فرآیندهای ساخت و تولید مونل 400 (Monel 400)
شکلدهی گرم و سرد مونل 400 - Monel 400
- دارای خصوصیات عالی شکلدهی سرد تقربیا متناظر با فولادهای زنگنزن کروم نیکل
- نرخ کارسختی پایینتر از فولاد زنگنزن نوع 301/304
- این آلیاژ میتواند در عملیات کشش چندگانه مورد استفاده قرار گیرد که به طور نسبی میزان زیادی تغییرشکل بین عملیاتهای آنیل رخ میدهد.
ماشینکاری مونل 400 - Monel 400
آلیاژ مونل 400 می تواند با نرخ های رضایت بخش توسط ماشین آلات مرسوم در صنعت، ماشین کاری شود. در کل، آلیاژ سرد کشیده شده یا سرد کشیده و تنش گیری شده ، بهترین قابلیت ماشین کاری و صاف ترین سطح در پایان را دارد. آلیاژ مونل R-450 ، گرید مناسب ماشین کاری مونل 400 است.
عملیات حرارتی مونل 400 - Monel 400
- سیکل عملیات آنیل معمولا در محدوده 1400 تا 1800 درجه فارنهایت (760 تا 980 درجه سانتیگراد) برای مدت زمانهای کوتاه صورت میگیرد.
- عملیات آنیل باید در اتمسفر (محیط) عاری از ترکیبات سولفوری انجام شود، چون امکان دارد سولفور ماده را در زمان قرارگیری در محدوده دماهای آنیل شکننده کند.
- رهاسازی تنش دما پایین بر روی ماده کارسرد شده با حرارتدهی در دمای حدود 575 درجه فارنهایت (300 درجه سانتیگراد) برای 1 تا 3 ساعت امکانپذیر است.
- درصد بالایی از آلیاژ بدون عملیات حرارتی نهایی در شرایط کاری قرار میگیرند. این باعث افزایش استحکام ماده میشود.
جوشکاری و جوش پذیری مونل 400 - Monel 400
- امکان اتصالدهی توسط فرآیندهای مختلفی شامل فرآیندهای جوشکاری قوسی تنگستنی تحت گاز محافظ (GTAW)، قوسی فلزی تحت گاز محافظ (GMAW) و قوس دستی (SMAW)
- تمیزکاری ناحیه اتصال از منابع روانساز و رنگها برای جلوگیری از شکنندگی
- ماده باید برای بهترین جوشکاری دارای مقیاس آزاد باشد. روند جوشکاری برای آلیاژ 400 مشابه روشهایی است که برای فولادهای زنگنزن آستنیتی استفاده میشود.
- معمولا عملیات حرارتی پیشگرم و پسگرم برای جوشکاری این آلیاژ مورد نیاز نمیباشد.
اطلاعات تکمیلی در مورد مونل 400
مقاومت به خوردگی
آلیاژ مونل 400 مقاومت به خوردگی بسیار خوبی از خود نشان می دهد. همچنین به طور کلی در برابر حمله ی عوامل اکسید کننده، نسبت به آلیاژ های با مس بالاتر ، مقاوم تر است. این تطبیق پذیری باعث می شود که آلیاژ مونل 400 برای سرویس دهی در طیف وسیعی از محیط ها مناسب باشد.
آلیاژ مونل 400 به طور گسترده ای در کاربردهای دریایی مورد استفاده قرار می گیرد. در حالی که محصولات آلیاژ مونل 400 میزان خوردگی بسیار پایینی در حالت غوطه وری در آب دریا از خود نشان می دهند، در شرایط راکد ، خوردگی شیاری و خوردگی حفره ای افزایش می یابد. همچنین آلیاژ مونل 400 مقاوم به ترک تنش خوردگی و خوردگی حفره ای در اکثر آب های شیرین و صنعتی است.
آلیاژ مونل 400 مقاومت استثنایی در برابر هیدروفلوریک اسید در تمام غلظت ها تا نقطه جوش دارد. تجربه نشان داده این آلیاژ در میان اکثر آلیاژ های مهندسی که معمولا استفاده می شوند، مقاوم ترین است. آلیاژ مونل 400 در برابر بسیاری از اشکال سولفوریک اسید و هیدروکلریک اسید تحت شرایط احیا (کاهش) نیز مقاوم است.
دستور العمل های کاری
آلیاژ مونل 400 می تواند توسط کنترل مناسب مقدار کارگرم یا کارسرد و با انتخاب عملیات حرارتی مناسب، به شکل داده شده و به هم متصل شود. محصولات از جنس مونل 400 میتواند در طیف گسترده ای از خواص مکانیکی تولید شود.
گرمایش و اسید شویی
عملیات حرارتی
وقتی مونل 400 در محیط احیا کننده حرارت داده می شود و سرد می شود یا در محلول آب و الکل کوئنچ می شود، روشن و عاری از تغییر رنگ باقی می ماند و نرخ سردکردن تاثیر قابل توجهی ندارد. آلیاژ مونل 400 ، اگر بعد از گرم شدن در هوا خنک شود، یک نوار (فیلم) اکسید چسبنده ایجاد می کند.
هر دو آلیاژ مونل 400 کار سرد و کار گرم شده، برای توسعه ترکیب بهینه استحکام و شکل پذیری و برای به حداقل رساندن اعوجاج هنگام ماشین کاری بعدی به عملیات حرارتی نیاز دارد. چگونگی تاثیر عملیات حرارتی بر ویژگی های آلیاژ، در شکل 13 نشان داده شده است.
|
تنش آلیاژ کار سرد شده، تنش تسلیم در 0.00% offset را بدون تاثیر قابل ملاحظه بر روی سایر خواص افزایش می دهد. (شکل 13 را ملاحظه کنید.) تساوی (موازنه) تنش، با نگه داشتن ماده در دمای 575 درجه فارنهایت برای مدت 3 ساعت انجام می شود.
تنش گیری باعث کاهش تنش ها بدون تولید ساختار دانه ای تبلور مجدد شده می شود. این عملیات برای رسیدن به حداقل اعوجاج بعد از براده برداری، توصیه می شود. گرما دادن در دمای 1000 تا 1050 درجه فارنهایت به مدت 1 تا 2 ساعت باعث کاهش کرنش در محصولات کارگرم و کارسرد می شود. تنش گیری (1000 تا 1200 درجه فارنهایت / 1 ساعت، و به دنبال آن سرد شدن آهسته) به عنوان یک اقدام احتیاطی در برابر ترک تنش خوردگی در محیط های خاص به شدت توصیه می شود. همان طور که در شکل نشان داده شده است؛ تنش زدایی اندکی استحکام کششی، استحکام تسلیم و سختی را کاهش می دهد و ازدیاد طول را کمی افزایش می دهد.
آنیل می تواند آلیاژ کار سخت شده را کاملا نرم کند. زمان و دمای مورد نیاز به مقدار کار سرد قبلی بستگی دارد. به طور کلی، آلیاژ مونل 400 به روش حرارت دهی باز با نگه داشتن در دمای 1600 تا 1800 درجه فارنهایت به مدت 2 تا 10 دقیقه، آنیل می شود. درحالی که آنیل در محفظه بسته در دمای 1400 تا 1500 درجه فارنهایت به مدت 1 تا 3 ساعت رضایت بخش تر است.
اثرات گرمایش بر خواص مواد سرد کشیده شده و نورد گرم شده در شکل های 13 و 14 مقایسه شده است. در این آزمایشات، میله سرد کشیده شده بعد از 3 ساعت در دمای 1300 درجه فارنهایت و صفحه نورد گرم شده بعد از 3 ساعت در دمای 1470 درجه فارنهایت آنیل تمپر می شود. اطلاعات بیشتر در مورد روابط زمان و دما و سختی در شکل 15 نشان داده شده است.
|
|
رشد دانه زمانی اتفاق می افتد که ماده در بالای محدوده ی دمایی آنیل گرم شود. شکل 16 اندازه ی دانه هایی را نشان می دهد که از آنیل در محیط باز تسمه ( نوار ) نورد سرد شده انتظار میرود.
اسید شویی
اسید شویی می تواند سطوح روشن و تمیزی روی آلیاژ مونل 400 ایجاد کند.
ساخت و تولید
آلیاژ مونل 400 توسط فرآیند های استاندارد به راحتی شکل داده و تولید می شود.
شکل دهی گرم
باتوجه به مقاومت آلیاژ در برابر تغییر شکل گرم، آلیاژ مونل 400 از بسیاری از فولادها نرم تر است. در نتیجه می توان با شکل دهی گرم آن را تقریبا به هر شکلی درآورد.
استفاده از دمای مناسب در حین تغییر شکل گرم، مهم است. محدوده ی دمایی تغییر شکل گرم، 1200 تا 2150 درجه فارنهایت است. برای کاهش شدید سطح مقطع ، دمای توصیه شده فلز، 1700 تا 2150 درجه فارنهایت می باشد. کاهش کمتر در سطح مقطع ، میتواند تا 1200 درجه فارنهایت کاهش یابد. کار در دماهای پایین تر، خواص مکانیکی بالاتر و دانه با اندازه کوچک تری ایجاد میکند.
ماندن مداوم و طولانی مدت در دماهای تغییر شکل گرم ، مضر است. اگر در طول فرآیند تاخیری ایجاد شود، کوره باید به 1900 درجه فارنهایت برگردد و تا وقتی که عملیات ادامه دارد، به درجه حرارت نرسد. در هیچ موردی آلیاژ نباید در بالاتر از 2150 درجه فارنهایت حرارت داده شود؛ زیرا ممکن است آسیب دائمی ایجاد شود.
فورج (آهنگری) شدید نباید آنقدر سریع انجام شود که فلز در اثر کار گرم ، دچار حرارت بیشتر شود. استفاده از یک دما سنج نوری در این شرایط و برای کنترل روی فرآیند توصیه میشود.
در عملیات خمش گرم، باید هرچه زودتر بعد از خارج شدن فلز از کوره، روی آن کار انجام شود. ابزار های پیش گرم کردن تا حدود 500 درجه فارنهایت، برای پیشگیری از سرد شدن ماده حین کار مفید هستند.
یک فرآیند فورج (آهنگری) کنترل شده برای برآوردن الزامات و مشخصات قطعات فورج شده لازم است. هم میزان کاهش و هم دمای پایان کار، برای حصول خواص مطلوب باید کنترل شوند.
یک روش برای تولید قطعات فورج شده با مشخصات مطلوب، شامل 30 تا 35 درصد کاهش به دنبال گرمایش نهایی است.
این روش به شرح زیر انجام می شود:
-
مجددا گرم کنید.
-
تا قسمتی فورج کنید که مساحت آن حدود 5 % بیشتر از شکل نهایی است. (حداقل 25 % کاهش دهید)
-
تا 1300 درجه فارنهایت سرد کنید.
-
با حصول اندازه، عملیات را تمام کنید. (5 % کاهش)
فورج با کشش بالا، همان طور که در مشخصات فنی توصیف شد، حداقل به 30 تا 35 % کاهش به دنبال گرمایش نهایی نیز نیاز دارد. این پروسه به شیوه زیر انجام می شود:
-
مجددا گرم کنید.
-
تا قسمتی فورج کنید که مساحت آن حدود 25 % بیشتر از شکل نهایی است. (حداقل 5 % کاهش دهید)
-
تا 1300 درجه فارنهایت سرد کنید.
-
با حصول اندازه، عملیات را تمام کنید. (25 % کاهش)
ریز دانه سازی با استفاده از حرارت 2000 درجه فارنهایت برای گرمایش نهایی و با افزایش مقدار کاهش بعد از آخرین گرمایش بدست می آید.
شکل دهی سرد
آلیاژ مونل 400 تقریبا با تمام روش های تولید سرد سازگار است. نیروهای مورد نیاز و نرخ کار سختی، متوسط و بین مقادیر مورد نیاز برای فولاد نرم و فولاد زنگ نزن 304 است. (شکل 17 را ببینید)
اتصال (جوشکاری)
آلیاژ مونل 400 به راحتی با روش های مرسوم جوشکاری میشود. بیشتر فرآیند های مرسوم جوشکاری می تواند برای اتصال آلیاژ مونل 400 به خودش یا به آلیاژ های غیر مشابه استفاده شود. انتخاب محصول جوشکاری به مواد متصل شونده و محیطی که در معرض آن هستند، بستگی دارد.
برای جوشکاری قوس فلزی محافظ (SMAW) الکترود جوشکاری مونل 190 برای اتصال قطعات جوش با ترکیب تقریبا مشابه، استفاده می شود. برای برخی کاربرد ها، الکترود جوشکاری نیکل 141، الکترود جوشکاری INCO-WELD A ، یا الکترود جوشکاری اینکونل 112 ممکن است ترجیح داده شوند. خواص قطعات جوش شده توسط الکترود جوشکاری مونل 190 بین دو بخش صفحه ی آلیاژ مونل 400 و بین بخش های صفحه ی آلیاژ مونل 400 و فولاد کربنی در جداول 20 و 21 نشان داده شده است.
|
|
برای جوشکاری قوس تنگستن با گاز (GTAW) و جوشکاری قوس فلزی با گاز (GMAW) ، فلز پرکننده مونل 60 (MONEL Filler Metal 60) برای اتصال قطعات جوش با ترکیب تقریبا مشابه استفاده می شود. برای برخی کاربردها، فلز پرکننده نیکل 61 (Nickel Filler Metal 61) یا فلز پرکننده اینکونل 625 (INCONEL Filler Metal 625) ممکن است ترجیح داده شوند. این فلزات پرکننده مشابه، می توانند برای جوشکاری قوس زیر پودری (SAW) استفاده شوند. INCOFLUX 5 با فلز پرکننده مونل 60 (MONEL Filler Metal 60) استفاده می شود. INCOFLUX 6 با فلز پرکننده نیکل 61 (Nickel Filler Metal 61) استفاده می شود. فلز پرکننده اینکونل 625 (INCONEL Filler Metal 625) با INCOFLUX 7 استفاده می شود.
تاریخچه تولید آلیاژهای مونل 400 و 500
در ژانویه سال 1906 مدیر شرکت ملی نیکل کانادا ( International Nickel Company of Canada ) آمبروزی مونل با کمک رابرت استنلی اولین آلیاژ مس – نیکل را به نام مونل 400 (Monel 400 ) تولید و روانه بازار نمودند. این آلیاژ به مدت بیش از یک قرن در طیف وسیعی ازتجهیزات از قبیل صنایع هوایی ، دریایی ، نفت ، گاز، پتروشیمی و ... مورد استفاده واقع میشود. این شرکت در سال 1916 تحت مالکیت شرکت امریکایی درآمد و در سال 1919 نام تجاری اینکو را برای خود انتخاب نمود و خانواده آلیاژهای معروف اینکونل نیز از محصولات مشهور این شرکت هستند.
|
|
شرکت اینکو در سال 1902
|
برگه سهام شرکت بین المللی نیکل - اینکو
|
از اولین مصارف گسترده آلیاژ مونل ، ساخت سقف ایستگاه مرکزی قطار شهر نیویورک به نام ایستگاه پنسیلوانیا از این آلیاژ بود. این ایستگاه در سال 1910ساخته شد. پس از ساخت سقف پن استیشن ، ساختمان های بیشتری نظیرپنتاگون و ... هم از این آلیاژ برای ساخت سقف ، سازه های دکوراتیو داخلی و دیگر تجهیزات استفاده کردند.
|
|
|
وزارت دفاع امریکا ( پنتاگون ) با سقف از جنس مونل
|
ایستگاه مرکزی قطار نیویورک ( پن استیشن ) با سقف از جنس مونل
|
ایستگاه مرکزی قطار نیویورک ( پن استیشن ) با سقف از جنس مونل
|
خانواده آلیاژهای مونل
مونل 400 : صنایع دریایی ، شیمیایی ، آلکالی ، فرآیندهای هیدروکربن ، پمپها ، شیرها ، آرت دکو ، معماری و ساختمان
مونل 401 : صنایع الکتریکی و الکترونیکی
مونل 404 : صنایع الکتریکی و الکترونیکی
مونل 405 : ماشین ابزارهای اتومات
مونل 450 : کندانسورهای آب دریا ، لوله های تقطیر، دستگاه های بخار و مبدل های حرارتی ، تجهیزات آب شور
مونل 500K- : ایمپلر و شفت پمپ ها ، مته ها و تجهیزات دندانپزشکی، تجهیزات حفاری ودرون چاهی نفت ، ابزاردقیق
در سال 1922 شرکت اینکو تصمیم به سرمایه گذاری بیشتر روی تولید مونل و دیگر آلیاژها به صورت ورق نمود و با بیش از 3 میلیون دلار سرمایه گذاری در شهر هانتینگتون کارخانه ورق هانتینگتون را تاسیس نمود و کماکان از بهترین تولید کنندگان ورق های سوپرآلیاژدر دنیاست.اولین محموله ورقهای مونل تولید شده در شرکت هانتینگتون در سال 1922 به کارخانه تولید ماشین های لباسشویی با آبگرمکن الکتریکی در سین سیناتی به نام کمپانی لباسشویی امریکا ارسال گردید. پس از آن ، مصرف مونل در لوازم خانه و آشپزخانه ، تجهیزات صنعتی ، دارویی ، غذایی و ... طی دهه های بیست و سی میلادی رشدی فزاینده گرفت و کماکان نیز این آلیاژ جایگاه ویژه ای در انتخاب آلیاژ مقاوم به خوردگی دارد.
|
|
|
|
فراگیر شدن استفاده از آلیاژهای مونل در تجهیزات خانگی و صنعتی از دهه بیست میلادی
|
شرکت اینکو در سال 1924 تحقیقات برای استحکام دادن به مونل 400 را آغاز و پس از دو سال ، آلیاژ مونل 500 (Monel K-500) را به صنعت معرفی نمود . این آلیاژ برای نیروی دریایی امریکا تولید شده بود ولی بعدها در صنایع دیگرنظیر هوایی ، نفت ، گاز، پتروشیمی و ... نیز مورد استفاده واقع شد.
در سال 1926 گام مهمی در توسعه خانواده آلیاژهای مونل برداشته شد. متالورژ ارشد شرکت اینکو مهندس پاول مریکا ، با افزودن آلومینیوم به مونل و عملیات حرارتی استحکام آنرا ارتقا داد و مونل k500 به صنعت معرفی شد.وی در سالهای آخرکاری خود مدیرعامل اینکو شد.
|
|
|
توصیه ( آگهی صنعتی ) مدیران صنعتی برای استفاده از مونل در محصولات خود
|
Paul Dyer Merica
مدیرعامل وقت اینکو و مخترع مونل K-500
|
توصیه ( آگهی صنعتی ) مدیران صنعتی برای استفاده از مونل در محصولات خود
|
در دوران جنگ دوم جهانی پلاک های شناسایی سربازان از جنس مونل ساخته شد تا در گل و لای و شرایط خوردگی زیاد دوام بیاورند. سربازان به شوخی نام Dog Tags را روی این پلاکها گذاشتند . در طول سالهای جنگ دوم جهانی ساخت تجهیزات از جنس مونل امکان تولید آلکالی های هیدروفلووریک رابرای تولید سوخت هواپیماها فراهم کرد. همچنین از دیگر کاربردهای این واکنش در شیمی درمانی و به منظور درمان سرطان از طریق آسیب رساندن به دی ان ای سلولهای سرطانی است. پس از جنگ دوم جهانی استفاده از آلیاژهای مونل در تمامی صنایع رشدی فزاینده داشت . عملکرد عالی آلیاژهای مونل منجر به استفاده گسترده از آنها در شرایط دریایی شد . یکی از این موارد زیردریایی های تهاجمی هسته ای کلاس ویرجین در ارتش ایالات متحده است که از سال 2000 تولید و یازده فروند آن مشغول به فعالیت است.