Воздействие различных элементов при литье деталей из марганцевой стали
У разных элементов разные функции в литье марганца. При литье деталей из марганцовистой стали проявляются некоторые эффекты различных элементов.
Влияние углеродных элементов на детали из марганцевой стали
Carbon является одним из двух наиболее важных элементов в марганцевой стали наряду с марганцем. Марганцевые стали - это пересыщенный раствор углерода. Для большинства стандартных марок марганцевой стали углерод и марганец находятся в приблизительном соотношении Mn / C = 10. Таким образом, эти стали обычно содержат 12% Mn и 1.2% C. Это соотношение в основном было задано ограничениями при производстве стали на ранних этапах, и фиксированное соотношение не имеет реального значения. Увеличение содержания углерода увеличивает предел текучести и снижает пластичность. На рисунке ниже показано влияние увеличения содержания углерода на свойства 13% -ной марганцевой стали.
Однако основное значение повышенного содержания углерода заключается в повышении износостойкости при строжке, см. Ниже. Большинство марганцевых сталей используются при строжке абразивного и ударного износа, поэтому производители стараются максимально увеличить содержание углерода. Практические ограничения действительно существуют, и когда содержание углерода превышает 1.3%, растрескивание и нерастворенные карбиды на границах зерен становятся более распространенными. Марганцевые стали высшего сорта с высоким содержанием марганца превысили верхний предел содержания углерода в 1.3%.
Влияние марганцевого элемента на детали из марганцевой стали
Марганец является стабилизатором аустенита и делает возможным это семейство сплавов. Он снижает температуру превращения аустенита в феррит и, следовательно, помогает сохранить полностью аустенитную структуру при комнатной температуре. Сплавы с 13% Mn и 1.1% C имеют начальную температуру мартенсита ниже -328 ° F. Нижний предел содержания марганца в простой аустенитной марганцевой стали составляет около 10%. Повышение уровня марганца приводит к увеличению растворимости азота и водорода в стали. Существуют сплавы премиум-класса с более высоким содержанием углерода и дополнительными элементами сплава с содержанием марганца от 16 до 25%. Эти сплавы являются собственностью их производителей.
Влияние кремниевого элемента в деталях из марганцевой стали
Содержание кремния до 1% обычно считается безопасным в марганцевой стали, но кремний не оказывает заметного влияния на механические свойства. При содержании кремния 2.2% Avery продемонстрировала резкое снижение прочности и пластичности. Большинство описанных экспериментов проводилось с небольшими размерами секций менее 1 дюйма, учитывая содержание кремния и более тяжелые размеры секций, ударная вязкость может быть значительно снижена с увеличением содержания кремния. На следующем рисунке показан эффект добавления 1.5% Si к секции размером 6 дюймов.
Данные показывают снижение энергии удара на 75% при увеличении содержания кремния до этого уровня. Рекомендуется поддерживать уровень кремния в марганцевой стали на низком уровне - менее 0.6% кремния при производстве сечений размером более 1 дюйма.
Влияние элемента хрома на детали из марганцевой стали
Хром используется для повышения прочности на разрыв и сопротивления текучести марганцевых сталей. Часто используются добавки до 3.0%. Хром увеличивает твердость после отжига на твердый раствор и снижает ударную вязкость марганцевой стали. Хром не увеличивает максимальный уровень наклепа или скорость деформационного упрочнения. Для хромосодержащих сортов требуется более высокая температура термообработки, поскольку карбиды хрома труднее растворяются в растворе. В некоторых приложениях хром может быть полезным, но во многих случаях добавление хрома в марганцевую сталь не приносит пользы.
Влияние никелевого элемента в деталях из марганцевой стали
Никель - сильный стабилизатор аустенита. Никель может предотвратить превращения и осаждение карбидов даже при пониженных скоростях охлаждения во время закалки. Это может сделать никель полезным дополнением к продуктам с большим размером сечения. Повышение содержания никеля связано с повышенной ударной вязкостью, небольшим падением прочности на разрыв и не влияет на предел текучести. Никель также используется при сварке присадочных материалов для марганцевых сталей, чтобы в наплавленном материале не было карбидов. Обычно для получения желаемого результата в этих материалах имеется более низкий уровень углерода наряду с повышенным содержанием никеля.
Влияние молибденового элемента на детали из марганцевой стали
Добавки молибдена в марганцевые стали приводят к нескольким изменениям. Во-первых, снижается начальная температура мартенсита, что дополнительно стабилизирует аустенит и замедляет выделение карбида. Затем добавки молибдена изменяют морфологию карбидов, которые образуются во время повторного нагрева после обработки материала раствором. Обычно образуются межзеренные пленки игольчатых карбидов, но после добавления молибдена осаждающиеся карбиды коалесцируют и диспергируются через зерна. Результатом этих изменений является то, что ударная вязкость стали улучшается за счет добавления молибдена. Еще одним преимуществом добавок молибдена является улучшение механических свойств после литья. Это может быть реальным преимуществом при производстве отливок. Молибден с более высоким содержанием углерода увеличивает склонность к зарождающемуся плавлению, поэтому необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать этого, поскольку полученные механические свойства будут значительно ухудшены.
Молибден полезен, когда необходимо производить марганцевую сталь очень большой толщины. Это секции, размер которых превышает 6 дюймов, и особенно те, которые имеют размер более 10 дюймов.
Эти размеры сечения могут быть найдены в больших кожухах первичной вращательной дробилки и отливках штампов с толстыми губками. Для этих отливок рекомендуется добавлять молибден в диапазоне от 0.9% до 1.2% при снижении содержания углерода до 0.9-1.0%. Молибден полезен, когда необходимо производить марганцевую сталь очень большой толщины. Это секции, размер которых превышает 6 дюймов, и особенно те, которые имеют размер более 10 дюймов. Эти размеры сечения могут быть найдены в больших кожухах первичных вращательных дробилок и в отливках штампов с толстыми губками. Для этих отливок рекомендуется добавлять молибден в диапазоне от 0.9% до 1.2% при снижении содержания углерода до 0.9-1.0%.
Влияние алюминиевого элемента на детали из марганцевой стали
Алюминий используется для раскисления марганцевой стали, что может предотвратить образование точечных отверстий и других газовых дефектов. Обычно в ковше используются добавки 3 фунта на тонну. Повышение содержания алюминия снижает механические свойства марганцевой стали, одновременно увеличивая хрупкость и разрыв при горячем разрыве. На практике для большинства марок марганцевой стали рекомендуется поддерживать остаточное содержание алюминия на довольно низком уровне. Новые материалы с высоким содержанием алюминия и примерно 30% марганца разрабатываются для высокопрочных и чувствительных к весу приложений. В этих случаях низкая плотность алюминия используется для снижения плотности получаемого сплава.
Влияние титанового элемента на детали из марганцевой стали
Титан может быть использован для раскисления марганцевой стали. Кроме того, титан может связывать газообразный азот в нитриды титана. Эти нитриды являются стабильными соединениями при температурах выплавки стали. После того, как связали, азот больше не доступен, чтобы вызвать сколы в отливках. Титан также может быть использован для уточнения размера зерна, но эффект на более тяжелых участках минимален.
Влияние элемента церия в деталях из марганцевой стали
Церий можно использовать для измельчения зерна марганцевых сталей. Соединения церия имеют более низкую степень разрушения аустенитной марганцевой стали, чем другие соединения, и поэтому должны сделать его лучшим измельчителем зерна для этого сплава. Он также подавляет выделение карбида на границах зерен, что укрепляет границы зерен. Сообщается также, что ударная вязкость улучшается для марганцевых сталей, легированных церием.
Влияние фосфорного элемента на детали из марганцевой стали
Фосфор очень опасен для марганцевой стали. Он образует слабую фосфолипидную эвтектическую пленку на границах зерен аустенита. Фосфор трудно удалить из марганцевых сталей, и наиболее эффективным методом борьбы с ним является тщательный выбор шихтовых материалов. Согласно ASTM A128 максимальное содержание фосфора составляет 0.07%, но при производстве высококачественной марганцевой стали рекомендуется поддерживать уровень фосфора значительно ниже этого уровня.
Влияние серных элементов на детали из марганцевой стали
Сера, хотя и не является преимуществом для большинства сталей, вызывает мало проблем для марганцевых сталей. Высокие уровни марганца удерживают серу в связках сульфида марганца сфероидального типа.
Влияние элемента бора в деталях из марганцевой стали
Бор использовался для измельчения зерна марганцевых сталей. Однако по мере увеличения содержания бора на границах зерен выделяется хрупкая эвтектика из карбида борида. Бор также ускоряет разложение аустенита, если марганцевую сталь повторно нагревают, что делает материал несвариваемым. Не рекомендуется использовать бор в марганцевых сталях.