Efectos de varios elementos en la fundición de piezas de acero al manganeso
Los diferentes elementos tienen diferentes funciones en fundición de acero al manganeso. Hay algunos efectos de varios elementos en la fundición de piezas de acero al manganeso.
Efecto del elemento de carbono en piezas de acero al manganeso
Carbono es uno de los dos elementos más importantes de los aceros al manganeso junto con el manganeso. Los aceros al manganeso son una solución sobresaturada de carbono. Para la mayoría de los grados de acero al manganeso estándar, el carbono y el manganeso están en una relación aproximada de Mn / C = 10. Por lo tanto, estos aceros tienen típicamente un 12% de Mn y un 1.2% de C. Esta relación se estableció principalmente por las limitaciones iniciales de la fabricación de acero y la relación fija no tiene una importancia real. El aumento del contenido de carbono aumenta el límite elástico y reduce la ductilidad. Consulte la siguiente figura para ver los efectos del aumento del contenido de carbono en las propiedades del acero al manganeso al 13%.
Sin embargo, el principal significado del mayor contenido de carbono es aumentar la resistencia al desgaste por desgarro, ver más abajo. La mayoría de los aceros al manganeso se utilizan en situaciones de desgaste por abrasión y alto impacto, por lo que los fabricantes intentan maximizar el contenido de carbono. Existen límites prácticos y, a medida que el contenido de carbono excede el 1.3%, el agrietamiento y los carburos de límite de grano sin disolver se vuelven más frecuentes. Las calidades premium de aceros al manganeso, aquellos con alto contenido de manganeso, han empujado el límite superior de carbono mucho más allá del 1.3%.
Efecto del elemento manganeso en piezas de acero al manganeso
El manganeso es un estabilizador de austenita y hace posible esta familia de aleaciones. Disminuye la temperatura de transformación de austenita a ferrita y, por lo tanto, ayuda a retener una estructura completamente austenítica a temperatura ambiente. Las aleaciones con 13% Mn y 1.1% C tienen temperaturas de inicio de martensita por debajo de -328 ° F. El límite inferior para el contenido de manganeso en el acero al manganeso austenítico simple es cercano al 10%. El aumento de los niveles de manganeso tiende a incrementar la solubilidad del nitrógeno y el hidrógeno en el acero. Existen aleaciones premium con mayor contenido de carbono y elementos de aleación adicionales con niveles de manganeso de 16-25% de manganeso. Estas aleaciones son propiedad de sus fabricantes.
Efecto de elementos de silicio en piezas de acero al manganeso
Los contenidos de silicio de hasta el 1% se consideran normalmente seguros en los aceros al manganeso, pero el silicio no ejerce una influencia notable sobre las propiedades mecánicas. Con un contenido de silicio del 2.2%, Avery ha mostrado una fuerte reducción en resistencia y ductilidad. La mayor parte de la experimentación informada se ha realizado con tamaños de sección pequeños de menos de 1 pulgada al considerar el contenido de silicio y los tamaños de sección más pesados, la resistencia al impacto se puede reducir drásticamente al aumentar el contenido de silicio. Vea la siguiente imagen para ver el efecto de agregar 1.5% Si a un tamaño de sección de 6 pulgadas.
Los datos muestran una reducción del 75% en la energía de impacto cuando se aumenta el silicio a este nivel. Se recomienda mantener bajos los niveles de silicio en el acero al manganeso, a menos del 0.6% de silicio cuando se producen tamaños de sección superiores a 1 pulgada.
Efecto del elemento de cromo en piezas de acero al manganeso
El cromo se utiliza para aumentar la resistencia a la tracción y la resistencia al flujo de los aceros al manganeso. A menudo se utilizan adiciones de hasta el 3.0%. El cromo aumenta la dureza recocida en solución y disminuye la tenacidad del acero al manganeso. El cromo no aumenta el nivel máximo de dureza endurecida por trabajo ni la tasa de endurecimiento por deformación. Los grados que contienen cromo requieren temperaturas de tratamiento térmico más altas, ya que los carburos de cromo son más difíciles de disolver en solución. En algunas aplicaciones, el cromo puede ser beneficioso, pero en muchas aplicaciones, agregar cromo al acero al manganeso no tiene ningún beneficio.
Efecto del elemento níquel en piezas de acero al manganeso
El níquel es un fuerte estabilizador de austenita. El níquel puede prevenir las transformaciones y la precipitación de carburo incluso a velocidades de enfriamiento reducidas durante el enfriamiento. Esto puede hacer que una moneda de cinco centavos sea una adición útil en productos que tienen secciones de gran tamaño. El aumento del contenido de níquel se asocia con una mayor tenacidad, una ligera caída en la resistencia a la tracción y no tiene ningún efecto sobre el límite elástico. El níquel también se utiliza en materiales de relleno de soldadura para aceros al manganeso para permitir que el material depositado esté libre de carburos. Es típico tener niveles de carbono más bajos en estos materiales junto con el níquel elevado para producir el resultado deseado.
Efecto del elemento de molibdeno en piezas de acero al manganeso
Las adiciones de molibdeno a los aceros al manganeso provocan varios cambios. Primero, la temperatura de inicio de la martensita se reduce, lo que estabiliza aún más la austenita y retarda la precipitación del carburo. A continuación, las adiciones de molibdeno cambian la morfología de los carburos que se forman durante el recalentamiento después de que el material ha recibido un tratamiento en solución. Típicamente se forman películas limítrofes de grano de carburos aciculares, pero después de agregar molibdeno, los carburos que precipitan se fusionan y se dispersan a través de los granos. El resultado de estos cambios es que la tenacidad del acero mejora mediante la adición de molibdeno. Otro beneficio de las adiciones de molibdeno se pueden mejorar las propiedades mecánicas recién fundidas. Esto puede ser un beneficio real durante la producción de fundición. En grados de carbono más altos, el molibdeno aumentará la tendencia a la fusión incipiente, por lo que se debe tener cuidado para evitar esto ya que las propiedades mecánicas resultantes se verán severamente disminuidas.
El molibdeno es beneficioso cuando se van a producir espesores de sección muy pesados en acero al manganeso. Estas son secciones que superan las 6 pulgadas y especialmente aquellas que tienen más de 10 pulgadas de tamaño de sección.
Estos tamaños de sección se pueden encontrar en grandes mantos de trituradoras giratorias primarias y moldes de mandíbulas gruesas. Para estas piezas fundidas, se recomienda agregar molibdeno en el rango de 0.9% a 1.2% mientras se reduce el contenido de carbono a 0.9% a 1.0%. El molibdeno es beneficioso cuando se van a producir espesores de sección muy pesados en acero al manganeso. Estas son secciones que superan las 6 pulgadas y especialmente aquellas que tienen más de 10 pulgadas de tamaño de sección. Estos tamaños de sección se pueden encontrar en grandes mantos de trituradoras giratorias primarias y moldes de mandíbulas gruesas. Para estas piezas fundidas, se recomienda agregar molibdeno en el rango de 0.9% a 1.2% mientras se reduce el contenido de carbono a 0.9% a 1.0%.
Efecto de elemento de aluminio en piezas de acero al manganeso
El aluminio se utiliza para desoxidar el acero al manganeso, lo que puede prevenir agujeros de alfiler y otros defectos de gas. Es típico usar adiciones de 3 libras / tonelada en la cuchara. El aumento del contenido de aluminio disminuye las propiedades mecánicas del acero al manganeso mientras aumenta la fragilidad y el desgarro en caliente. En la práctica, es aconsejable mantener los residuos de aluminio bastante bajos para la mayoría de los grados de acero al manganeso. Se están desarrollando nuevos materiales que contienen altos niveles de aluminio y aproximadamente un 30% de manganeso para aplicaciones sensibles al peso y de alta resistencia. En estos casos, la baja densidad del aluminio se utiliza para reducir la densidad de la aleación resultante.
Efecto del elemento de titanio en piezas de acero al manganeso
El titanio se puede utilizar para desoxidar el acero al manganeso. Además, el titanio puede atar el nitrógeno en nitruros de titanio. Estos nitruros son compuestos estables a temperaturas de fabricación de acero. Una vez que se retiene, el nitrógeno ya no está disponible para causar la perforación de los pasadores en las piezas fundidas. El titanio también se puede usar para refinar el tamaño del grano, pero el efecto es mínimo en las secciones más pesadas.
Efecto del elemento cerio en piezas de acero al manganeso
El cerio se puede utilizar para refinar el tamaño de grano de los aceros al manganeso. Los compuestos de cerio tienen una menor indiferencia con el acero austenítico al manganeso que otros compuestos y, por lo tanto, deberían convertirlo en un mejor refinador de grano para esta aleación. También suprime la precipitación de carburo del límite del grano, lo que refuerza los límites del grano. También se informa que la resistencia al impacto ha mejorado para los aceros al manganeso aleados con cerio.
Efecto del elemento fósforo en piezas de acero al manganeso
El fósforo es muy dañino para el acero al manganeso. Forma una película eutéctica de fosfolípidos débil en los límites del grano de austenita. El fósforo es difícil de eliminar de los aceros al manganeso y el método más eficaz para controlarlo es la selección cuidadosa de los materiales de carga. ASTM A128 indica un máximo de fósforo de 0.07%, pero se recomienda mantener el nivel de fósforo muy por debajo de este nivel cuando se produce acero al manganeso de alta calidad.
Efecto del elemento azufre en piezas de acero al manganeso
El azufre, aunque no es un beneficio en la mayoría de los aceros, causa pocos problemas en los aceros al manganeso. Los altos niveles de manganeso mantienen el azufre atado en las inclusiones de sulfuro de manganeso del tipo esferoidal.
Efecto del elemento boro en piezas de acero al manganeso
El boro se ha utilizado para tratar de producir refinamiento de grano en aceros al manganeso. Sin embargo, a medida que aumentan los niveles de boro, se precipita un eutéctico de carburo de boro frágil en los límites de los granos. El boro también acelera la descomposición de la austenita si se recalienta el acero al manganeso, lo que hace que el material no se pueda soldar. No se recomienda utilizar boro en aceros al manganeso.