel encontró usos a granel en la construcción de aviones , especialmente en la fabricación de estructuras y revestimientos de aviones de cohetes experimentales , como el norteamericano X-15 , para resistir el gran calor generado por la fricción aerodinámica durante los vuelos a velocidades extremadamente altas. El metal Monel conserva su resistencia a temperaturas muy altas, lo que le permite mantener su forma a altas velocidades de vuelo atmosféricas, una compensación contra el aumento de peso de las piezas debido a la alta densidad de Monel .
Monel se utiliza para cableado de seguridad en el mantenimiento de aeronaves para garantizar que los sujetadores no se deshagan, generalmente en áreas de alta temperatura; El alambre inoxidable se utiliza en otras áreas para ahorrar.
Producción y refinación de petróleo
Monel se utiliza en la sección de unidades de alquilación en contacto directo con ácido fluorhídrico concentrado. Monel ofrece una resistencia excepcional al ácido fluorhídrico en todas las concentraciones hasta el punto de ebullición. Es quizás la más resistente de todas las aleaciones de ingeniería de uso común. La aleación también es resistente a muchas formas de ácidos sulfúrico y clorhídrico en condiciones reductoras.
Aplicaciones marinas
La resistencia a la corrosión de Monel lo hace ideal en aplicaciones tales como sistemas de tuberías, ejes de bombas, válvulas de agua de mar, alambre de pesca por curricán y cestas coladoras. Algunas aleaciones son completamente no magnéticas y se utilizan para anclar cables a bordo de dragaminas , [11] carcasas para equipos de medición de campos magnéticos. En la navegación recreativa, Monel se utiliza como alambre para sujetar grilletes para cuerdas de ancla, para tanques de agua y combustible y para aplicaciones submarinas. También se utiliza para ejes de hélice y pernos de quilla. En los populares veleros Hobiecat, los remaches Monel [12] se utilizan donde se necesita resistencia, pero el acero inoxidable no se puede usar debido a la corrosión que resultaría del contacto del acero inoxidable con el mástil de aluminio, la botavara y el armazón del barco en agua salada. ambiente.
Debido al problema de la acción electrolítica en el agua salada (también conocida como corrosión galvánica ), en la construcción naval, Monel debe aislarse cuidadosamente de otros metales como el acero. El 12 de agosto de 1915, The New York Times publicó un artículo sobre un yate de 215 pies, "el primer barco que se ha construido con un casco completamente Monel", que "se hizo pedazos" en solo seis semanas y tuvo que ser desguazado. , "a causa de la desintegración de su trasero por acción eléctrica". El esqueleto de acero del yate se deterioró debido a la interacción electrolítica con el Monel. [13]
En la investigación de aves marinas, y en el anillado o anillado de aves en particular, Monel se ha utilizado para hacer bandas o anillos de aves para muchas especies, como los albatros , que viven en un ambiente de agua marina corrosiva. [14]
Instrumentos musicales
El monel se utiliza como material para pistones o rotores de válvulas en algunos instrumentos musicales de mayor calidad, como trompetas, tubas y trompas. RotoSound introdujo el uso de Monel para cuerdas de bajo eléctrico en 1962, y estas cuerdas han sido utilizadas por numerosos artistas, incluidos Steve Harris de Iron Maiden , The Who , Sting , John Deacon , John Paul Jones y el fallecido Chris Squire . Monel estaba en uso a principios de la década de 1930 por otros fabricantes de cuerdas musicales, como Gibson Guitar Corporation , que continúan ofreciéndolas para mandolina como el set de firma de Sam Bush . Además, CF Martin & Co. utiliza Monel para sus cuerdas de guitarra acústica Martin Retro. La fábrica de cuerdas Pyramid (Alemania) produce cuerdas de guitarra eléctrica 'Monel classics', enrolladas en un núcleo redondo. En 2017, la compañía de cuerdas D'Addario lanzó una línea de cuerdas de violín usando una cuerda Monel en la cuerda D y G.
Otro
La buena resistencia a la corrosión por ácidos y oxígeno hace de Monel un buen material para la industria química. Incluso los fluoruros corrosivos pueden manipularse dentro del aparato Monel; esto se hizo de manera extensiva en el enriquecimiento de uranio en la Planta de Difusión Gaseosa de Oak Ridge . Aquí, la mayoría de los tubos de mayor diámetro para el hexafluoruro de uranio se fabricaron con Monel. [15] Los reguladores para cilindros de gases reactivos como el cloruro de hidrógeno constituyen otro ejemplo, donde el PTFE no es una opción adecuada cuando se requieren altas presiones de entrega. Estos a veces incluirán un colector Monel y grifos antes del regulador que permiten que el regulador se lave con un gas inerte seco después de su uso para proteger aún más el equipo.
A principios del siglo XX, cuando se usaba ampliamente la energía del vapor , se anunció que Monel era deseable para su uso en sistemas de vapor sobrecalentado . [16] Durante las guerras mundiales, Monel se utilizó para placas de identificación militares estadounidenses .
Monel se usa a menudo para fregaderos de cocina y en los marcos de anteojos. También se ha utilizado para estancias de cámaras de combustión en calderas de tubos de fuego .
Partes del Reloj del Largo Ahora , que está diseñado para funcionar durante 10,000 años, están hechas de Monel debido a la resistencia a la corrosión sin el uso de metales preciosos. [17]
Monel se utilizó para gran parte del metal expuesto utilizado en el interior de la Catedral Bryn Athyn en Pensilvania, sede religiosa de la Iglesia General de la Nueva Jerusalén . Esto incluía grandes mamparas decorativas, pomos de puertas, etc. [1] Monel también se ha utilizado como material para techos en edificios como la estación original de Pennsylvania en la ciudad de Nueva York. [1]
El Acura (Honda) NSX 1991-1996 vino con una llave hecha de Monel. [18]
Las aplicaciones en campos petrolíferos incluyen el uso de collares de perforación Monel. Los instrumentos que miden el campo magnético de la Tierra para obtener una dirección se colocan en un collar no magnético que los aísla del tirón magnético de las herramientas de perforación ubicadas encima y debajo de los collares no magnéticos. En la actualidad, el monel se usa con poca frecuencia, generalmente reemplazado por aceros inoxidables no magnéticos. [19] [20]
Monel también se utiliza como material de unión protector en el exterior de los estribos de estilo occidental.
Arrow Fastener Co., Inc. utiliza Monel para grapas T50 a prueba de herrumbre.
Monel también se ha utilizado en refrigeradores Kelvinator.
Monel se usó en Baby Alice Thumb Guard, un dispositivo anti-chuparse el dedo de la década de 1930. [21]
Monel se utiliza en el procesamiento de películas cinematográficas. Los empalmes de grapas de Monel son ideales para resistir la corrosión por su uso en tanques fotoquímicos de funcionamiento continuo.
Aleaciones
Monel a menudo se comercializa bajo las normas ISO 6208 (placa, chapa y tira) 9723 (barras) 9724 (alambre) 9725 (forjados) y DIN 17751 (tuberías y tubos).
Nombre comercial | ASTM / AISI Tipo de aleación | UNS | % Cu | %Alabama | % Ti | % Fe | %Minnesota | %Si | % Ni |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Monel 400 | B 127, B 164 | N04400 | 28–34 | 2,5 máx. | 2.0 máximo | 0,5 máx. | 63 min | ||
Monel 401 | N04401 | 28–34 | 2,5 máx. | 2.0 máximo | 63 min | ||||
Monel 404 | N04404 | Movimiento rápido del ojo | 0.05 máximo | 0,5 máx. | 0,1 máximo | 0,1 máximo | 52–57 | ||
Monel K-500 | B 865 | N05500 | 27–33 | 2.3–3.15 | 0,35-0,85 | 2.0 máximo | 1,5 máx. | 0,5 máx. | 63 min |
Monel 405 | B 164 | N04405 | 28–34 | 2,5 máx. | 2.0 máximo | 0,5 máx. | 63 min |
Monel 400
Monel 400 muestra una alta resistencia y una excelente resistencia a la corrosión en una variedad de entornos ácidos y alcalinos y es especialmente adecuado para condiciones reductoras. [22] También tiene buena ductilidad y conductividad térmica. Monel 400 generalmente encuentra aplicación en ingeniería marina, procesamiento químico y de hidrocarburos, intercambiadores de calor, válvulas y bombas. Está cubierto por las siguientes normas: BS 3075, 3076 NA 13, DTD 204B y ASTM B164. [23]
Se hace un gran uso de Monel 400 en unidades de alquilación, es decir, en la sección de reacción en contacto con ácido fluorhídrico concentrado.
Monel 401
Esta aleación está diseñada para su uso en aplicaciones eléctricas y electrónicas especializadas. [24] La aleación 401 se suelda fácilmente de forma autógena mediante el proceso de gas-tungsteno-arco. La soldadura por resistencia es un método muy satisfactorio para unir el material. También presenta buenas características de soldadura fuerte. Está cubierto por la norma UNS N04401.
Monel 404
La aleación Monel 404 se utiliza principalmente en aplicaciones eléctricas y electrónicas especializadas. [25] La composición de Monel 404 se ajusta cuidadosamente para proporcionar una temperatura de Curie muy baja , baja permeabilidad y buenas características de soldadura fuerte.
Monel 404 se puede soldar mediante técnicas de soldadura comunes y se puede forjar, pero no se puede trabajar en caliente. El trabajo en frío se puede realizar utilizando herramientas estándar y materiales de matriz blandos para un mejor acabado. Está cubierto por las normas UNS N04404 y ASTM F96. Monel 404 se utiliza en cápsulas para transistores y sellos de cerámica a metal.
Monel 405
Monel 405 es el grado de mecanizado libre de la aleación 400. [26] El porcentaje de níquel, carbono, manganeso, hierro, silicio y cobre sigue siendo el mismo que el de la aleación 400, pero el azufre se cambia de 0.024 máx. A 0.025-0.060%. La aleación 405 se usa principalmente para material de máquinas de tornillo automático y generalmente no se recomienda para otras aplicaciones. Los sulfuros de níquel-cobre resultantes del azufre en su composición actúan como rompevirutas, pero debido a estas inclusiones el acabado superficial de la aleación no es tan suave como el de la aleación 400. Monel 405 se designa como UNS N04405 y está cubierto por ASME SB -164, ASTM B-164, Federal QQ-N-281, SAE AMS 4674 y 7234, Militar MIL-N-894 y NACE MR-01-75.
Monel 450
Esta aleación presenta una buena resistencia a la fatiga y tiene una conductividad térmica relativamente alta. Se utiliza para condensadores de agua de mar, placas de condensador, tubos de destilación, tubos de evaporador e intercambiador de calor y tuberías de agua salada. [27]
Monel K-500
Monel K-500 combina la excelente resistencia a la corrosión característica de la aleación Monel 400 con las ventajas adicionales de una mayor resistencia y dureza. [28] [29] Las propiedades mejoradas se obtienen agregando aluminio y titanio a la base de níquel-cobre, y calentando en condiciones controladas para que las partículas submicroscópicas de Ni 3 (Ti, Al) se precipiten por toda la matriz.
La resistencia a la corrosión de la aleación K-500 de Monel es sustancialmente equivalente a la de la aleación 400, excepto que, cuando está endurecida por envejecimiento, la aleación K-500 tiene una mayor tendencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión en algunos entornos. Se ha descubierto que la aleación de Monel K-500 es resistente a un entorno de gas ácido. La combinación de tasas de corrosión muy bajas en agua de mar de alta velocidad y alta resistencia hace que la aleación K-500 sea particularmente adecuada para ejes de bombas centrífugas en servicio marino. En agua de mar estancada o que se mueve lentamente, se pueden producir incrustaciones seguidas de picaduras, pero estas picaduras se ralentizan después de un ataque inicial bastante rápido.
Las aplicaciones típicas de la aleación K-500 son ejes de bombas e impulsores, rasquetas y rasquetas, y collares de perforación de pozos de petróleo, instrumentos y componentes electrónicos.
Monel R-405
Monel R-405 es la versión de mecanizado libre de Monel 400. Es una aleación de níquel-cobre con una cantidad controlada de azufre añadido para proporcionar inclusiones de sulfuro que actúan como rompevirutas durante el mecanizado. Al igual que Monel 400, la aleación R-405 es resistente al agua de mar y al vapor a altas temperaturas, así como a las soluciones salinas y cáusticas. Monel R-405 es una aleación en solución sólida que solo puede endurecerse mediante trabajo en frío. Esta aleación de níquel presenta características como buena resistencia a la corrosión, buena soldabilidad y alta resistencia. Una baja tasa de corrosión en agua de mar o salobre que fluye rápidamente combinada con una excelente resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión en la mayoría de las aguas dulces combinada con su resistencia a una variedad de condiciones corrosivas justifica su amplio uso en aplicaciones marinas y otras soluciones de cloruro no oxidantes. Esta aleación de níquel-cobre es particularmente resistente a los ácidos clorhídrico y fluorhídrico cuando se desairean. Como era de esperar por su alto contenido de cobre, la aleación R-405 es rápidamente atacada por los sistemas de ácido nítrico y amoniaco.
La aleación R-405 se usa principalmente para material de máquinas de tornillo automático y generalmente no se recomienda para otras aplicaciones.
Monel 502
Monel 502 es una aleación de níquel-cobre y su número UNS es N05502. Este grado también tiene buena resistencia a la oxidación y la fluencia. Monel 502 se puede formar en diferentes formas. Monel 502 se puede mecanizar de forma similar a los aceros inoxidables austeníticos.
Ver también
- Cuproníquel
- Hastelloy
- Inconel
Referencias
- ^ Una aleación 'puritana' es aquella cuyos componentes principales se obtienen de un mineral base con la misma composición, por lo que no es necesario mezclarlo con material de otro mineral.
- ^ a b c d Von Margot Gayle; David W. Look; John G. Waite (1992). "Monel". Metales en los edificios históricos de Estados Unidos: usos y tratamientos de conservación . Editorial DIANE. págs. 39–41. ISBN 978-0-16-038073-0. Archivado desde el original el 17 de febrero de 2017 . Consultado el 23 de octubre de 2016 .
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Bibliografía
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enlaces externos
- Corrosión de Monel
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