El monel es un grupo de aleaciones de níquel (entre el 52 y el 67 %) y cobre , con pequeñas cantidades de hierro, manganeso, carbono y silicio. El monel no es una aleación de cuproníquel porque tiene menos del 60 % de cobre.
Más resistentes que el níquel puro, las aleaciones de Monel son resistentes a la corrosión por muchos agentes agresivos, incluida 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 la International Nickel Company (Inco). [3] Monel recibió el nombre del presidente de la compañía , Ambrose Monell , y fue patentado en 1906. [4] Se eliminó una L, porque los apellidos no estaban permitidos como marcas comerciales en ese momento. [1] La marca se registró en mayo de 1921, [5] y el nombre ahora es una marca comercial de Special Metals Corporation .
Como es una aleación costosa, se la suele utilizar en aplicaciones en las que no se la puede reemplazar por alternativas más económicas. Por ejemplo, en 2015, las tuberías de Monel eran más de tres veces más caras que las tuberías equivalentes fabricadas con acero al carbono. [6]
El monel es una aleación binaria de solución sólida. Como el níquel y el cobre son mutuamente solubles en todas las proporciones, es una aleación monofásica. En comparación con el acero, el monel es muy difícil de mecanizar, ya que se endurece por deformación muy rápidamente. Debe tornearse y trabajarse a velocidades lentas y velocidades de avance bajas. Es resistente a la corrosión y a los ácidos, y algunas aleaciones pueden soportar un incendio en oxígeno puro. Se utiliza 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 resistencia mucho mayor debido a la formación de rayos gamma primos con el envejecimiento. El monel suele ser mucho más caro que el acero inoxidable .
La aleación Monel 400 tiene una gravedad específica de 8,80, [7] 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. [8] La aleación Monel 400 se destaca por su tenacidad, que se mantiene en un rango considerable de temperaturas.
La aleación Monel 400 tiene excelentes propiedades mecánicas a temperaturas bajo cero. La resistencia y la dureza aumentan con solo una ligera disminución 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 marcadamente con muchos materiales ferrosos que son frágiles a bajas temperaturas a pesar de su mayor resistencia.
En la década de 1960, el metal Monel encontró usos masivos en la construcción de aeronaves , especialmente en la fabricación de armazones y revestimientos de aviones cohete experimentales , como el North American X-15 , para resistir el gran calor generado por la fricción aerodinámica durante el vuelo 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 atmosférico, una compensación por el mayor peso de las piezas debido a la alta densidad del Monel .
El monel se utiliza para el cableado de seguridad en el mantenimiento de aeronaves para garantizar que los sujetadores no se suelten, generalmente en áreas de alta temperatura; el alambre inoxidable se utiliza en otras áreas por razones económicas. Además, algunos sujetadores utilizados están hechos de esta aleación.
El monel se utiliza en la sección de unidades de alquilación en contacto directo con ácido fluorhídrico concentrado. El monel ofrece una resistencia excepcional al ácido fluorhídrico en todas las concentraciones hasta el punto de ebullición. Es quizás la aleación más resistente de todas las utilizadas habitualmente en ingeniería. La aleación también es resistente a muchas formas de ácidos sulfúrico y clorhídrico en condiciones reductoras.
La resistencia a la corrosión del Monel lo hace ideal en aplicaciones tales como sistemas de tuberías, ejes de bombas, válvulas de agua de mar, alambre para pesca de curricán y cestas de filtros. Algunas aleaciones son completamente no magnéticas y se utilizan para cables de anclaje a bordo de dragaminas [9] o en carcasas para equipos de medición de campos magnéticos. En la navegación recreativa, el Monel se utiliza para cables para sujetar grilletes de cuerdas de anclaje, para tanques de agua y combustible y para aplicaciones submarinas. También se utiliza para ejes de hélice y para pernos de quilla. En los populares veleros Hobiecat, los remaches de Monel [10] se utilizan donde se necesita resistencia pero no se puede utilizar acero inoxidable debido a la corrosión que resultaría del acero inoxidable al estar en contacto con el mástil de aluminio, la botavara y el marco del barco en un entorno de agua salada.
Debido al problema de la acción electrolítica en el agua salada (también conocida como corrosión galvánica ), en la construcción naval el Monel debe aislarse cuidadosamente de otros metales como el acero. El 12 de agosto de 1915, el New York Times publicó un artículo sobre un yate de 215 pies, "el primer barco que se haya construido con un casco completamente de Monel", que "se hizo pedazos" en solo seis semanas y tuvo que ser desguazado, "debido a la desintegración de su fondo por acción eléctrica". El esqueleto de acero del yate se deterioró debido a la interacción electrolítica con el Monel. [11]
En la investigación de aves marinas, y en particular en el anillado de aves , se ha utilizado Monel para fabricar anillos o bandas para muchas especies, como los albatros , que viven en un entorno de agua de mar corrosiva. [12]
Monel se utiliza como material para pistones de válvulas o rotores 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 fue utilizado a principios de la década de 1930 por otros fabricantes de cuerdas musicales, como Gibson Guitar Corporation , que continúa ofreciéndolas para mandolina como el juego exclusivo de Sam Bush . Además, CF Martin & Co. usa Monel para sus cuerdas de guitarra acústica Martin Retro. La fábrica de cuerdas Pyramid (Alemania) produce cuerdas de guitarra eléctrica "clásicas de Monel", enrolladas en un núcleo redondo. En 2017, la empresa de cuerdas D'Addario lanzó una línea de cuerdas de violín que utilizan un bobinado de Monel en la cuerda D y G.
La buena resistencia a la corrosión por ácidos y oxígeno hace que el Monel sea un buen material para la industria química. Incluso los fluoruros corrosivos pueden manipularse dentro de los aparatos de 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. [13] Los reguladores para gases reactivos en cilindros como el cloruro de hidrógeno forman otro ejemplo, donde el PTFE no es una opción adecuada cuando se requieren altas presiones de suministro. Estos a veces incluirán un colector de Monel y grifos antes del regulador que permiten que el regulador se enjuague con un gas inerte seco después de su uso para proteger aún más el equipo.
A principios del siglo XX, cuando la energía de vapor se utilizaba ampliamente, se promocionó el uso de Monel en sistemas de vapor sobrecalentado . [14] Durante las guerras mundiales, Monel se utilizó para las placas de identificación militares de EE. UU .
El monel se utiliza a menudo para fregaderos de cocina y en los marcos de las gafas. También se ha utilizado para los soportes de las cámaras de combustión de las calderas pirotubulares .
Algunas partes del Reloj del Largo Ahora , que está previsto que funcione durante 10.000 años, están hechas de Monel debido a su resistencia a la corrosión sin necesidad de utilizar metales preciosos. [15]
El monel se utilizó para la mayor parte del metal expuesto que se utilizó en el interior de la catedral de Bryn Athyn en Pensilvania, sede religiosa de la Iglesia General de la Nueva Jerusalén . Esto incluía grandes biombos decorativos, pomos de puertas, etc. [1] El monel también se ha utilizado como material para techos en edificios como la estación original de Pensilvania en la ciudad de Nueva York. [1]
El Acura (Honda) NSX 1991-1996 venía con una llave hecha de Monel. [16]
Las aplicaciones en yacimientos petrolíferos incluyen el uso de collarines de perforación de 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 de la atracción magnética de las herramientas de perforación ubicadas por encima y por debajo de los collarines no magnéticos. Actualmente, el Monel se utiliza raramente y generalmente se lo reemplaza por aceros inoxidables no magnéticos. [17] [18]
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 resistentes a la oxidación.
Monel también se ha utilizado en refrigeradores Kelvinator.
Monel se utilizó en el Baby Alice Thumb Guard, un dispositivo anti-succión del dedo de la década de 1930. [19]
El monel se utiliza en el procesamiento de películas cinematográficas. Las uniones de grapas de monel son ideales para resistir la corrosión causada por el uso en tanques fotoquímicos de funcionamiento continuo.
Últimamente, el monel se ha utilizado ampliamente para fabricar soportes para cajas de fuego en calderas de locomotoras de vapor.
El Monel se comercializa a menudo bajo las normas ISO 6208 (chapas, láminas y tiras), 9723 (barras), 9724 (alambre), 9725 (piezas forjadas) y DIN 17751 (tubos y tubos).
El 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. [20] También tiene buena ductilidad y conductividad térmica. El Monel 400 se suele utilizar 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. [21]
El Monel 400 se utiliza ampliamente en unidades de alquilación, concretamente en la sección de reacción en contacto con ácido fluorhídrico concentrado.
Esta aleación está diseñada para su uso en aplicaciones eléctricas y electrónicas especializadas. [22] La aleación 401 se suelda fácilmente de forma autógena mediante el proceso de arco de tungsteno con gas. La soldadura por resistencia es un método muy satisfactorio para unir el material. También presenta buenas características de soldadura fuerte. Está cubierta por la norma UNS N04401.
La aleación Monel 404 se utiliza principalmente en aplicaciones eléctricas y electrónicas especializadas. [23] La composición de Monel 404 se ajusta cuidadosamente para proporcionar una temperatura de Curie muy baja , baja permeabilidad y buenas características de soldadura fuerte.
El Monel 404 se puede soldar mediante técnicas de soldadura comunes y forjar, pero no se puede trabajar en caliente. El trabajo en frío se puede realizar utilizando herramientas estándar y materiales de matriz blanda para un mejor acabado. Está cubierto por las normas UNS N04404 y ASTM F96. El Monel 404 se utiliza en cápsulas para transistores y sellos de cerámica a metal, entre otros.
La aleación Monel 405, también conocida como Monel R405, es el grado de mecanizado libre de la aleación 400. [24] El porcentaje de níquel, carbono, manganeso, hierro, silicio y cobre sigue siendo el mismo que el de la aleación 400, pero el azufre aumenta de 0,024 como máximo a 0,025-0,060 %. La aleación 405 se utiliza principalmente para el material de las máquinas de tornillos automáticos y, por lo general, no se recomienda para otras aplicaciones. Los sulfuros de níquel y 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 UNS N04405 y está cubierto por ASME SB-164, ASTM B-164, Federal QQ-N-281, SAE AMS 4674 y 7234, Military MIL-N-894 y NACE MR-01-75.
Esta aleación presenta una buena resistencia a la fatiga y una conductividad térmica relativamente alta. Se utiliza para condensadores de agua de mar, placas de condensadores, tubos de destiladores, tubos de evaporadores e intercambiadores de calor y tuberías de agua salada. [25]
Monel K-500 combina la excelente resistencia a la corrosión característica de la aleación Monel 400 con las ventajas adicionales de mayor resistencia y dureza. [26] [27] Las propiedades mejoradas se obtienen añadiendo 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 en toda la matriz.
La resistencia a la corrosión de la aleación Monel K-500 es sustancialmente equivalente a la de la aleación 400, excepto que, cuando se encuentra en estado endurecido 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 Monel K-500 es resistente a un entorno de gas agrio. [28] La combinación de tasas de corrosión muy bajas en agua de mar a alta velocidad y alta resistencia hacen que la aleación K-500 sea particularmente adecuada para ejes de bombas centrífugas en servicio marino. En agua de mar estancada o de movimiento lento, puede producirse ensuciamiento seguido 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, cuchillas rascadoras y raspadores, collarines de perforación de pozos petrolíferos, instrumentos y componentes electrónicos. También se utiliza en componentes para plantas de energía, como álabes de turbinas, intercambiadores de calor y tubos de condensadores. [29] En la industria marina, se utiliza en componentes para hardware marino, ejes de hélices, ejes de bombas y válvulas de agua de mar expuestas a entornos marinos hostiles. [30]
Monel 502 es una aleación de níquel y cobre y su número UNS es N05502. Este grado también tiene buena resistencia a la fluencia y a la oxidación. Monel 502 se puede moldear en diferentes formas. Monel 502 se puede mecanizar de manera similar a los aceros inoxidables austeníticos.