Effetti di vari elementi nella fusione di parti in acciaio al manganese
Elementi diversi hanno funzioni diverse in fusione di acciaio al manganese. Ci sono alcuni effetti di vari elementi nella fusione di parti in acciaio al manganese.
Efficacia dell'elemento in carbonio nelle parti in acciaio al manganese
Carbonio è uno dei due elementi più importanti negli acciai al manganese insieme al manganese. Gli acciai al manganese sono una soluzione supersatura di carbonio. Per la maggior parte dei tipi di acciaio al manganese standard, il carbonio e il manganese sono in un rapporto approssimativo di Mn / C = 10. Questi acciai, quindi, sono tipicamente 12% Mn e 1.2% C. Questo rapporto è stato determinato principalmente dai primi limiti di fabbricazione dell'acciaio e il rapporto fisso non ha alcun significato reale. L'aumento del contenuto di carbonio aumenta la resistenza allo snervamento e riduce la duttilità. Vedere la figura sotto per gli effetti dell'aumento del contenuto di carbonio sulle proprietà del 13% dell'acciaio al manganese.
Il significato principale dell'aumento del contenuto di carbonio è però quello di aumentare la resistenza all'usura per scriccatura, vedi sotto. La maggior parte degli acciai al manganese vengono utilizzati in situazioni di abrasione da scriccatura e usura ad alto impatto, quindi i produttori cercano di massimizzare il contenuto di carbonio. Esistono dei limiti pratici e poiché il contenuto di carbonio supera l'1.3%, le crepe e i carburi al bordo del grano indisciolto diventano più diffusi. Le qualità premium degli acciai al manganese, quelli con un alto contenuto di manganese, hanno spinto il limite superiore di carbonio ben oltre l'1.3%.
Efficacia dell'elemento manganese nelle parti in acciaio al manganese
Il manganese è uno stabilizzante dell'austenite e rende possibile questa famiglia di leghe. Riduce la temperatura di trasformazione da austenite a ferrite e quindi aiuta a mantenere una struttura completamente austenitica a temperatura ambiente. Le leghe con il 13% di Mn e l'1.1% di C hanno temperature iniziali di martensite inferiori a -328 ° F. Il limite inferiore per il contenuto di manganese nell'acciaio al manganese austenitico è vicino al 10%. L'aumento dei livelli di manganese tende ad aumentare la solubilità dell'azoto e dell'idrogeno nell'acciaio. Esistono leghe premium con un contenuto di carbonio più elevato ed elementi di lega aggiuntivi con livelli di manganese dal 16 al 25% di manganese. Queste leghe sono di proprietà dei rispettivi produttori.
Efficacia dell'elemento in silicio nelle parti in acciaio al manganese
I contenuti di silicio fino all'1% sono generalmente considerati sicuri negli acciai al manganese, ma il silicio non esercita alcuna influenza notevole sulle proprietà meccaniche. Con un contenuto di silicio del 2.2%, Avery ha mostrato una forte riduzione di resistenza e duttilità. La maggior parte della sperimentazione riportata è stata eseguita con sezioni di piccole dimensioni inferiori a 1 pollice quando si considera il contenuto di silicio e dimensioni di sezione più pesanti, la resistenza all'impatto può essere notevolmente ridotta con l'aumento del contenuto di silicio. Vedere l'immagine seguente per l'effetto dell'aggiunta dell'1.5% di Si a una dimensione di sezione da 6 pollici.
I dati mostrano una riduzione del 75% dell'energia d'impatto quando il silicio viene aumentato a questo livello. Si consiglia di mantenere bassi i livelli di silicio nell'acciaio al manganese, a meno dello 0.6% di silicio quando si producono sezioni di dimensioni superiori a 1 pollice.
Effetto dell'elemento al cromo nelle parti in acciaio al manganese
Il cromo viene utilizzato per aumentare la resistenza alla trazione e la resistenza al flusso degli acciai al manganese. Spesso vengono utilizzate aggiunte fino al 3.0%. Il cromo aumenta la durezza ricotta in soluzione e diminuisce la tenacità dell'acciaio al manganese. Il cromo non aumenta il livello massimo di durezza incrudito o il tasso di incrudimento. Le qualità per cuscinetti di cromo richiedono temperature di trattamento termico più elevate poiché i carburi di cromo sono più difficili da sciogliere in soluzione. In alcune applicazioni, il cromo può essere utile, ma in molte applicazioni non vi è alcun vantaggio nell'aggiunta di cromo all'acciaio al manganese.
Effetto dell'elemento nichel nelle parti in acciaio al manganese
Il nichel è un forte stabilizzante dell'austenite. Il nichel può impedire le trasformazioni e la precipitazione del carburo anche a velocità di raffreddamento ridotte durante la tempra. Questo può rendere un nichel un'utile aggiunta nei prodotti che hanno sezioni pesanti. L'aumento del contenuto di nichel è associato a una maggiore tenacità, a una leggera diminuzione della resistenza alla trazione e non ha alcun effetto sulla resistenza allo snervamento. Il nichel viene anche utilizzato nella saldatura di materiali di apporto per acciai al manganese per consentire al materiale così depositato di essere privo di carburi. È tipico avere livelli di carbonio inferiori in questi materiali insieme al nichel elevato per produrre il risultato desiderato.
Efficacia dell'elemento molibdeno nelle parti in acciaio al manganese
Le aggiunte di molibdeno agli acciai al manganese comportano diversi cambiamenti. Innanzitutto, la temperatura di inizio della martensite viene abbassata, il che stabilizza ulteriormente l'austenite e ritarda la precipitazione del carburo. Successivamente, le aggiunte di molibdeno modificano la morfologia dei carburi che si formano durante il riscaldamento dopo che il materiale ha subito un trattamento in soluzione. Tipicamente si formano pellicole di confine di grano di carburi aciculari, ma dopo l'aggiunta di molibdeno i carburi che precipitano vengono uniti e dispersi attraverso i grani. Il risultato di questi cambiamenti è che la tenacità dell'acciaio viene migliorata con l'aggiunta di molibdeno. Un altro vantaggio delle aggiunte di molibdeno può essere il miglioramento delle proprietà meccaniche come colate. Questo può essere un vero vantaggio durante la produzione della fusione. In gradi di carbonio più elevati il molibdeno aumenterà la tendenza alla fusione incipiente, quindi è necessario prestare attenzione per evitare ciò poiché le proprietà meccaniche risultanti saranno notevolmente ridotte.
Il molibdeno è utile quando si devono produrre spessori di sezione molto pesanti in acciaio al manganese. Si tratta di sezioni che superano i 6 pollici e in particolare quelle che superano i 10 pollici di sezione.
Queste dimensioni di sezione possono essere trovate in mantelli di frantoio rotanti primari di grandi dimensioni e spessi getti di stampi a mascelle. Per queste fusioni, si consiglia di aggiungere molibdeno nell'intervallo dallo 0.9% all'1.2% riducendo il contenuto di carbonio dallo 0.9% all'1.0%. Il molibdeno è utile quando si devono produrre spessori di sezione molto pesanti in acciaio al manganese. Si tratta di sezioni che superano i 6 pollici e in particolare quelle che superano i 10 pollici di sezione. Queste dimensioni di sezione possono essere trovate in mantelli di frantoio rotanti primari di grandi dimensioni e spessi getti di stampi a mascelle. Per queste fusioni, si consiglia di aggiungere molibdeno nell'intervallo dallo 0.9% all'1.2% riducendo il contenuto di carbonio dallo 0.9% all'1.0%.
Effetto dell'elemento in alluminio nelle parti in acciaio al manganese
L'alluminio viene utilizzato per disossidare l'acciaio al manganese, che può prevenire fori di spillo e altri difetti del gas. È tipico utilizzare aggiunte di 3 libbre / tonnellata nel mestolo. L'aumento del contenuto di alluminio diminuisce le proprietà meccaniche dell'acciaio al manganese aumentando la fragilità e lo strappo a caldo. In pratica, è consigliabile mantenere i residui di alluminio abbastanza bassi per la maggior parte dei tipi di acciaio al manganese. Nuovi materiali che contengono alti livelli di alluminio e circa il 30% di manganese sono in fase di sviluppo per applicazioni ad alta resistenza e sensibili al peso. In questi casi, la bassa densità dell'alluminio viene utilizzata per abbassare la densità della lega risultante.
Effetto dell'elemento in titanio nelle parti in acciaio al manganese
Il titanio può essere utilizzato per disossidare l'acciaio al manganese. Inoltre, il titanio può legare gas azoto in nitruri di titanio. Questi nitruri sono composti stabili alle temperature di produzione dell'acciaio. Una volta legato, l'azoto non è più disponibile per causare il foro di foratura nei getti. Il titanio può anche essere usato per affinare la dimensione del grano, ma l'effetto è minimo nelle sezioni più pesanti.
Efficacia dell'elemento cerio nelle parti in acciaio al manganese
Il cerio può essere utilizzato per affinare la granulometria degli acciai al manganese. I composti del cerio hanno una minore disregolarità con l'acciaio austenitico al manganese rispetto ad altri composti e quindi dovrebbero renderlo un miglior raffinatore di grano per questa lega. Inoltre sopprime la precipitazione del carburo al bordo del grano, rafforzando i bordi del grano. Le resistenze all'urto sono anche riportate come migliorate per gli acciai al manganese legati con cerio.
Effetto dell'elemento fosforo nelle parti in acciaio al manganese
Il fosforo è molto dannoso per l'acciaio al manganese. Forma un debole film eutettico fosfolipidico ai bordi dei grani dell'austenite. Il fosforo è difficile da rimuovere dagli acciai al manganese e il metodo più efficace per controllarlo è un'attenta selezione dei materiali di carica. ASTM A128 indica un fosforo massimo dello 0.07%, ma si consiglia di mantenere il livello di fosforo ben al di sotto di questo livello quando si produce acciaio al manganese di alta qualità.
Efficacia dell'elemento zolfo nelle parti in acciaio al manganese
Lo zolfo, pur non essendo un vantaggio nella maggior parte degli acciai, causa pochi problemi negli acciai al manganese. Gli alti livelli di manganese mantengono lo zolfo legato nelle inclusioni di solfuro di manganese di tipo sferoidale.
Effetto dell'elemento boro nelle parti in acciaio al manganese
Il boro è stato utilizzato per cercare di produrre raffinamento del grano negli acciai al manganese. Quando i livelli di boro aumentano, tuttavia, un fragile eutettico di carburo di boruro precipita ai bordi del grano. Il boro accelera anche la decomposizione dell'austenite se l'acciaio al manganese viene riscaldato, il che rende il materiale non saldabile. Si sconsiglia di utilizzare il boro negli acciai al manganese.