Efeitos de vários elementos na fundição de peças de aço manganês
Elementos diferentes têm funções diferentes em fundição de aço manganês. Existem alguns efeitos de vários elementos na fundição de peças de aço manganês.
Efeito do elemento de carbono em peças de aço manganês
Carbono é um dos dois elementos mais importantes nos aços manganês junto com o manganês. Os aços manganês são uma solução supersaturada de carbono. Para a maioria dos graus de aço manganês padrão, o carbono e o manganês estão em uma proporção aproximada de Mn / C = 10. Esses aços, portanto, são tipicamente 12% Mn e 1.2% C. Essa proporção foi estabelecida principalmente pelas limitações da fabricação de aço inicial e a proporção fixa não tem significância real. Aumentar o teor de carbono aumenta a resistência ao escoamento e diminui a ductilidade. Veja a figura abaixo para os efeitos do aumento do conteúdo de carbono nas propriedades do aço manganês a 13%.
O principal significado do aumento do teor de carbono, porém, é aumentar a resistência ao desgaste da goivagem, veja abaixo. A maioria dos aços manganês é usada em abrasão por goivagem e situações de desgaste de alto impacto, de modo que os fabricantes tentam maximizar o conteúdo de carbono. Limites práticos existem e como o conteúdo de carbono excede 1.3% de rachaduras e carbonetos de contorno de grão não dissolvidos se tornam mais prevalentes. As classes premium de aços manganês, aqueles com alto teor de manganês, empurraram o limite superior de carbono bem além de 1.3%.
Efeito do elemento manganês em peças de aço manganês
O manganês é um estabilizador de austenita e torna possível essa família de ligas. Ele diminui a temperatura de transformação da austenita em ferrita e, portanto, ajuda a reter uma estrutura totalmente austenítica à temperatura ambiente. Ligas com 13% Mn e 1.1% C têm temperaturas iniciais de martensita abaixo de -328 ° F. O limite inferior para o teor de manganês no aço manganês austenítico simples é próximo a 10%. Os níveis crescentes de manganês tendem a aumentar a solubilidade do nitrogênio e do hidrogênio no aço. Ligas premium com maior teor de carbono e elementos de liga adicionais existem com níveis de manganês de 16-25% de manganês. Essas ligas são propriedade de seus fabricantes.
Efeito de elemento de silício em peças de aço manganês
Teores de silício de até 1% são normalmente considerados seguros em aços manganês, mas o silício não exerce influência perceptível nas propriedades mecânicas. Com 2.2% de conteúdo de silício, Avery mostrou uma redução acentuada na resistência e ductilidade. A maior parte da experimentação relatada foi feita com tamanhos de seção pequenos de menos de 1 polegada ao considerar o conteúdo de silício e tamanhos de seção mais pesados, a resistência ao impacto pode ser severamente diminuída com o aumento do conteúdo de silício. Veja a imagem a seguir para o efeito de adicionar 1.5% de Si a um tamanho de seção de 6 polegadas.
Os dados mostram uma redução de 75% na energia de impacto quando o silício é elevado a este nível. Recomenda-se manter os níveis de silício no aço manganês baixos, para menos de 0.6% de silício ao produzir tamanhos de seção acima de 1 polegada.
Efeito de elemento de cromo em peças de aço manganês
O cromo é usado para aumentar a resistência à tração e ao fluxo dos aços manganês. Adições de até 3.0% são freqüentemente usadas. O cromo aumenta a dureza recozida em solução e diminui a tenacidade do aço manganês. O cromo não aumenta o nível máximo de dureza endurecida por trabalho ou a taxa de endurecimento por deformação. Os tipos de rolamentos de cromo requerem temperaturas mais altas de tratamento térmico, pois os carbonetos de cromo são mais difíceis de dissolver na solução. Em algumas aplicações, o cromo pode ser benéfico, mas em muitas aplicações, não há benefício em adicionar cromo ao aço manganês.
Efeito de elemento de níquel em peças de aço manganês
O níquel é um forte estabilizador de austenita. O níquel pode evitar transformações e precipitação de carboneto, mesmo com taxas de resfriamento reduzidas durante a têmpera. Isso pode tornar o níquel uma adição útil em produtos com seções pesadas. O aumento do teor de níquel está associado ao aumento da tenacidade, uma ligeira queda na resistência à tração e não tem efeito sobre a resistência ao escoamento. O níquel também é usado na soldagem de materiais de enchimento para aços manganês, para permitir que o material depositado seja livre de carbonetos. É típico ter níveis mais baixos de carbono nesses materiais junto com o níquel elevado para produzir o resultado desejado.
Efeito do elemento de molibdênio em peças de aço manganês
As adições de molibdênio aos aços manganês resultam em várias mudanças. Primeiro, a temperatura inicial da martensita é reduzida, o que estabiliza ainda mais a austenita e retarda a precipitação do carboneto. Em seguida, as adições de molibdênio mudam a morfologia dos carbonetos que se formam durante o reaquecimento após o material ter passado por um tratamento de solução. Normalmente, formam-se filmes de limite de grãos de carbonetos aciculares, mas após a adição de molibdênio, os carbonetos que precipitam são coalescidos e dispersos através dos grãos. O resultado dessas mudanças é que a tenacidade do aço é melhorada pela adição de molibdênio. Outro benefício das adições de molibdênio pode ser o aprimoramento das propriedades mecânicas da fundição. Isso pode ser um benefício real durante a produção de fundição. Em graus mais elevados de carbono, o molibdênio aumentará a tendência para fusão incipiente, portanto, deve-se ter cuidado para evitar isso, pois as propriedades mecânicas resultantes serão severamente diminuídas.
O molibdênio é benéfico quando espessuras de seção muito pesadas são produzidas em aço manganês. Essas são seções com mais de 6 polegadas e especialmente aquelas que têm mais de 10 polegadas de tamanho.
Esses tamanhos de seção podem ser encontrados em grandes mantos primários de britagem giratória e peças fundidas de mandíbulas grossas. Para essas peças fundidas, é recomendado adicionar molibdênio na faixa de 0.9% a 1.2%, reduzindo o teor de carbono para 0.9% a 1.0%. O molibdênio é benéfico quando espessuras de seção muito pesadas são produzidas em aço manganês. Essas são seções com mais de 6 polegadas e especialmente aquelas que têm mais de 10 polegadas de tamanho. Esses tamanhos de seção podem ser encontrados em grandes mantos primários de britagem giratória e peças fundidas de mandíbulas grossas. Para essas peças fundidas, é recomendado adicionar molibdênio na faixa de 0.9% a 1.2%, reduzindo o teor de carbono para 0.9% a 1.0%.
Efeito de elemento de alumínio em peças de aço manganês
O alumínio é usado para desoxidar o aço manganês, o que pode evitar furos de alfinetes e outros defeitos de gás. É comum usar adições de 3 lbs / ton na concha. O aumento do conteúdo de alumínio diminui as propriedades mecânicas do aço manganês enquanto aumenta a fragilidade e o rasgo a quente. Na prática, é aconselhável manter os resíduos de alumínio razoavelmente baixos para a maioria dos tipos de aço manganês. Novos materiais que contêm altos níveis de alumínio e aproximadamente 30% de manganês estão sendo desenvolvidos para aplicações de alta resistência e sensíveis ao peso. Nestes casos, a baixa densidade do alumínio está sendo usada para diminuir a densidade da liga resultante.
Efeito do elemento de titânio em peças de aço manganês
O titânio pode ser usado para desoxidar o aço manganês. Além disso, o titânio pode atar nitrogênio em nitretos de titânio. Estes nitretos são compostos estáveis nas temperaturas de fabricação do aço. Uma vez amarrado, o nitrogênio não está mais disponível para causar furos nas peças fundidas. O titânio também pode ser usado para refinar o tamanho do grão, mas o efeito é mínimo em seções mais pesadas.
Efeito de elemento de cério em peças de aço manganês
O cério pode ser usado para refinar o tamanho do grão dos aços manganês. Os compostos de cério têm um desregistry menor com o aço manganês austenítico do que outros compostos e, portanto, devem torná-lo um refinador de grãos melhor para esta liga. Ele também suprime a precipitação de carboneto de contorno de grão, o que fortalece os contornos de grão. Resistências ao impacto também são relatadas como sendo melhoradas para aços manganês com liga de cério.
Efeito de elemento de fósforo em peças de aço manganês
O fósforo é muito prejudicial para o aço manganês. Ele forma um filme eutético de fosfolipídio fraco nos limites dos grãos de austenita. O fósforo é difícil de remover dos aços manganês e o método mais eficaz para controlá-lo é a seleção cuidadosa dos materiais de carga. O ASTM A128 indica um máximo de fósforo de 0.07%, mas é recomendado manter o nível de fósforo bem abaixo desse nível ao produzir aço manganês de alta qualidade.
Efeito do elemento de enxofre em peças de aço manganês
O enxofre, embora não seja um benefício na maioria dos aços, causa poucos problemas nos aços manganês. Os altos níveis de manganês mantêm o enxofre preso em inclusões de sulfeto de manganês do tipo esferoidal.
Efeito do elemento de boro em peças de aço manganês
O boro tem sido usado para tentar produzir refinamento de grãos em aços manganês. À medida que os níveis de boro aumentam, no entanto, um carboneto de boreto eutético frágil é precipitado nos contornos do grão. O boro também acelera a decomposição da austenita se o aço manganês for reaquecido, o que torna o material não soldável. Não é recomendado o uso de boro em aços manganês.