Manganès: desoxidació, desulfuració i enfortiment
El manganès és un dels elements d'aliatge més utilitzats en l'acer perquè realitza diversos treballs alhora: és un bon desoxidant i desulfurant, i és un reforçador econòmic. L'acer generalment conté una certa quantitat de manganès, que elimina o debilita la fragilitat en calent causada pel sofre i així millora la treballabilitat en calent.
El mecanisme és una diferència d'afinitat química. El manganès es combina amb el sofre més fàcilment que el ferro, formant sulfur de manganès en lloc de sulfur de ferro. Les pel·lícules de sulfur de ferro als límits del gra són la causa clàssica de la curta durada durant el laminat i la forja, de manera que mantenir el sofre lligat ja que el sulfur de manganès protegeix el material a través del rang de treball en calent.
Com el manganès canvia l'estructura d'acer
La solució sòlida que forma el manganès amb el ferro augmenta la duresa i la resistència tant de la ferrita com de l'austenita. El manganès també forma carburs i pot entrar en cementita, substituint alguns dels àtoms de ferro. La seva presència redueix les temperatures crítiques de transformació i refina la perlita, que augmenta indirectament la resistència de l'acer perlític. El manganès estabilitza l'austenita només per darrere del níquel, i augmenta fortament la tempabilitat, per això molts acers d'aliatge es construeixen al voltant de continguts de manganès que no superen el 2% juntament amb altres elements.
El manganès és abundant i versàtil, per la qual cosa apareix gairebé a tot arreu: en acers estructurals al carboni i en acers de molla que contenen un contingut de manganès relativament elevat, com el tipus 60Si2Mn especificat en GB/T 1222. En aquests graus, el manganès contribueix tant a la resistència com a la tempabilitat necessària per endurir-una secció durant l'extinció.
Acer d'alt -manganès-resistent al desgast
En acers d'alt-carboni i alt-manganès resistent al desgast-, el contingut de manganès pot arribar al 10% al 14%. Després del tractament amb solució l'estructura és austenítica i resistent, amb bona ductilitat. Quan la superfície es deforma per l'impacte, el treball de la capa deformada-s'endureix i desenvolupa una gran resistència a l'abrasió, mentre que l'interior segueix sent prou resistent per absorbir més impactes. Les peces de fosa d'aquesta família s'especifiquen sota ASTM A128, que cobreix les peces de fosa d'acer austenític al manganès.
S'apliquen dues precaucions sempre que s'utilitzi manganès a nivells més alts. El manganès augmenta la tendència de l'acer a l'engruiximent del gra i a la fragilitat del tremp. També fa que l'acer sigui sensible a l'hidrogen: si el refredament després de la fusió, l'abocament o la forja no es controla adequadament, es poden desenvolupar taques blanques o escates dins de l'acer, per això el control del procés al voltant del refredament i el contingut d'hidrogen és tan important com l'anàlisi en si.
Alumini: desoxidació, refinament de gra i nitruració
L'alumini s'utilitza principalment per a la desoxidació i el refinament del gra. En els acers de nitruració, afavoreix la formació d'una capa de nitrur-resistent a la corrosió dura, per la qual cosa s'escullen graus de nitruració-d'alumini com el 38CrMoAl per a components que necessiten una superfície molt dura i resistent al desgast-en un nucli resistent. L'alumini també inhibeix l'envelliment de l'acer de baix-carboni en combinar-se amb nitrogen i millora la tenacitat a baixes temperatures.
A continguts més elevats, l'alumini millora la resistència a l'oxidació de l'acer i la seva resistència a l'atac en àcids oxidants i en ambients de sulfur d'hidrogen, i millora les propietats elèctriques i magnètiques de l'acer, sobretot en els acers elèctrics orientats{0}}gras. En general, a l'acer, l'alumini té un fort efecte de reforç de la solució sòlida, i en les peces carburades millora la resistència al desgast, la resistència a la fatiga i les propietats mecàniques del nucli.
En aliatges-resistents a la calor, l'alumini i el níquel formen compostos intermetàl·lics que augmenten la resistència a alta-temperatura. Els aliatges de ferro-crom-alumini que contenen alumini mostren una resistència elèctrica gairebé-constante juntament amb una excel·lent resistència a l'oxidació a-temperatura, motiu pel qual aquesta família s'utilitza per a la resistència i els elements de calefacció.
Excés d'alumini i rangs de continguts típics
L'alumini només és beneficiós dins dels límits, i els límits són específics del procés-en lloc d'universal. Si s'utilitza massa alumini durant la desoxidació, l'acer desenvolupa estructures anormals i mostra una tendència a la grafitització. En els acers ferrítics i perlítics, un alt contingut d'alumini redueix la resistència i la tenacitat a les altes-temperatura, i comporta dificultats pràctiques per a la fusió i l'abocament, perquè les inclusions d'alúmina augmenten la viscositat de la fosa i poden bloquejar els broquets.
| Element i aplicació | Contingut típic | Funció principal |
|---|---|---|
| Manganès, acer estructural al carboni | 0.3–1.5% | Desoxidació, desulfuració, reforç de la solució sòlida |
| Manganès, acer aliat amb altres elements | fins a un 2% | Enduriment, estabilització d'austenita, refinament de perlita |
| Manganès, acer -resistent al desgast segons ASTM A128 | 10–14% | Treballeu-la resistència al desgast austenític amb un nucli resistent |
| Alumini, desoxidació d'acer mort | 0.02–0.06% | Desoxidació i refinament del gra com a nitrur d'alumini |
| Alumini, acer nitrurant | 0.7–1.1% | Caixa nitrurada dura i resistent a la corrosió- |
| Aliatges d'alumini,-resistents a la calor Fe{-Cr-Al | 4.5–6% | Resistència a l'oxidació amb resistència elèctrica estable |
Llegits com a grup, aquests intervals mostren per què els dos elements solen especificar-se junts i controlar per separat. S'afegeix manganès per a l'estructura i la neteja, l'alumini per a la desoxidació i el rendiment de la superfície, i els límits superiors d'ambdós els estableixen els defectes que apareixen quan l'addició s'empeny massa lluny.
La verificació a la pràctica es basa en l'anàlisi química de cada calor per al manganès, l'alumini, el sofre i el nitrogen, segons correspongui, combinada amb un examen metal·logràfic del tipus d'inclusió i la mida del gra, i amb mesures de control de l'hidrogen on es produeixen graus elevats de -manganès.
Preguntes freqüents
P: Per què s'afegeix manganès a l'acer?
Actua com a desoxidant i desulfurant, prevé la fragilitat en calent formant sulfur de manganès en lloc de sulfur de ferro, i reforça la ferrita i l'austenita mitjançant l'enduriment de la solució sòlida.
P: Què passa si el manganès és massa baix per al sofre present?
El sofre segueix sent capaç de formar sulfur de ferro als límits del gra, la qual cosa provoca una curtesa en calent durant la laminació o la forja; manganès adequat manté el sofre combinat com a sulfur de manganès.
P: Per què s'endureix l'acer d'alt-manganès sota l'impacte?
Conserva una estructura austenítica resistent després del tractament de la solució, i la deformació del treball de la capa superficial-l'endureix, de manera que la resistència a l'abrasió augmenta mentre l'interior continua sent dúctil.
P: Per què es manté baix el contingut d'alumini de l'acer?
L'excés d'alumini produeix estructures anormals i una tendència a la grafitització, redueix la resistència i la tenacitat a les altes-temperaturas dels acers ferrítics i perlítics i genera inclusions d'alúmina que pertorben la fusió i l'abocament.
P: Per què s'utilitza l'alumini en acers de nitruració?
L'alumini forma nitrurs durs durant la nitruració, creant una carcassa dura i resistent a la corrosió-en un nucli resistent, que és la base dels graus de nitruració dels coixinets d'alumini-com el 38CrMoAl.
P: L'alumini millora la resistència a la corrosió?
En continguts més elevats millora la resistència a l'oxidació i als atacs en àcids oxidants i en ambients de sulfur d'hidrogen, i contribueix a la resistència a l'oxidació dels aliatges de resistència al ferro-crom-alumini.
