Effets de divers éléments dans le moulage de pièces en acier au manganèse
Différents éléments ont des fonctions différentes dans coulée d'acier au manganèse. Il existe certains effets de divers éléments dans la coulée de pièces en acier au manganèse.
Effection des éléments de carbone dans les pièces en acier au manganèse
Carbone est l'un des deux éléments les plus importants des aciers au manganèse avec le manganèse. Les aciers au manganèse sont une solution sursaturée de carbone. Pour la plupart des nuances d'acier au manganèse standard, le carbone et le manganèse sont dans un rapport approximatif de Mn / C = 10. Ces aciers sont donc typiquement de 12% Mn et 1.2% C. Ce ratio a été principalement établi par les premières limitations de la fabrication de l'acier et le ratio fixe n'a pas vraiment de signification. L'augmentation de la teneur en carbone augmente la limite d'élasticité et diminue la ductilité. Voir la figure ci-dessous pour les effets de l'augmentation de la teneur en carbone sur les propriétés de l'acier au manganèse à 13%.
L'importance principale de l'augmentation de la teneur en carbone est cependant d'augmenter la résistance à l'usure par gougeage, voir ci-dessous. La plupart des aciers au manganèse sont utilisés pour gouger l'abrasion et les situations d'usure à fort impact afin que les fabricants essaient de maximiser la teneur en carbone. Il existe des limites pratiques et comme la teneur en carbone dépasse 1.3%, la fissuration et les carbures aux joints de grains non dissous deviennent plus répandus. Les nuances supérieures des aciers au manganèse, ceux à forte teneur en manganèse, ont poussé la limite supérieure de carbone bien au-delà de 1.3%.
Effection d'élément de manganèse dans les pièces d'acier au manganèse
Le manganèse est un stabilisant d'austénite et rend possible cette famille d'alliages. Il diminue la température de transformation de l'austénite en ferrite et aide donc à conserver une structure entièrement austénitique à température ambiante. Les alliages avec 13% Mn et 1.1% C ont des températures de départ de martensite inférieures à -328 ° F. La limite inférieure de la teneur en manganèse dans l'acier au manganèse austénitique brut est proche de 10%. L'augmentation des niveaux de manganèse a tendance à augmenter la solubilité de l'azote et de l'hydrogène dans l'acier. Des alliages de première qualité avec des teneurs en carbone plus élevées et des éléments d'alliage supplémentaires existent avec des niveaux de manganèse de 16-25% de manganèse. Ces alliages sont la propriété de leurs fabricants.
Effection d'élément de silicium dans des pièces d'acier au manganèse
Des teneurs en silicium jusqu'à 1% sont généralement considérées comme sûres dans les aciers au manganèse, mais le silicium n'exerce aucune influence notable sur les propriétés mécaniques. À 2.2% de silicium, Avery a montré une forte réduction de la résistance et de la ductilité. La plupart des expériences rapportées ont été effectuées avec de petites sections de moins de 1 pouce lorsque l'on considère la teneur en silicium et des sections plus lourdes, la résistance aux chocs peut être sévèrement diminuée avec l'augmentation de la teneur en silicium. Voir l'image suivante pour l'effet de l'ajout de 1.5% de Si à une taille de section de 6 pouces.
Les données montrent une réduction de 75% de l'énergie d'impact lorsque le silicium est augmenté à ce niveau. Il est recommandé de maintenir les niveaux de silicium dans l'acier au manganèse bas, à moins de 0.6% de silicium lors de la production de sections de plus de 1 pouce.
Effection d'élément de chrome dans les pièces d'acier au manganèse
Le chrome est utilisé pour augmenter la résistance à la traction et la résistance à l'écoulement des aciers au manganèse. Des ajouts allant jusqu'à 3.0% sont souvent utilisés. Le chrome augmente la dureté recuite en solution et diminue la ténacité de l'acier au manganèse. Le chrome n'augmente pas le niveau maximal de dureté écroui ou le taux d'écrouissage. Les nuances contenant du chrome nécessitent des températures de traitement thermique plus élevées car les carbures de chrome sont plus difficiles à dissoudre en solution. Dans certaines applications, le chrome peut être bénéfique, mais dans de nombreuses applications, il n'y a aucun avantage à ajouter du chrome à l'acier au manganèse.
Effection d'élément de nickel dans les pièces en acier au manganèse
Le nickel est un puissant stabilisant d'austénite. Le nickel peut empêcher les transformations et la précipitation du carbure, même à des vitesses de refroidissement réduites pendant la trempe. Cela peut faire du nickel un ajout utile dans les produits qui ont de lourdes sections. L'augmentation de la teneur en nickel est associée à une ténacité accrue, une légère baisse de la résistance à la traction et n'a aucun effet sur la limite d'élasticité. Le nickel est également utilisé dans le soudage des matériaux d'apport pour les aciers au manganèse pour permettre au matériau tel que déposé d'être exempt de carbures. Il est typique d'avoir des niveaux de carbone plus faibles dans ces matériaux avec le nickel élevé pour produire le résultat souhaité.
Effection d'élément de molybdène dans les pièces d'acier au manganèse
Les ajouts de molybdène aux aciers au manganèse entraînent plusieurs changements. Premièrement, la température de démarrage de la martensite est abaissée, ce qui stabilise davantage l'austénite et retarde la précipitation du carbure. Ensuite, les ajouts de molybdène modifient la morphologie des carbures qui se forment pendant le réchauffage après que le matériau a subi un traitement en solution. Des films limites de grains de carbures aciculaires se forment généralement, mais après l'ajout de molybdène, les carbures qui précipitent sont coalescés et dispersés à travers les grains. Le résultat de ces changements est que la ténacité de l'acier est améliorée par l'ajout de molybdène. Un autre avantage des ajouts de molybdène peut être l'amélioration des propriétés mécaniques telles que coulées. Cela peut être un réel avantage lors de la production de pièces moulées. Dans des qualités de carbone plus élevées, le molybdène augmentera la tendance à la fusion naissante, il faut donc prendre soin d'éviter cela car les propriétés mécaniques résultantes seront sévèrement diminuées.
Le molybdène est avantageux lorsque de très fortes épaisseurs de section doivent être produites en acier au manganèse. Ce sont des sections de plus de 6 pouces et en particulier celles qui mesurent plus de 10 pouces.
Ces tailles de section peuvent être trouvées dans les grands manteaux de broyeur giratoire primaire et les moulages épais de matrices de mâchoire. Pour ces pièces moulées, il est recommandé d'ajouter du molybdène dans la gamme de 0.9% à 1.2% tout en réduisant la teneur en carbone de 0.9% à 1.0%. Le molybdène est avantageux lorsque de très fortes épaisseurs de section doivent être produites en acier au manganèse. Ce sont des sections de plus de 6 pouces et en particulier celles qui mesurent plus de 10 pouces. Ces tailles de section peuvent être trouvées dans les grands manteaux de broyeur giratoire primaire et les moulages épais de matrices de mâchoire. Pour ces pièces moulées, il est recommandé d'ajouter du molybdène dans la gamme de 0.9% à 1.2% tout en réduisant la teneur en carbone de 0.9% à 1.0%.
Effection d'élément en aluminium dans des pièces en acier au manganèse
L'aluminium est utilisé pour désoxyder l'acier au manganèse, ce qui peut empêcher les trous d'épingle et autres défauts de gaz. Il est typique d'utiliser des ajouts de 3 lb / tonne dans la poche. L'augmentation de la teneur en aluminium diminue les propriétés mécaniques de l'acier au manganèse tout en augmentant la fragilité et le déchirement à chaud. En pratique, il est conseillé de maintenir les résidus d'aluminium assez bas pour la plupart des nuances d'acier au manganèse. De nouveaux matériaux contenant des niveaux élevés d'aluminium et environ 30% de manganèse sont en cours de développement pour des applications à haute résistance et sensibles au poids. Dans ces cas, la faible densité de l'aluminium est utilisée pour abaisser la densité de l'alliage résultant.
Effection d'élément de titane dans les pièces en acier au manganèse
Le titane peut être utilisé pour désoxyder l'acier au manganèse. De plus, le titane peut retenir l'azote gazeux dans les nitrures de titane. Ces nitrures sont des composés stables aux températures de fabrication de l'acier. Une fois attaché, l'azote n'est plus disponible pour causer la formation de trous dans les moulages. Le titane peut également être utilisé pour affiner la taille du grain, mais l'effet est minime dans les sections les plus lourdes.
Effection d'élément de cérium dans les pièces d'acier au manganèse
Le cérium peut être utilisé pour affiner la granulométrie des aciers au manganèse. Les composés du cérium ont un désaccord plus faible avec l'acier au manganèse austénitique que les autres composés et devraient donc en faire un meilleur raffineur de grain pour cet alliage. Il supprime également la précipitation du carbure aux joints de grains, ce qui renforce les joints de grains. Les résistances aux chocs seraient également améliorées pour les aciers au manganèse alliés au cérium.
Effection d'élément phosphore dans les pièces en acier au manganèse
Le phosphore est très dommageable pour l'acier au manganèse. Il forme un faible film eutectique de phospholipides aux joints de grains d'austénite. Le phosphore est difficile à éliminer des aciers au manganèse et la méthode la plus efficace pour le contrôler consiste à sélectionner soigneusement les matériaux de charge. ASTM A128 demande un maximum de phosphore de 0.07%, mais il est recommandé de maintenir le niveau de phosphore bien en dessous de ce niveau lors de la production d'acier au manganèse de haute qualité.
Effection d'élément soufre dans les pièces en acier au manganèse
Le soufre, bien que n'étant pas un avantage dans la plupart des aciers, pose peu de problèmes avec les aciers au manganèse. Les niveaux élevés de manganèse maintiennent le soufre lié dans les inclusions de sulfure de manganèse de type sphéroïdal.
Effection de l'élément bore dans les pièces en acier au manganèse
Le bore a été utilisé pour essayer de produire le raffinage du grain dans les aciers au manganèse. Cependant, à mesure que les niveaux de bore augmentent, un eutectique au carbure de borure fragile précipite aux joints de grains. Le bore accélère également la décomposition de l'austénite si l'acier au manganèse est réchauffé, ce qui rend le matériau non soudable. Il n'est pas recommandé d'utiliser du bore dans les aciers au manganèse.