Efectes de diversos elements en la fosa de peces d'acer al manganès

Els diferents elements tenen diferents funcions en la fosa d'acer al manganès. Hi ha alguns efectes de diversos elements en la fosa de peces d'acer al manganès.

Efecte de l'element carboni en peces d'acer al manganès

El carboni  és un dels dos elements més importants dels acers al manganès juntament amb el manganès. Els acers al manganès són una solució sobresaturada de carboni. Per a la majoria dels graus estàndard d'acer al manganès, el carboni i el manganès es troben en una proporció aproximada de Mn/C=10. Aquests acers, per tant, solen tenir un 12% de Mn i un 1,2% de C. Aquesta relació es va establir principalment per les primeres limitacions de fabricació d'acer i la relació fixa no té cap significació real. Augmentar el contingut de carboni augmenta el límit elàstic i disminueix la ductilitat. Vegeu la figura següent per als efectes de l'augment del contingut de carboni sobre les propietats de l'acer al manganès al 13%.

Tanmateix, la importància principal de l'augment del contingut de carboni és augmentar la resistència al desgast de la ranurada, vegeu a continuació. La majoria dels acers al manganès s'utilitzen en situacions d'abrasió i desgast d'alt impacte, de manera que els fabricants intenten maximitzar el contingut de carboni. Existeixen límits pràctics i, a mesura que el contingut de carboni supera l'1,3%, el craqueig i els carburs de límit de gra no dissolts es tornen més freqüents. Els graus superiors dels acers al manganès, els que tenen un alt contingut de manganès, han empès el límit superior de carboni molt més enllà de l'1,3%.

Efecte de l'element de manganès en peces d'acer de manganès

El manganès és un estabilitzador d'austenita i fa possible aquesta família d'aliatges. Disminueix la temperatura de transformació de l'austenita a la ferrita i, per tant, ajuda a retenir una estructura totalment austenítica a temperatura ambient. Els aliatges amb un 13% de Mn i un 1,1% C tenen temperatures d'inici de martensita inferiors a -328 °F. El límit inferior per al contingut de manganès en l'acer de manganès austenític pla és prop del 10%. L'augment dels nivells de manganès tendeix a augmentar la solubilitat del nitrogen i l'hidrogen de l'acer. Existeixen aliatges premium amb continguts de carboni més elevats i elements d'aliatge addicionals amb nivells de manganès del 16 al 25% de manganès. Aquests aliatges són propietat dels seus fabricants.

Efecte d'elements de silici en peces d'acer al manganès

Els continguts de silici de fins a l'1% es consideren normalment segurs en els acers al manganès, però el silici no exerceix cap influència notable en les propietats mecàniques. Amb un contingut de silici del 2,2%, Avery ha mostrat una forta reducció de la resistència i la ductilitat. La major part de l'experimentació informada s'ha fet amb mides de seccions petites de menys d'1 polzada quan es té en compte el contingut de silici i les mides de seccions més pesades, la resistència a l'impacte es pot reduir severament amb l'augment del contingut de silici. Vegeu la imatge següent per veure l'efecte d'afegir 1,5% de Si a una mida de secció de 6 polzades.

Les dades mostren una reducció del 75% de l'energia d'impacte quan el silici augmenta a aquest nivell. Es recomana mantenir els nivells de silici a l'acer al manganès baixos, a menys del 0,6% de silici quan es produeixen mides de secció superiors a 1 polzada.

Efecte de l'element crom en peces d'acer al manganès

El crom s'utilitza per augmentar la resistència a la tracció i la resistència al flux dels acers al manganès. Sovint s'utilitzen addicions de fins a un 3,0%. El crom augmenta la duresa del recuit de la solució i disminueix la duresa de l'acer al manganès. El crom no augmenta el nivell màxim de duresa endurida per treball ni la taxa d'enduriment per deformació. Els graus de coixinets de crom requereixen temperatures més altes de tractament tèrmic, ja que els carburs de crom són més difícils de dissoldre en solució. En algunes aplicacions, el crom pot ser beneficiós, però en moltes aplicacions, no hi ha cap benefici per afegir crom a l'acer al manganès.

Efecte d'elements de níquel en peces d'acer al manganès

El níquel és un fort estabilitzador d'austenita. El níquel pot prevenir les transformacions i la precipitació de carburs fins i tot a velocitats de refrigeració reduïdes durant l'extinció. Això pot convertir un níquel en una addició útil en productes que tenen mides de secció pesades. L'augment del contingut de níquel s'associa amb un augment de la tenacitat, una lleugera caiguda de la resistència a la tracció i no té cap efecte sobre el límit elàstic. El níquel també s'utilitza en la soldadura de materials de farciment per a acers de manganès per permetre que el material dipositat estigui lliure de carburs. És típic tenir nivells de carboni més baixos en aquests materials juntament amb el níquel elevat per produir el resultat desitjat.

Efecte de l'element de molibdè en peces d'acer al manganès

Les addicions de molibdè als acers al manganès produeixen diversos canvis. En primer lloc, la temperatura d'inici de la martensita es redueix, cosa que estabilitza encara més l'austenita i retarda la precipitació del carbur. A continuació, les addicions de molibdè canvien la morfologia dels carburs que es formen durant el reescalfament després que el material hagi tingut un tractament de solució. Normalment es formen pel·lícules de límit de gra de carburs aciculars, però després d'afegir molibdè els carburs que precipiten s'uneixen i es dispersen a través dels grans. El resultat d'aquests canvis és que la duresa de l'acer es millora mitjançant l'addició de molibdè. Un altre avantatge de les addicions de molibdè es poden millorar les propietats mecàniques com a fosa. Això pot ser un benefici real durant la producció de fosa. En graus de carboni més alts, el molibdè augmentarà la tendència a la fusió incipient, per la qual cosa s'ha de tenir cura d'evitar-ho, ja que les propietats mecàniques resultants es veuran molt disminuïdes.

El molibdè és beneficiós quan s'han de produir gruixos de seccions molt pesats en acer al manganès. Es tracta de seccions que superen les 6 polzades i especialment les que superen les 10 polzades de mida de la secció.
Aquestes mides de secció es poden trobar en grans mantells de triturador giratori primari i peces de fosa de mandíbula gruixuda. Per a aquestes peces de fosa, es recomana afegir molibdè en el rang del 0,9% a l'1,2% mentre es redueix el contingut de carboni entre el 0,9% i l'1,0%. El molibdè és beneficiós quan s'han de produir gruixos de seccions molt pesats en acer al manganès. Es tracta de seccions que superen les 6 polzades i especialment les que superen les 10 polzades de mida de la secció. Aquestes mides de secció es poden trobar en grans mantells de triturador giratori primari i peces de fosa de mandíbula gruixuda. Per a aquestes peces de fosa, es recomana afegir molibdè en el rang del 0,9% a l'1,2% mentre es redueix el contingut de carboni entre el 0,9% i l'1,0%.

Efecte d'elements d'alumini en peces d'acer al manganès

L'alumini s'utilitza per desoxidar l'acer al manganès, que pot prevenir els defectes de forats i altres gasos. És típic utilitzar addicions de 3 lliures/tona al cullerot. L'augment del contingut d'alumini disminueix les propietats mecàniques de l'acer al manganès alhora que augmenta la fragilitat i el trencament calent. A la pràctica, s'aconsella mantenir els residus d'alumini bastant baixos per a la majoria dels graus d'acer al manganès. S'estan desenvolupant nous materials que contenen alts nivells d'alumini i aproximadament un 30% de manganès per a aplicacions d'alta resistència i sensibles al pes. En aquests casos, la baixa densitat de l'alumini s'està utilitzant per reduir la densitat de l'aliatge resultant.

Efecte d'elements de titani en peces d'acer al manganès

El titani es pot utilitzar per desoxidar l'acer al manganès. A més, el titani pot lligar el gas nitrogenat en nitrurs de titani. Aquests nitrurs són compostos estables a temperatures de fabricació d'acer. Un cop lligat, el nitrogen ja no està disponible per provocar la perforació dels pins a les peces de fosa. El titani també es pot utilitzar per refinar la mida del gra, però l'efecte és mínim a les seccions més pesades.

Efecte de l'element ceri en peces d'acer al manganès

El ceri es pot utilitzar per refinar la mida del gra dels acers al manganès. Els compostos de ceri tenen un registre més baix amb l'acer austenític al manganès que altres compostos i, per tant, haurien de convertir-lo en un millor refinador de gra per a aquest aliatge. També suprimeix la precipitació del carbur del límit del gra, que enforteix els límits del gra. També s'informa que la resistència a l'impacte està millorada per als acers al manganès aliats amb ceri.

Efecte de l'element fòsfor en peces d'acer al manganès

El fòsfor és molt perjudicial per a l'acer al manganès. Forma una pel·lícula eutèctica de fosfolípids febles als límits del gra de l'austenita. El fòsfor és difícil d'eliminar dels acers al manganès i el mètode més eficaç per controlar-lo és la selecció acurada dels materials de càrrega. L'ASTM A128 indica un màxim de fòsfor del 0,07%, però es recomana mantenir el nivell de fòsfor molt per sota d'aquest nivell quan es produeix acer al manganès d'alta qualitat.

Efecte de l'element sofre en peces d'acer al manganès

El sofre, tot i que no és un benefici en la majoria dels acers, causa pocs problemes en els acers al manganès. Els alts nivells de manganès mantenen el sofre lligat a inclusions de sulfur de manganès de tipus esferoïdal.

Efecte de l'element bor en peces d'acer al manganès

El bor s'ha utilitzat per intentar produir refinament de gra en acers de manganès. Tanmateix, a mesura que augmenten els nivells de bor, es precipita un eutèctic de carbur de borur fràgil als límits del gra. El bor també accelera la descomposició de l'austenita si es torna a escalfar l'acer al manganès, cosa que fa que el material no sigui soldable. No es recomana utilitzar bor en acers al manganès.

Mr. Nick Sun     [email protected]