مونل ۴۰۰ چیست ؟ ویژگی های آن و کاربردهای این سوپر آلیاژ چیست ؟

خانه » مقالات آموزشی » مونل ۴۰۰ چیست ؟ ویژگی های آن و کاربردهای این سوپر آلیاژ چیست ؟

مونل ۴۰۰ یکی از مهمترین آلیاژها در خانواده سوپرآلیاژهای پایه نیکل می‌باشد . سوپرآلیاژ ها (super alloys) به دلیل خواص پیشرفته و منحصر به فردشان به این نام شناخته می‌شوند . سوپر آلیاژها در 5 گروه اصلی در صنایع مختلف پرکاربرد هستند .

علاوه بر مونل 400 آلیاژهای inconel600، inconel625، inconel718 و hastelloy X در دسته سوپرآلیاژها قرار دارند . این آلیاژ یک سوپرآلیاژ نیکل- مس می‌باشد . در بسیاری از محیط‌ ها قابلیت مقاومت شدید به خوردگی دارند .

مونل 400 اولین بار توسط یکی از اعضای شرکت بین المللی نیکل کانادا ابداع شد . در سال 1906 به صورت پتنت ثبت شد . نام مونل برگرفته از نام بنیان گذار این شرکت می‌باشد . ترکیب شیمیایی این آلیاژ در یک بازه قرار دارد .

مونل 400 حاوی 63 درصد نیکل می‌باشد . بین 29 تا 34 درصد مس در ساختار آن می‌باشد . 2 تا 2/5 درصد آهن و همچنین بین 1/5 تا 2 درصد منگنز در ساختار آن موجود می‌باشد . از سایر آلیاژهای دسته مونل، مونل 405 می‌باشد که علاوه بر ترکیبات فوق، حداکثر 0/5 درصد سیلیسیم هم در ساختار دارد .

همچنین مونل K500 بین 2/3 تا 3/15 درصد آلومینیوم و بین 0/35 تا 0/85 تیتانیوم در ساختار خود دارد. یکی از خواص ویژه ی آلیاژهای مونل 400، مقاومت به اکثر محیط‌های خورنده اسیدی ، بازی و چقرمگی بالا می‌باشد .

چقرمگی به معنای قابلیت جذب انرژی ماده پیش از شکست هر چه ماده چقرمه تر باشد در واقع چکش‌خوارتر هم خواهد بود . نحوه آلیاژسازی این آلیاژها با روش های نوین در تجهیزات مخصوصی انجام می‌شود .

یکی از بزرگترین معادن نیکل در کانادا می‌باشد . سنگ نیکل استخراج شده ازاین معدن مقادیر مساوی از نیکل و مس دارد.

عملیات حرارتی این سوپر آلیاژ

این آلیاژ از جمله آلیاژهایی به حساب می‌آید که قابلیت کار سختی دارد . کار سختی یا کار سرد در واقع تعریفی از یک تغییر شکل شدید در ماده در دمای پایین و تنش‌های بالا می‌باشد . مواد با این ویژگی حین کار سرد دچار تغییر در ریز ساختار می‌شوند .

این تغییرات معمولا به صورت ریزدانگی خود را نشان می‌دهند . به این ترتیب خواص مکانیکی آلیاژ بهبود پیدا می‌کند. برای کار گرم این آلیاژ که به معنای تغییر شکل ماده در دمای بالا و تنش های کمتر است .

باید در کوره های مخصوصی در گستره 648 تا 1176 درجه سانتیگراد حرارت ببیند تا آماده تغییر شکل با تنش پایین شود . همچنین عملیات آنیل مونل 400 که حاصل آن نرم ترین نوع آلیاژ می‌باشد، در دمای 926 درجه سانتیگراد انجام می‌شود.

کاربرد مونل ۴۰۰

از مونل ۴۰۰ با توجه به خواص مقاومت به خوردگی که دارد در کاربردهای در معرض خوردگی استفاده می‌شوند . برای مثال در کاربردهای دریایی برای ساخت پمپ، سیستم لوله کشی، شیرآلات و … مورد استفاده قرار می گیرد.

برج تقطیر نفت خام، تجهیزات کارخانه‌های شیمیایی و محفظه های حمل سیالات خورنده از دیگر کاربردهای مونل ۴۰۰ می‌باشد. یکی دیگر از کاربردهای مهم این آلیاژ ساخت فریم‌های عینک می‌باشد . استفاده از این آلیاژ برای ساخت فریم علاوه بر مقاومت به خوردگی بالا، انعطاف پذیری مناسبی نیز فراهم خواهد کرد.

این آلیاژ در بسیاری از زمینه ها بخصوص در صنایع دریایی و شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد.

انواع کاربردهای دیگر عبارت اند از استفاده در شیرآالت، پمپ‎ ها و پروانه پمپ ‎ها، فیکسچرها، بست‎ ها و پیچ و مهره‎ های دریایی ، قطعات الکتریکی و الکترونیکی ، فنرها، تجهیزات فرآیندهای شیمیایی، مخازن آب و گازوییل، مخازن نفت خام پتروشیمی، لوله کشی ها و مخازن فرآیندها، مبدل‎های حرارتی گرم کننده دیگ های بخار آبی و مبدل‎های حرارتی گرم کننده‎ای که درون آن گاز است و سایر مبدل‎های حرارتی.

معایب این محصول

علی‌رغم خواص ویژه مونل 400، این آلیاژ بی نقص نمی‌باشد . در تماس با بعضی مواد شیمیایی مثل نیتریک اکسید و دی اکسید گوگرد دچار خوردگی می‌شود . همچنین این آلیاژ مستعد خوردگی گالوانیک می‌باشد.

این خوردگی هنگامی رخ می‌دهد که فلز در تماس با فلز با پتانسیل الکتریکی بالاتر قرار بگیرد . بنابراین استفاده از اتصالات آهنی، آلومینیومی و روی در تماس با آن باعث خوردگی گالوانیک مونل 400 می‌شود.

خواص شیمیایی این محصول

مونل 400 سوپرآلیاژی است که بر پایه‎ ی نیکل می باشد و عمده عناصری که آن را تشکیل می ‏دهند نیکل و مس هستند. همین طور مونل 400 حاوی مقادیر کمی آهن، آلومینیوم ومنگنز است.

مونل 400 دارای ترکیب شیمیایی زیر است:
کربن 0.3%، سیلیسیوم 0.5%، گوگرد 0.024%، آهن 2.5%، نیکل 70% و مس 34 درصد می‎باشد.
نیکل باعث ایجاد پایداری متالورژیکی،ایجاد و بهبود پایداری حرارتی و جوش پذیری و افزایش مقاومت به خوردگی مخصوصا در محیط های حاوی کلرید مس باعث افزایش مقاومت به اسیدهای احیایی مانند اسید سولفوریک و هیدروفلوئوریک و نمک ها می‌شود.

ویژگی‌های سوپر آلیاژ مونل 400

از ویژگی‎های بارز این سوپر آلیاژ مقاومت به خوردگی آن در محیط‎های نمکی همچون آب دریا، نمک‎های بازی و نمک های طبیعی است. همینطور مقاومت به خوردگی بالای این سوپرآلیاژ در برابر اسید هیدروفلئوریک و فلورین مونل 400 را بسیار خاص و منحصر به فرد کرده است.

از خصوصیات مهم دیگر این محصول مقاومت به خوردگی آن در برابر اسید سولفوریک است که این مقاومت به مقدار اسید سولفوریک و میزان دما بستگی دارد.آلیاژ مونل 400 از اکثر فولادها شکل پذیرتر و نرم تر است و به راحتی به هرشکلی که مدنظر باشد در می‎ آید.

اما برای اینکه به تغییر شکل مطلوب و بدون نقصی دست پیدا کنیم باید دمای آن را 800 تا 1200 درجه سانتیگراد بالا بریم به همین خاطر محدوده دمایی کار گرم این آلیاژ از مابقی سوپرآلیاژ ها وسیع تر است.

در کاهش ضخامت‎ های زیاد حین فرآیند نورد گرم بهتر است فرآیند مذکور در محدوده دمایی 926 تا 1176 درجه سانتیگراد انجام شود. اما باید این نکته را نیز یادآور شد که نگهداری این آلیاژ در دمای نورد مضر میباشد و باعث تغییر در ساختار می‎شود.

محدوده ‎ی دمای ذوب مونل 400: 1300 تا 1350 درجه‎ ی سانتیگراد می باشد.
سختی آن معمولا در بازه ‎ی 60 تا 80 HRB (سختی راکول) می‎ باشد.
ضریب پواسون مونل 400 برابر با 0.32 میباشد.

جوشکاری فلز مونل نیز بسیار راحت و قابل دسترس میباشد این نکته باید در نظر گرفنه شود که در ضخامت های زیر 1.5 میلیمتر نباید از جوشکاری قوس الکتریکی استفاده نمود چراکه باعث گرمای بیش از حد و ذوب ناحیه جوشکاری میگردد.
استحکام و چقرمگی بالا مونل400 در بیش از یک محدوده دمایی باعث شده است که این آلیاژ در ساخت بسیاری از دستگاه ها مورد توجه قرار گیرد.
از نظر ظاهر شبیه انواع آلیاژ استنلس استیل می‌‎باشد.

اشکال موجود از این سوپرآلیاژ

•   اتصالات لوله
•   تیوب
•   فلنج
•   لوله
•   میلگرد
•   ورق
یکی از اصلاحات میلگرد 400 مونل ، میلگرد دریای نیز می‎باشد.

استانداردهای این آلیاژ

ASTM B127 , B163 , B164 , B165 , B564 , B725 , B730 , B366 , AMS 4675 , 4730 , AMS 4544 , 4731

قیمت مونل 400 گران می‌باشد. حتی قیمت این آلیاژ از قیمت مس و نیکل خالص هم گرانتر است و فقط در مواردی که توجیه اقتصادی داشته باشد و نتوان از ماده دیگری استفاده کرد از این ماده استفاده می‌شود.