Monel es un grupo de aleaciones de níquel (del 52 al 67%) y cobre , con pequeñas cantidades de hierro, manganeso, carbono y silicio. Monel no es una aleación de cuproníquel porque tiene menos del 60% de cobre.
Más fuertes que el níquel puro, las aleaciones de Monel son resistentes a la corrosión causada por muchos agentes agresivos, incluido el agua de mar que fluye rápidamente . Se pueden fabricar fácilmente mediante trabajo en frío y en caliente, 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 lleva el nombre del presidente de la empresa, Ambrose Monell , y se patentó en 1906. [4] Se eliminó una L porque los apellidos no estaban permitidos como marcas comerciales en ese momento. [1] La marca comercial se registró en mayo de 1921, [5] y el nombre ahora es una marca comercial de Special Metals Corporation .
Al ser una aleación cara, su uso se limita a aquellas aplicaciones en las que no puede sustituirse por alternativas más baratas. [ cita necesaria ] Por ejemplo, en 2015 las tuberías Monel eran tres veces más caras que las tuberías equivalentes hechas de acero al carbono. [6]
Monel es una aleación binaria de solución sólida. Como el níquel y el cobre son mutuamente solubles en todas las proporciones, se trata de una aleación monofásica. En comparación con el acero, Monel es muy difícil de mecanizar ya que se endurece muy rápidamente. Es necesario girarlo y trabajarlo a bajas velocidades y con bajos avances. Es resistente a la corrosión y a los ácidos, y algunas aleaciones pueden resistir 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 mucha mayor resistencia debido a la formación de gamma prima 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 a 1350 °C, una conductividad eléctrica de aproximadamente 34% IACS y (en estado recocido) una dureza de 65 Rockwell B. [8] Monel La aleación 400 destaca por su dureza, 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 sólo un ligero deterioro de la ductilidad o la resistencia al impacto. La aleación no sufre una transición de dúctil a frágil incluso cuando se enfría a la temperatura del hidrógeno líquido. Esto contrasta marcadamente con muchos materiales ferrosos que, a pesar de su mayor resistencia, son frágiles a bajas temperaturas.
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 cohete experimentales , como el norteamericano 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 atmosféricas, una compensación por 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 puedan soltar, generalmente en áreas de alta temperatura; El alambre inoxidable se utiliza en otras áreas por motivos económicos. Además, algunos sujetadores utilizados están hechos de aleación.
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 utilizadas habitualmente. La aleación también es resistente a muchas formas de ácidos sulfúrico y clorhídrico en condiciones reductoras.
La resistencia a la corrosión de Monel lo hace ideal en aplicaciones como sistemas de tuberías, ejes de bombas, válvulas de agua de mar, cables de arrastre y cestas de filtro. Algunas aleaciones son completamente amagnéticas y se utilizan para anclar cables a bordo de dragaminas [9] o en carcasas para equipos de medición de campos magnéticos. En la navegación de recreo, Monel se utiliza como alambre para sujetar grilletes de cuerdas de anclaje, tanques de agua y combustible y aplicaciones submarinas. También se utiliza para ejes de hélice y pernos de quilla. En los populares veleros Hobiecat, los remaches Monel [10] se usan 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 marco del barco en agua salada. ambiente.
Debido al problema de la acción electrolítica en agua salada (también conocida como corrosión galvánica ), en la construcción naval Monel debe aislarse cuidadosamente de otros metales como el acero. El New York Times publicó el 12 de agosto de 1915 un artículo sobre un yate de 215 pies, "el primer barco que se ha construido con casco íntegramente de Monel", que "se desmoronó" en sólo seis semanas y tuvo que ser desguazado. , "debido a la desintegración de su trasero 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 el anillamiento o anillamiento de aves en particular, Monel se ha utilizado para fabricar anillos o anillamientos para muchas especies, como los albatros , que viven en un ambiente de agua de mar corrosivo. [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 continúan ofreciéndolas para mandolina como el conjunto característico 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 para guitarra eléctrica "Monel classics", entorchadas sobre un núcleo redondo. En 2017, la compañía de cuerdas D'Addario lanzó una línea de cuerdas de violín que utilizan un devanado Monel en las cuerdas D y G.
La buena resistencia a la corrosión por ácidos y oxígeno convierte al Monel en un buen material para la industria química. Incluso los fluoruros corrosivos pueden manipularse dentro de los aparatos Monel; esto se hizo de manera extensiva en el enriquecimiento de uranio en la Planta de Difusión Gaseosa de Oak Ridge . Aquí la mayor parte de los tubos de mayor diámetro para el hexafluoruro de uranio se fabricaban con Monel. [13] Los reguladores para gases reactivos en cilindros, como el cloruro de hidrógeno , constituyen otro ejemplo en el que el PTFE no es una opción adecuada cuando se requieren altas presiones de suministro. En ocasiones, estos incluirán un colector Monel y grifos antes del regulador que permiten lavar el regulador 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 anunciaba que Monel era deseable para su uso en sistemas de vapor sobrecalentado . [14] Durante las guerras mundiales, Monel se utilizó para placas de identificación militares de EE. UU .
Monel se utiliza a menudo para fregaderos de cocina y en monturas de gafas. También se ha utilizado para estancias de hogar en calderas pirotubulares .
Partes del reloj del Long Now , que está previsto que funcione durante 10.000 años, están hechas de Monel debido a su resistencia a la corrosión sin el uso de metales preciosos. [15]
Monel se utilizó para gran parte del metal expuesto utilizado en el interior de la Catedral de 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 Pennsylvania original en la ciudad de Nueva York. [1]
El Acura (Honda) NSX 1991-1996 venía con una llave hecha de Monel. [dieciséis]
Las aplicaciones en campos petroleros incluyen el uso de portamechas 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 encima y debajo de los collares no magnéticos. Actualmente, el monel rara vez se utiliza y generalmente se 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 inoxidables.
Monel también se ha utilizado en refrigeradores Kelvinator.
Monel se utilizó en el Baby Alice Thumb Guard, un dispositivo contra la succión del dedo de la década de 1930. [19]
Monel se utiliza en el procesamiento de películas cinematográficas. Los empalmes de grapas Monel son ideales para resistir la corrosión causada por el uso en tanques fotoquímicos de funcionamiento continuo.
Últimamente, Monel se utilizó ampliamente para fabricar estancias de cámara de combustión en calderas de locomotoras de vapor.
Monel se comercializa a menudo bajo las normas ISO 6208 (placas, láminas y tiras), 9723 (barras), 9724 (alambre), 9725 (forjados) y DIN 17751 (tubos y tubos).
Monel 400 muestra alta resistencia y excelente resistencia a la corrosión en una variedad de ambientes ácidos y alcalinos y es especialmente adecuado para condiciones reductoras. [20] También tiene buena ductilidad y conductividad térmica. Monel 400 normalmente encuentra aplicación en ingeniería marina, procesamiento de productos químicos 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]
Monel 400 se utiliza mucho 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 gas-tungsteno. La soldadura por resistencia es un método muy satisfactorio para unir el material. También presenta buenas características de soldadura fuerte. Está amparado 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.
Monel 404 se puede soldar utilizando 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 troquel blandos para un mejor acabado. Está amparado por las normas UNS N04404 y ASTM F96. Monel 404 se utiliza en cápsulas para transistores y sellos de cerámica a metal y otras cosas.
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 máximo a 0,025-0,060%. La aleación 405 se utiliza principalmente para máquinas de tornillo automáticas y generalmente 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 tiene la designación UNS N04405 y está cubierto por ASME SB. -164, ASTM B-164, QQ-N-281 federal, SAE AMS 4674 y 7234, MIL-N-894 militar 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 destilador, 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] El aumento de las propiedades se obtiene 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) 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 está endurecida por envejecimiento, la aleación K-500 tiene una mayor tendencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión en algunos ambientes. Se ha descubierto que la aleación Monel K-500 es resistente a un ambiente de gases ácidos. 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 marítimo. En agua de mar estancada o de movimiento lento, puede producirse incrustación seguida de picaduras, pero estas picaduras se ralentizan después de un ataque inicial bastante rápido.
Las aplicaciones típicas de la aleación K-500 son ejes e impulsores de bombas, rasquetas y raspadores, y portaperforaciones, instrumentos y componentes electrónicos de pozos petroleros.
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 formar en diferentes formas. Monel 502 se puede mecanizar de forma similar a los aceros inoxidables austeníticos.