Манган: дезоксидация, десулфуризация и укрепване
Манганът е един от най-широко използваните легиращи елементи в стоманата, тъй като изпълнява няколко задачи едновременно: той е добър дезоксидант и десулфуризатор и е икономичен усилвател. Стоманата обикновено съдържа известно количество манган, което елиминира или отслабва горещата крехкост, причинена от сярата, и така подобрява възможността за обработка на горещо.
Механизмът е разлика в химичния афинитет. Манганът се свързва със сярата по-лесно от желязото, образувайки манганов сулфид, а не железен сулфид. Филмите от железен сулфид по границите на зърната са класическата причина за горещо недостигане по време на валцуване и коване, така че поддържането на сярата свързана като манганов сулфид защитава материала през диапазона на гореща работа.
Как манганът променя структурата на стоманата
Твърдият разтвор, който манганът образува с желязото, повишава твърдостта и здравината както на ферита, така и на аустенита. Манганът също образува карбиди и може да влезе в цементит, замествайки някои от железните атоми. Неговото присъствие понижава критичните температури на трансформация и рафинира перлита, което индиректно повишава якостта на перлитната стомана. Манганът стабилизира аустенита на второ място след никела и силно увеличава закаляването, поради което много легирани стомани са изградени около съдържание на манган, което не надвишава 2% заедно с други елементи.
Манганът е в изобилие и е универсален, така че се появява почти навсякъде: в обикновени въглеродни конструкционни стомани и в пружинни стомани, които имат относително високо съдържание на манган, като типа 60Si2Mn, определен в GB/T 1222. В тези степени манганът допринася както за якостта, така и за закаляемостта, необходими за -закаляване на секция по време на закаляване.
Стомана с висока-устойчивост на-манганово износване
Във високо{0}}въглеродната и високо{1}}манганова устойчива на износване-стомана съдържанието на манган може да достигне 10% до 14%. След третиране с разтвор структурата е аустенитна и здрава, с добра пластичност. Когато повърхността се деформира от удар, деформираният слой се втвърдява-и развива висока устойчивост на абразия, докато вътрешността остава достатъчно здрава, за да поеме по-нататъшен удар. Отливките от това семейство са определени съгласно ASTM A128, който обхваща отливки от аустенитна манганова стомана.
Прилагат се две предупреждения, когато манганът се използва в по-високи нива. Манганът повишава склонността на стоманата към загрубяване на зърната и към крехкост при отпускане. Това също така прави стоманата чувствителна към водород: ако охлаждането след топене, изливане или коване не се контролира правилно, могат да се появят бели петна или люспи вътре в стоманата, поради което контролът на процеса около охлаждането и съдържанието на водород има значение толкова, колкото и самият анализ.
Алуминий: Деоксидация, рафиниране на зърното и азотиране
Алуминият се използва главно за дезоксидиране и рафиниране на зърното. В азотираните стомани той насърчава образуването на твърд, корозионно-устойчив азотиран слой, поради което се избират алуминиеви-класове за азотиране като 38CrMoAl за компоненти, които се нуждаят от много твърда,-устойчива на износване повърхност върху здрава сърцевина. Алуминият също възпрепятства стареенето на ниско{6}}въглеродна стомана чрез комбиниране с азот и подобрява издръжливостта при ниски температури.
При по-високо съдържание алуминият подобрява устойчивостта на окисление на стоманата и нейната устойчивост на атаки в окисляващи киселини и в среди с водороден сулфид и подобрява електрическите и магнитните свойства на стоманата, особено в зърнообразните електротехнически стомани. В стоманата като цяло алуминият има силен ефект на укрепване на твърдия разтвор, а в карбуризираните части подобрява устойчивостта на износване, якостта на умора и механичните свойства на сърцевината.
В топлоустойчивите-сплави алуминият и никелът образуват интерметални съединения, които повишават устойчивостта при висока-температура. Желязо-хром-алуминиеви сплави, които съдържат алуминий, показват почти-постоянно електрическо съпротивление заедно с отлична устойчивост на окисление при висока-температура, поради което това семейство се използва за съпротивителни и нагревателни елементи.
Излишен алуминий и типични диапазони на съдържание
Алуминият е полезен само в определени граници и ограниченията са-специфични, а не универсални. Ако по време на деоксидирането се използва твърде много алуминий, стоманата развива необичайни структури и показва тенденция към графитизация. Във феритни и перлитни стомани високото съдържание на алуминий намалява якостта и издръжливостта при високи -температури и създава практически трудности при топенето и изливането, тъй като включванията на алуминиев оксид повишават вискозитета на стопилката и могат да блокират дюзите.
| Елемент и приложение | Типично съдържание | Основна функция |
|---|---|---|
| Манган, въглеродна структурна стомана | 0.3–1.5% | Дезоксидация, десулфуризация, укрепване на твърдия разтвор |
| Манган, легирана стомана с други елементи | до 2% | Закаляемост, аустенитна стабилизация, перлитно рафиниране |
| Манган, устойчива-на износване стомана съгласно ASTM A128 | 10–14% | Втвърдяваща се при работа аустенитна устойчивост на износване със здрава сърцевина |
| Алуминий, дезоксидация на мъртва стомана | 0.02–0.06% | Дезоксидация и рафиниране на зърното като алуминиев нитрид |
| Алуминий, азотирана стомана | 0.7–1.1% | Твърд, устойчив на корозия-азотиран корпус |
| Алуминий, топлоустойчиви Fe-Cr-Al сплави | 4.5–6% | Устойчивост на окисление със стабилно електрическо съпротивление |
Прочетени като група, тези диапазони показват защо двата елемента обикновено се определят заедно и се контролират отделно. Добавя се манган за структура и чистота, алуминий за дезоксидиране и повърхностна производителност, а горните граници и на двете се определят от дефектите, които се появяват, когато добавката се прекали твърде много.
Проверката на практика се основава на химичен анализ на всяка топлина за манган, алуминий, сяра и азот, както е приложимо, съчетан с металографско изследване за тип включване и размер на зърното и с мерки за контрол на водорода, когато се произвеждат високи-манганови степени.
ЧЗВ
Въпрос: Защо се добавя манган към стоманата?
Той действа като деоксидант и десулфуратор, предотвратява горещата крехкост чрез образуване на манганов сулфид вместо железен сулфид и укрепва ферита и аустенита чрез втвърдяване в твърд разтвор.
В: Какво се случва, ако манганът е твърде нисък за наличната сяра?
Сярата остава в състояние да образува железен сулфид по границите на зърната, което причинява горещо недостигане по време на валцуване или коване; достатъчно манган поддържа сярата комбинирана като манганов сулфид.
В: Защо високо{0}}манганова стомана се втвърдява при удар?
Той запазва здрава аустенитна структура след третиране с разтвор, а деформацията на работата на повърхностния слой-го втвърдява, така че устойчивостта на абразия се повишава, докато вътрешността остава пластична.
В: Защо съдържанието на алуминий в стоманата е ниско?
Излишният алуминий създава необичайни структури и склонност към графитизация, понижава висока{0}}температурна якост и издръжливост във феритни и перлитни стомани и генерира включвания от алуминиев оксид, които пречат на топенето и изливането.
В: Защо алуминият се използва при азотиране на стомани?
Алуминият образува твърди нитриди по време на азотиране, създавайки твърда, устойчива на корозия-корпус върху здрава сърцевина, която е в основата на-носещи алуминий класове за азотиране като 38CrMoAl.
В: Алуминият подобрява ли устойчивостта на корозия?
При по-високо съдържание подобрява устойчивостта на окисление и на атака в окислителни киселини и в среди със сероводород и допринася за устойчивостта на окисление на устойчивите сплави на желязо-хром-алуминий.
