Monel-Befestigungselemente - Bolzen, Muttern, Schrauben

Monel ist eine Gruppe von Nickellegierungen, die hauptsächlich aus Nickel (52 bis 67 %) und Kupfer besteht, mit geringen Mengen an Eisen, Mangan, Kohlenstoff und Silizium. Legierungen mit einem Kupfergehalt von 60 % oder mehr werden als Kupfernickel bezeichnet.

Monel-Legierungen sind stärker als reines Nickel und korrosionsbeständig gegen viele aggressive Mittel, einschließlich schnell fließendem Meerwasser. Sie können ohne weiteres durch Warm- und Kaltbearbeitung, spanende Bearbeitung und Schweißen hergestellt werden.

Als teure Legierung ist ihre Verwendung auf solche Anwendungen beschränkt, in denen sie nicht durch billigere Alternativen ersetzt werden kann. 

Eigenschaften:

Monel ist eine binäre Mischkristalllegierung. Da Nickel und Kupfer in jedem Verhältnis zueinander löslich sind, handelt es sich um eine einphasige Legierung. Im Vergleich zu Stahl ist Monel sehr schwer zu bearbeiten, da es sehr schnell kalt aushärtet. Es muss mit langsamen Geschwindigkeiten und niedrigen Vorschubgeschwindigkeiten gedreht und bearbeitet werden. Es ist korrosions- und säurebeständig, und einige Legierungen können einem Feuer in reinem Sauerstoff standhalten. Es wird häufig in Anwendungen mit stark korrosiven Bedingungen verwendet. Kleine Zusätze von Aluminium und Titan bilden eine Legierung (K-500) mit der gleichen Korrosionsbeständigkeit, aber mit viel höherer Festigkeit aufgrund der Gamma-Strich-Bildung beim Altern. Monel ist in der Regel viel teurer als Edelstahl.

Monel-Legierung 400 hat ein spezifisches Gewicht von 8,80, einen Schmelzbereich von 1300–1350 °C, eine elektrische Leitfähigkeit von ca. 34% IACS und (im geglühten Zustand) eine Härte von 65 Rockwell B. Monel-Legierung 400 zeichnet sich durch seine Zähigkeit, die über einen beträchtlichen Temperaturbereich aufrechterhalten wird.

Monel-Legierung 400 hat ausgezeichnete mechanische Eigenschaften bei Minustemperaturen. Festigkeit und Härte nehmen bei nur geringer Beeinträchtigung der Duktilität oder Schlagzähigkeit zu. Die Legierung geht auch beim Abkühlen auf die Temperatur von flüssigem Wasserstoff keinen duktil-spröde-Übergang ein. Dies steht in deutlichem Gegensatz zu vielen Eisenwerkstoffen, die trotz ihrer erhöhten Festigkeit bei niedrigen Temperaturen spröde sind.

Verwendet:

Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt:

In den 1960er Jahren fand Monel-Metall große Verwendung im Flugzeugbau, insbesondere bei der Herstellung von Rahmen und Häuten von experimentellen Raketenflugzeugen wie der North American X-15, um der großen Hitze zu widerstehen, die durch aerodynamische Reibung während des Flugs mit extrem hoher Geschwindigkeit erzeugt wird. Monel-Metall behält seine Festigkeit bei sehr hohen Temperaturen und ermöglicht es ihm, seine Form bei hohen atmosphärischen Fluggeschwindigkeiten beizubehalten, ein Kompromiss gegen das erhöhte Gewicht der Teile aufgrund der hohen Dichte von Monel.

Monel wird für die Sicherheitsverkabelung bei der Flugzeugwartung verwendet, um sicherzustellen, dass sich Befestigungselemente nicht lösen können, normalerweise in Hochtemperaturbereichen; Edelstahldraht wird in anderen Bereichen aus Gründen der Wirtschaftlichkeit verwendet.

Ölförderung und Raffination:

Monel wird im Bereich der Alkylierungseinheiten in direktem Kontakt mit konzentrierter Flusssäure verwendet. Monel bietet eine außergewöhnliche Beständigkeit gegen Flusssäure in allen Konzentrationen bis zum Siedepunkt. Es ist vielleicht die widerstandsfähigste aller üblicherweise verwendeten technischen Legierungen. Die Legierung ist auch unter reduzierenden Bedingungen gegen viele Formen von Schwefel- und Salzsäure beständig.

Marineanwendungen:

Die Korrosionsbeständigkeit von Monel macht es ideal für Anwendungen wie Rohrleitungssysteme, Pumpenwellen, Seewasserventile, Schleppdraht und Siebkörbe. Einige Legierungen sind völlig unmagnetisch und werden für Ankerkabel an Bord von Minensuchern, Gehäusen für Magnetfeldmessgeräte verwendet. In der Freizeitschifffahrt wird Monel als Draht zum Greifen von Schäkeln für Ankerseile, für Wasser- und Kraftstofftanks und für Unterwasseranwendungen verwendet. Es wird auch für Propellerwellen und für Kielschrauben verwendet. Bei den beliebten Hobiecat-Segelbooten werden Monel-Nieten dort verwendet, wo Festigkeit erforderlich ist, aber Edelstahl kann aufgrund von Korrosion, die durch den Kontakt von Edelstahl mit dem Aluminiummast, Ausleger und Rahmen des Bootes in einer Salzwasserumgebung entstehen würde, nicht verwendet werden.

Wegen des Problems der elektrolytischen Wirkung in Salzwasser (auch als galvanische Korrosion bekannt) muss Monel im Schiffbau sorgfältig von anderen Metallen wie Stahl isoliert werden. 

Musikinstrumente:

Monel wird als Material für Ventilkolben oder Rotoren in einigen höherwertigen Musikinstrumenten wie Trompeten, Tubas und Waldhörnern verwendet. 

Legierungen: 

Monel 400

Monel 400 weist eine hohe Festigkeit und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit in einer Reihe von sauren und alkalischen Umgebungen auf und eignet sich besonders für reduzierende Bedingungen. Es hat auch eine gute Duktilität und Wärmeleitfähigkeit. Monel 400 findet typischerweise Anwendung in der Schiffstechnik, in der chemischen und Kohlenwasserstoffverarbeitung, in Wärmetauschern, Ventilen und Pumpen. Es wird durch die folgenden Normen abgedeckt: BS 3075, 3076 NA 13, DTD 204B und ASTM B164.

Monel 400 wird in großem Umfang in Alkylierungsanlagen verwendet, und zwar im Reaktionsbereich in Kontakt mit konzentrierter Flusssäure.

Monel 401

Diese Legierung wurde für den Einsatz in speziellen elektrischen und elektronischen Anwendungen entwickelt. Die Legierung 401 wird ohne weiteres nach dem Gas-Wolfram-Lichtbogen-Verfahren autogen geschweißt. Widerstandsschweißen ist ein sehr zufriedenstellendes Verfahren zum Verbinden des Materials. Es weist auch gute Löteigenschaften auf. Es wird durch die Norm UNS N04401 abgedeckt.

Monel 404

Die Legierung Monel 404 wird hauptsächlich in speziellen elektrischen und elektronischen Anwendungen verwendet. Die Zusammensetzung von Monel 404 wird sorgfältig eingestellt, um eine sehr niedrige Curie-Temperatur, geringe Permeabilität und gute Löteigenschaften bereitzustellen.

Monel 404 kann mit üblichen Schweißtechniken geschweißt und geschmiedet werden, kann jedoch nicht warm bearbeitet werden. Die Kaltbearbeitung kann mit Standardwerkzeugen und weichen Gesenkmaterialien für ein besseres Finish durchgeführt werden. Es wird durch die Normen UNS N04404 und ASTM F96 abgedeckt. Monel 404 wird in Kapseln für Transistoren und Keramik-Metall-Dichtungen verwendet.

Monel 405

Monel 405 ist die Automatensorte der Legierung 400. Der Nickel-, Kohlenstoff-, Mangan-, Eisen-, Silizium- und Kupferprozentsatz bleibt gleich wie bei der Legierung 400, aber der Schwefelgehalt wird von max. 0,024 auf 0,025-0,060% geändert. Alloy 405 wird hauptsächlich für automatische Schneckenmaschinen verwendet und wird im Allgemeinen nicht für andere Anwendungen empfohlen. Die aus dem Schwefel resultierenden Nickel-Kupfer-Sulfide wirken in ihrer Zusammensetzung als Spanbrecher, aber aufgrund dieser Einschlüsse ist die Oberflächenbeschaffenheit der Legierung nicht so glatt wie die der Legierung 400. Monel 405 trägt die Bezeichnung UNS N04405 und fällt unter ASME SB -164, ASTM B-164, Federal QQ-N-281, SAE AMS 4674 & 7234, Militär MIL-N-894 & NACE MR-01-75.

Monel 450

Diese Legierung weist eine gute Ermüdungsfestigkeit und eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Es wird für Meerwasserkondensatoren, Kondensatorplatten, Destillierrohre, Verdampfer- und Wärmetauscherrohre und Salzwasserleitungen verwendet.

Monel K-500

Monel K-500 kombiniert die ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit von Monel-Legierung 400 mit den zusätzlichen Vorteilen größerer Festigkeit und Härte.[28][29] Die verbesserten Eigenschaften werden durch Zugabe von Aluminium und Titan zur Nickel-Kupfer-Basis und durch kontrolliertes Erhitzen erreicht, so dass submikroskopische Partikel von Ni3 (Ti, Al) in der gesamten Matrix ausgeschieden werden.

Die Korrosionsbeständigkeit der Monel-Legierung K-500 entspricht im Wesentlichen der von Legierung 400, außer dass die Legierung K-500 im ausgehärteten Zustand in einigen Umgebungen eine größere Neigung zur Spannungskorrosionsrissbildung aufweist. Es wurde festgestellt, dass die Monel-Legierung K-500 gegenüber einer Sauergasumgebung beständig ist. Die Kombination aus sehr geringen Korrosionsraten in Hochgeschwindigkeits-Meerwasser und hoher Festigkeit macht die Legierung K-500 besonders geeignet für Wellen von Kreiselpumpen im Marinebereich. In stehendem oder sich langsam bewegendem Meerwasser kann es zu Fouling gefolgt von Lochfraß kommen, aber dieser Lochfraß verlangsamt sich nach einem ziemlich schnellen anfänglichen Angriff.

Typische Anwendungen für die Legierung K-500 sind Pumpenwellen und Laufräder, Rakel und Schaber sowie Bohrschellen, Instrumente und elektronische Komponenten.

Monel R-405

Monel R-405 ist die Freibearbeitungsversion von Monel 400. Es handelt sich um eine Nickel-Kupfer-Legierung mit einer kontrollierten Zugabe von Schwefel, um Sulfideinschlüsse zu bilden, die während der Bearbeitung als Spanbrecher wirken. Die Legierung R-405 ist wie Monel 400 gegen Meerwasser und Dampf bei hohen Temperaturen sowie gegen Salze und Laugen beständig. Monel R-405 ist eine Mischkristalllegierung, die nur durch Kaltumformung gehärtet werden kann. Diese Nickellegierung weist Eigenschaften wie gute Korrosionsbeständigkeit, gute Schweißbarkeit und hohe Festigkeit auf. Eine niedrige Korrosionsrate in schnell fließendem Brack- oder Meerwasser in Kombination mit einer hervorragenden Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion in den meisten Süßwassern in Kombination mit seiner Beständigkeit gegen eine Vielzahl von korrosiven Bedingungen rechtfertigt seinen breiten Einsatz in Schiffsanwendungen und anderen nicht oxidierenden Chloridlösungen. Diese Nickel-Kupfer-Legierung ist im entlüfteten Zustand besonders beständig gegen Salz- und Flusssäure. Wie aufgrund seines hohen Kupfergehalts zu erwarten ist, wird die Legierung R-405 schnell von Salpetersäure- und Ammoniaksystemen angegriffen.

Alloy R-405 wird hauptsächlich für das Material von automatischen Schneckenmaschinen verwendet und wird im Allgemeinen nicht für andere Anwendungen empfohlen.

Monel 502

Monel 502 ist eine Nickel-Kupfer-Legierung und hat die UNS-Nr. N05502. Diese Sorte hat auch eine gute Kriech- und Oxidationsbeständigkeit. Monel 502 kann in verschiedenen Formen ausgebildet sein. Monel 502 kann ähnlich wie austenitische rostfreie Stähle bearbeitet werden.