Auswirkungen verschiedener Elemente beim Gießen von Manganstahlteilen
Unterschiedliche Elemente haben unterschiedliche Funktionen in Manganstahlguss. Es gibt einige Effekte verschiedener Elemente beim Gießen von Manganstahlteilen.
Kohlenstoffelementeffekt in Manganstahlteilen
Kohlenstoff ist neben Mangan eines der beiden wichtigsten Elemente in Manganstählen. Manganstähle sind eine übersättigte Kohlenstofflösung. Für die meisten Standard-Manganstahlsorten liegen Kohlenstoff und Mangan in einem ungefähren Verhältnis von Mn / C = 10 vor. Diese Stähle haben daher typischerweise 12% Mn und 1.2% C. Dieses Verhältnis wurde hauptsächlich durch frühe Einschränkungen bei der Stahlherstellung festgelegt, und das feste Verhältnis hat keine wirkliche Bedeutung. Das Erhöhen des Kohlenstoffgehalts erhöht die Streckgrenze und verringert die Duktilität. In der folgenden Abbildung sind die Auswirkungen einer Erhöhung des Kohlenstoffgehalts auf die Eigenschaften von 13% Manganstahl dargestellt.
Die Hauptbedeutung eines erhöhten Kohlenstoffgehalts besteht jedoch in der Erhöhung der Verschleißfestigkeit, siehe unten. Die meisten Manganstähle werden zum Ausstechen von Abrieb und bei starkem Verschleiß verwendet, daher versuchen die Hersteller, den Kohlenstoffgehalt zu maximieren. Es gibt praktische Grenzen, und wenn der Kohlenstoffgehalt 1.3% überschreitet, treten Risse und ungelöste Korngrenzencarbide häufiger auf. Die Premium-Qualitäten von Manganstählen mit hohem Mangangehalt haben die obere Kohlenstoffgrenze weit über 1.3% hinausgeschoben.
Manganelementeffekt in Manganstahlteilen
Mangan ist ein Austenitstabilisator und ermöglicht diese Legierungsfamilie. Es verringert die Umwandlungstemperatur von Austenit zu Ferrit und hilft daher, eine vollständig austenitische Struktur bei Raumtemperatur beizubehalten. Legierungen mit 13% Mn und 1.1% C haben Martensit-Starttemperaturen unter -328 ° F. Die Untergrenze für den Mangangehalt in einfachem austenitischem Manganstahl liegt nahe 10%. Steigende Mangangehalte erhöhen tendenziell die Löslichkeit von Stickstoff und Wasserstoff im Stahl. Premiumlegierungen mit höherem Kohlenstoffgehalt und zusätzlichen Legierungselementen existieren mit Mangangehalten von 16-25% Mangan. Diese Legierungen sind Eigentum ihrer Hersteller.
Siliziumelementeffekt in Manganstahlteilen
Siliziumgehalte von bis zu 1% gelten in Manganstählen typischerweise als sicher, das Silizium übt jedoch keinen merklichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften aus. Bei einem Siliziumgehalt von 2.2% hat Avery eine starke Verringerung der Festigkeit und Duktilität gezeigt. Die meisten der berichteten Experimente wurden mit kleinen Abschnittsgrößen von weniger als 1 Zoll durchgeführt, wenn der Siliziumgehalt und schwerere Abschnittsgrößen berücksichtigt wurden. Die Schlagfestigkeit kann mit zunehmendem Siliziumgehalt stark verringert werden. In der folgenden Abbildung sehen Sie den Effekt der Zugabe von 1.5% Si zu einer 6-Zoll-Abschnittsgröße.
Die Daten zeigen eine 75% ige Verringerung der Aufprallenergie, wenn das Silizium auf dieses Niveau erhöht wird. Es wird empfohlen, den Siliziumgehalt in Manganstahl auf weniger als 0.6% Silizium niedrig zu halten, wenn Abschnittsgrößen über 1 Zoll hergestellt werden.
Chromelementeffekt in Manganstahlteilen
Chrom wird verwendet, um die Zugfestigkeit und den Fließwiderstand von Manganstählen zu erhöhen. Zugaben von bis zu 3.0% werden häufig verwendet. Chrom erhöht die lösungsgeglühte Härte und verringert die Zähigkeit des Manganstahls. Chrom erhöht weder die maximale Kalthärte noch die Kaltverfestigungsrate. Chromhaltige Typen erfordern höhere Wärmebehandlungstemperaturen, da Chromcarbide schwieriger in Lösung zu lösen sind. In einigen Anwendungen kann Chrom vorteilhaft sein, aber in vielen Anwendungen ist die Zugabe von Chrom zu Manganstahl nicht vorteilhaft.
Nickelelementeffekt in Manganstahlteilen
Nickel ist ein starker Austenitstabilisator. Nickel kann Umwandlungen und Karbidausfällungen auch bei verringerten Abkühlraten während des Abschreckens verhindern. Dies kann Nickel zu einer nützlichen Ergänzung bei Produkten mit schweren Querschnittsgrößen machen. Ein zunehmender Nickelgehalt ist mit einer erhöhten Zähigkeit, einem leichten Abfall der Zugfestigkeit verbunden und hat keinen Einfluss auf die Streckgrenze. Nickel wird auch zum Schweißen von Füllstoffen für Manganstähle verwendet, damit das abgeschiedene Material frei von Karbiden ist. Es ist typisch, dass diese Materialien zusammen mit dem erhöhten Nickelgehalt einen niedrigeren Kohlenstoffgehalt aufweisen, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.
Molybdänelementwirkung in Manganstahlteilen
Molybdänzusätze zu Manganstählen führen zu mehreren Veränderungen. Zunächst wird die Martensit-Starttemperatur gesenkt, wodurch der Austenit weiter stabilisiert und die Karbidausfällung verzögert wird. Als nächstes ändern Molybdänzusätze die Morphologie der Carbide, die sich beim Wiedererhitzen bilden, nachdem das Material eine Lösungsbehandlung erfahren hat. Korngrenzenfilme aus nadelförmigen Carbiden bilden sich typischerweise, aber nach Zugabe von Molybdän werden die ausfallenden Carbide zusammengeschmolzen und durch die Körner verteilt. Das Ergebnis dieser Änderungen ist, dass die Zähigkeit des Stahls durch Zugabe von Molybdän verbessert wird. Ein weiterer Vorteil von Molybdänzusätzen können die mechanischen Eigenschaften im Gusszustand verbessert werden. Dies kann ein echter Vorteil bei der Gussproduktion sein. Bei höheren Kohlenstoffqualitäten erhöht Molybdän die Tendenz zur beginnenden Fusion. Daher muss darauf geachtet werden, dies zu vermeiden, da die resultierenden mechanischen Eigenschaften stark beeinträchtigt werden.
Molybdän ist vorteilhaft, wenn sehr schwere Querschnittsdicken in Manganstahl hergestellt werden sollen. Dies sind Abschnitte mit einer Abschnittsgröße von mehr als 6 Zoll und insbesondere Abschnitte mit einer Abschnittsgröße von mehr als 10 Zoll.
Diese Abschnittsgrößen finden sich in großen primären Kreiselbrechermänteln und dicken Backendruckgussteilen. Für diese Gussteile wird empfohlen, Molybdän im Bereich von 0.9% bis 1.2% zuzusetzen und gleichzeitig den Kohlenstoffgehalt auf 0.9% bis 1.0% zu reduzieren. Molybdän ist vorteilhaft, wenn sehr schwere Querschnittsdicken in Manganstahl hergestellt werden sollen. Dies sind Abschnitte mit einer Abschnittsgröße von mehr als 6 Zoll und insbesondere Abschnitte mit einer Abschnittsgröße von mehr als 10 Zoll. Diese Abschnittsgrößen finden sich in großen primären Kreiselbrechermänteln und dicken Backendruckgussteilen. Für diese Gussteile wird empfohlen, Molybdän im Bereich von 0.9% bis 1.2% zuzusetzen und gleichzeitig den Kohlenstoffgehalt auf 0.9% bis 1.0% zu reduzieren.
Aluminiumelementeffekt in Manganstahlteilen
Aluminium wird zur Desoxidation von Manganstahl verwendet, wodurch Loch- und andere Gasdefekte vermieden werden können. Es ist typisch, Zugaben von 3 Pfund / Tonne in der Pfanne zu verwenden. Eine Erhöhung des Aluminiumgehalts verringert die mechanischen Eigenschaften von Manganstahl, während die Sprödigkeit und das Heißreißen erhöht werden. In der Praxis ist es ratsam, die Aluminiumrückstände für die meisten Manganstahlsorten relativ niedrig zu halten. Für hochfeste, gewichtsempfindliche Anwendungen werden neue Materialien entwickelt, die viel Aluminium und etwa 30% Mangan enthalten. In diesen Fällen wird die geringe Dichte des Aluminiums verwendet, um die Dichte der resultierenden Legierung zu verringern.
Titanelementeffekt in Manganstahlteilen
Titan kann zum Desoxidieren des Manganstahls verwendet werden. Darüber hinaus kann Titan Stickstoffgas in Titannitriden binden. Diese Nitride sind bei Stahlerzeugungstemperaturen stabile Verbindungen. Nach dem Zusammenbinden steht der Stickstoff nicht mehr zur Verfügung, um ein Loch in den Gussteilen zu verursachen. Titan kann auch verwendet werden, um die Korngröße zu verfeinern, aber der Effekt ist in schwereren Abschnitten minimal.
Cerelementeffekt in Manganstahlteilen
Cer kann verwendet werden, um die Korngröße von Manganstählen zu verfeinern. Die Verbindungen von Cer haben eine geringere Nichtübereinstimmung mit austenitischem Manganstahl als andere Verbindungen und sollten es daher zu einem besseren Kornverfeinerer für diese Legierung machen. Es unterdrückt auch die Korngrenzen-Karbidausfällung, wodurch die Korngrenzen verstärkt werden. Es wird auch berichtet, dass die Schlagzähigkeit für mit Cer legierte Manganstähle verbessert ist.
Phosphorelementeffekt in Manganstahlteilen
Phosphor ist für Manganstahl sehr schädlich. Es bildet einen schwachen eutektischen Phospholipidfilm an den Austenitkorngrenzen. Phosphor ist schwer aus Manganstählen zu entfernen, und die effektivste Methode, dies zu kontrollieren, ist die sorgfältige Auswahl der Ladungsmaterialien. ASTM A128 fordert ein Phosphormaximum von 0.07%. Es wird jedoch empfohlen, den Phosphorgehalt bei der Herstellung von hochwertigem Manganstahl deutlich unter diesem Wert zu halten.
Schwefelelementeffekt in Manganstahlteilen
Schwefel ist zwar bei den meisten Stählen kein Vorteil, verursacht jedoch bei Manganstählen nur wenige Probleme. Die hohen Manganwerte halten den Schwefel in Mangansulfideinschlüssen des kugelförmigen Typs gebunden.
Borelementwirkung in Manganstahlteilen
Mit Bor wurde versucht, eine Kornverfeinerung in Manganstählen herzustellen. Mit zunehmendem Borgehalt fällt jedoch an den Korngrenzen ein sprödes Boridcarbid-Eutektikum aus. Bor beschleunigt auch die Zersetzung des Austenits, wenn der Manganstahl wieder erwärmt wird, wodurch das Material nicht schweißbar wird. Es wird nicht empfohlen, Bor in Manganstählen zu verwenden.