Efeitos de vários elementos na fundição de peças de aço manganês

Diferentes elementos têm diferentes funções na fundição de aço manganês. Existem alguns efeitos de vários elementos na fundição de peças de aço manganês.

Efeito de elemento de carbono em peças de aço manganês

O carbono  é um dos dois elementos mais importantes nos aços manganês, juntamente com o manganês. Os aços manganês são uma solução supersaturada de carbono. Para a maioria dos tipos 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. Esse índice foi estabelecido principalmente pelas limitações iniciais da siderurgia e o índice fixo não tem significado 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 teor de carbono nas propriedades do aço manganês de 13%.

O principal significado do aumento do teor de carbono é aumentar a resistência ao desgaste da goivagem, veja abaixo. A maioria dos aços manganês é usada em situações de abrasão por goivagem e desgaste de alto impacto, de modo que os fabricantes tentam maximizar os teores de carbono. Limites práticos existem e, à medida que o teor de carbono excede 1,3%, rachaduras e carbonetos de contorno de grão não dissolvidos tornam-se mais prevalentes. Os graus premium de aços manganês, aqueles com alto teor de manganês, elevaram o limite superior de carbono bem além de 1,3%.

Efetividade do Elemento Manganês em Peças de Aço Manganês

O manganês é um estabilizador de austenita e torna esta família de ligas possível. Ele diminui a temperatura de transformação de 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 em aço manganês austenítico simples é próximo de 10%. O aumento dos níveis de manganês tende a aumentar a solubilidade de nitrogênio e hidrogênio no aço. Existem ligas premium com teores de carbono mais altos e elementos de liga adicionais com níveis de manganês de 16 a 25% de manganês. Essas ligas são de propriedade de seus fabricantes.

Efetividade do 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 teor de silício, Avery mostrou uma redução acentuada na resistência e ductilidade. A maioria da experimentação relatada foi feita com tamanhos de seção pequenos de menos de 1 polegada ao considerar o teor de silício e tamanhos de seção mais pesados, a resistência ao impacto pode ser severamente diminuída com o aumento do teor de silício. Veja a figura a seguir para o efeito de adicionar 1,5% Si a um tamanho de seção de 6 polegadas.

Os dados mostram uma redução de 75% na energia de impacto quando o silício é aumentado para esse 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 do elemento cromo em peças de aço manganês

O cromo é usado para aumentar a resistência à tração e resistência ao fluxo de aços manganês. Adições de até 3,0% são frequentemente 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. As classes de rolamentos de cromo exigem temperaturas de tratamento térmico mais altas, pois os carbonetos de cromo são mais difíceis de dissolver em solução. Em algumas aplicações, o cromo pode ser benéfico, mas em muitas aplicações, não há benefício em adicionar cromo ao aço manganês.

Efetividade do Elemento Níquel em Peças de Aço Manganês

O níquel é um forte estabilizador de austenita. O níquel pode prevenir transformações e precipitação de carbonetos mesmo com taxas de resfriamento reduzidas durante a têmpera. Isso pode tornar o níquel uma adição útil em produtos com tamanhos de seção pesados. O aumento do teor de níquel está associado ao aumento da tenacidade, uma ligeira queda na resistência à tração e não tem efeito sobre o limite de escoamento. O níquel também é usado na soldagem de materiais de enchimento para aços manganês para permitir que o material depositado esteja 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 molibdênio em peças de aço manganês

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 alteram a morfologia dos carbonetos que se formam durante o reaquecimento após o material ter um tratamento de solução. Filmes de contorno de grão de carbonetos aciculares normalmente se formam, 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 a melhoria das propriedades mecânicas fundidas. Isso pode ser um benefício real durante a produção de elenco. Em teores de carbono mais altos, o molibdênio aumentará a tendência de fusão incipiente, portanto, deve-se tomar cuidado para evitar isso, pois as propriedades mecânicas resultantes serão severamente diminuídas.

O molibdênio é benéfico quando espessuras de seção muito pesadas devem ser produzidas em aço manganês. Estas são seções com mais de 6 polegadas e especialmente aquelas com mais de 10 polegadas de tamanho de seção.
Esses tamanhos de seção podem ser encontrados em grandes mantas de britadores giratórios primários e fundições de mandíbulas grossas. Para esses fundidos, recomenda-se adicionar molibdênio na faixa de 0,9% a 1,2% enquanto reduz o teor de carbono para 0,9% a 1,0%. O molibdênio é benéfico quando espessuras de seção muito pesadas devem ser produzidas em aço manganês. Estas são seções com mais de 6 polegadas e especialmente aquelas com mais de 10 polegadas de tamanho de seção. Esses tamanhos de seção podem ser encontrados em grandes mantas de britadores giratórios primários e fundições de mandíbulas grossas. Para esses fundidos, recomenda-se adicionar molibdênio na faixa de 0,9% a 1,2% enquanto reduz 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 defeitos de pinhole e outros gases. É típico usar adições de 3lbs/ton na panela. O aumento do teor 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. Nesses casos, a baixa densidade do alumínio está sendo usada para diminuir a densidade da liga resultante.

Efeito de elemento de titânio em peças de aço manganês

O titânio pode ser usado para desoxidar o aço manganês. Além disso, o titânio pode prender o gás nitrogênio em nitretos de titânio. Esses nitretos são compostos estáveis ​​em temperaturas de fabricação de aço. Uma vez amarrado, o nitrogênio não está mais disponível para causar furos de pinos nas peças fundidas. O titânio também pode ser usado para refinar o tamanho do grão, mas o efeito é mínimo em seções mais pesadas.

Efetividade do Elemento de Cério em Peças de Aço Manganês

O cério pode ser usado para refinar o tamanho de grão dos aços manganês. Os compostos de cério têm um desregistro menor com o aço manganês austenítico do que outros compostos e, portanto, devem torná-lo um melhor refinador de grãos para esta liga. Também suprime a precipitação de carboneto no contorno de grão, o que fortalece os contornos de grão. As resistências ao impacto também são relatadas como sendo melhoradas para aços manganês ligados com cério.

Efetividade do Elemento Fósforo em Peças de Aço Manganês

O fósforo é muito prejudicial ao aço manganês. Forma um filme eutético fosfolipídico fraco nos limites de grão da 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. A ASTM A128 prevê um máximo de fósforo de 0,07%, mas é recomendável manter o nível de fósforo bem abaixo desse nível ao produzir aço manganês de alta qualidade.

Efetividade do Elemento 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 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 eutético de carboneto de boreto frágil é precipitado nos contornos de 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.

Mr. Nick Sun     [email protected]