Fundición de acero al manganeso

Idealmente, los aceros de manganeso tratados térmicamente pueden tener una microestructura de solución sólida de grano fino totalmente homogeneizada. El tamaño del grano puede ser un resultado de la temperatura de inyección y el tratamiento de calor generalmente no influye en el tamaño del grano. Algunos han intentado desarrollar formas de tratamiento de calor que 1st volverá a trabajar la estructura a una estructura perlítica, que luego podría dar un refinamiento de grano dentro del tratamiento térmico final. Estas formas no han sido ampliamente aceptadas o aplicadas por numerosas razones. Una razón es que estos ciclos se vuelven caros debido a las altas temperaturas de la cámara y los largos tiempos de retención necesarios. Además, la aleación generalmente no mejoró considerablemente con estos ciclos.
El ciclo de tratamiento térmico típico para muchas placas de acero con número atómico 25 consiste en una respuesta normalizada seguida de un enfriamiento con agua. Este ciclo podría despegar a la temperatura o al cálculo de temperatura elevado asociado a la temperatura inicial de las piezas fundidas. La temperatura inicial dentro de la cámara de tratamiento térmico está lista para estar cerca de la temperatura de las piezas de fundición y luego se eleva a una velocidad lenta a moderada hasta que se alcanza la temperatura de remojo. Las temperaturas de remojo son generalmente altas para facilitar la disolución de cualquier compuesto inorgánico que pueda ser un regalo. Las temperaturas en o cerca de 2000 ° F generalmente no permiten entregar los productos con el resultado de homogeneización especificado. La composición química de la aleación puede en última instancia establecer la temperatura de remojo.
Las piezas de fundición de acero al manganeso necesitan un enfriamiento rápido con agua después de la temperatura tibia. Este enfriamiento debe ocurrir instantáneamente cuando las piezas de fundición están alejadas de la cámara de tratamiento de calor. la velocidad de este enfriamiento debe ser lo suficientemente alta como para evitar cualquier precipitación de carburos. La figura ocho muestra la microestructura del acero de manganeso austenítico adecuadamente apagado. Un enfriamiento suave reducirá drásticamente la resistencia de la tela. dentro de la condición endurecida, las fundiciones de acero austenítico a base de manganeso a menudo se procesan con muy poco cuidado especial.
El único elemento que se debe evitar con las piezas de fundición de acero austenítico austenítico tratadas térmicamente es el recalentamiento superior a 500 ° F. Las temperaturas en o por encima de este nivel pueden causar la precipitación de carburos en forma de aguja, lo que podría reducir drásticamente la tenacidad. Este resultado se basa en el tiempo y la temperatura, principalmente con tiempos más largos y mejores temperaturas, cada uno de los cuales inflige mayores pérdidas de tenacidad.

Las propiedades únicas de resistencia al desgaste del acero al manganeso también lo hacen muy difícil de mecanizar. En los primeros días de la producción de acero al manganeso, se pensaba que era inconmensurable y se usaba la molienda para dar forma a las piezas. Ahora, con las modernas herramientas de corte, es posible tornear, taladrar y fresar aceros de manganeso. El acero al manganeso no se mecaniza como otros aceros y, por lo general, requiere herramientas con un ángulo de inclinación negativo. Además, las velocidades de superficie relativamente bajas con grandes profundidades de corte producen los mejores resultados. Esta disposición produce altas fuerzas de corte y el equipo y las herramientas deben ser robustos para soportar estas fuerzas. Cualquier vibración del utillaje puede contribuir al endurecimiento por trabajo de la superficie que se está mecanizando. La mayoría del corte se realiza normalmente sin ningún tipo de lubricación. Durante el mecanizado de manganeso, es importante eliminar continuamente la zona endurecida por el trabajo con el siguiente corte. Los pequeños cortes de acabado o el chirrido de la herramienta causarán que la dureza se acumule y hará que la superficie restante sea prácticamente imposible de manipular.
La perforación de los aceros al manganeso, si bien es posible, es muy difícil y los orificios necesarios se deben moldear en la pieza en lugar de taladrar. Si se requieren orificios perforados, los insertos de acero suave a menudo se moldean en la pieza para que el inserto mecanizable se pueda perforar o perforar y roscar.

Los diferentes elementos tienen diferentes funciones y efectos en las piezas de desgaste de fundición de acero al manganeso.

Elemento de carbono. El carbono es uno de los dos elementos más importantes en los aceros al manganeso junto con el manganeso. Los aceros al manganeso son una solución sobresaturada de carbono. Para la mayoría de los grados de acero al manganeso estándar, el carbono y el manganeso se encuentran en una proporción aproximada de Mn / C = 10. Por lo tanto, estos aceros tienen típicamente un 12% de Mn y un 1.2% de C. Esta relación se estableció principalmente por las limitaciones iniciales de la fabricación de acero y la relación fija no tiene una importancia real. El aumento del contenido de carbono aumenta el límite elástico y reduce la ductilidad. Consulte la siguiente imagen para ver los efectos del aumento del contenido de carbono en las propiedades del acero al manganeso al 13%.

La mayoría de los aceros al manganeso se utilizan en situaciones de desgaste por abrasión y alto impacto, por lo que los fabricantes intentan maximizar el contenido de carbono. Existen límites prácticos y, a medida que el contenido de carbono excede el 1.3%, el agrietamiento y los carburos del límite de grano sin disolver se vuelven más frecuentes. Las calidades premium de aceros al manganeso, aquellos con alto contenido de manganeso, han empujado el límite superior de carbono mucho más allá del 1.3%.

Elemento manganeso. El manganeso es un estabilizador de austenita y hace posible esta familia de aleaciones. Disminuye la temperatura de transformación de austenita a ferrita y, por lo tanto, ayuda a retener una estructura completamente austenítica a temperatura ambiente. Las aleaciones con 13% Mn y 1.1% C tienen temperaturas de inicio de martensita por debajo de -328 ° F. El límite inferior para el contenido de manganeso en el acero al manganeso austenítico simple es cercano al 10%. El aumento de los niveles de manganeso tiende a incrementar la solubilidad del nitrógeno y el hidrógeno en el acero. Existen aleaciones premium con mayor contenido de carbono y elementos de aleación adicionales con niveles de manganeso de 16-25% de manganeso. Estas aleaciones son propiedad de su fabricante.

Elemento de silicona. El contenido de especificación de silicio en acero con alto contenido de manganeso es 0.3% ± 0.8%. El silicio reducirá la solubilidad del carbono en austenita, promoverá la precipitación del carburo y reducirá la resistencia al desgaste y la tenacidad al impacto del acero. Por lo tanto, el contenido de silicio debe controlarse en el límite de especificación inferior.

Elemento fósforo. El contenido de especificación del acero con alto contenido de manganeso es P ≤ 0.7%. Al fundir acero con alto contenido de manganeso, debido al alto contenido de fósforo en el ferromanganeso, el contenido de fósforo en el acero es generalmente alto. Debido a que el fósforo reducirá la tenacidad del acero al impacto y hará que la fundición sea fácil de agrietar, el contenido de fósforo del acero debe reducirse tanto como sea posible.

Elemento de azufre. La especificación de acero con alto contenido de manganeso requiere S ≤ 0.05%. Debido al alto contenido de manganeso, la mayor parte del azufre y el manganeso del acero se combinan entre sí para formar sulfuro de manganeso (MNS) y entrar en la escoria. Por lo tanto, el contenido de azufre en el acero suele ser bajo (generalmente no más del 0.03%). Por lo tanto, el efecto nocivo del azufre en el acero con alto contenido de manganeso es mayor que el del fósforo.

Elemento de cromo. El cromo se utiliza para aumentar la resistencia a la tracción y la resistencia al flujo de los aceros al manganeso. A menudo se utilizan adiciones de hasta el 3.0%. El cromo aumenta la dureza recocida en solución y disminuye la tenacidad del acero al manganeso. El cromo no aumenta el nivel máximo de dureza endurecida por trabajo ni la tasa de endurecimiento por deformación. Los grados que contienen cromo requieren temperaturas de tratamiento térmico más altas, ya que los carburos de cromo son más difíciles de disolver en solución. En algunas aplicaciones, el cromo puede ser beneficioso, pero en muchas aplicaciones, agregar cromo al acero al manganeso no tiene ningún beneficio.

Elemento de molibdeno. Las adiciones de molibdeno a los aceros al manganeso provocan varios cambios. Primero, la temperatura de inicio de la martensita se reduce, lo que estabiliza aún más la austenita y retarda la precipitación del carburo. A continuación, las adiciones de molibdeno cambian la morfología de los carburos que se forman durante el recalentamiento después de que el material ha recibido un tratamiento en solución. Típicamente se forman películas limítrofes de grano de carburos aciculares, pero después de agregar molibdeno, los carburos que precipitan se fusionan y se dispersan a través de los granos. El resultado de estos cambios es que la tenacidad del acero mejora mediante la adición de molibdeno. Otro beneficio de las adiciones de molibdeno se pueden mejorar las propiedades mecánicas recién fundidas. Esto puede ser un beneficio real durante la producción de fundición. En grados de carbono más altos, el molibdeno aumentará la tendencia a la fusión incipiente, por lo que se debe tener cuidado para evitar esto ya que las propiedades mecánicas resultantes se verán severamente disminuidas.

Elemento de níquel. El níquel es un fuerte estabilizador de austenita. El níquel puede prevenir las transformaciones y la precipitación de carburo incluso a velocidades de enfriamiento reducidas durante el enfriamiento. Esto puede hacer que una moneda de cinco centavos sea una adición útil en productos que tienen secciones de gran tamaño. El aumento del contenido de níquel se asocia con una mayor tenacidad, una ligera caída en la resistencia a la tracción y no tiene ningún efecto sobre el límite elástico. El níquel también se utiliza en materiales de relleno de soldadura para aceros al manganeso para permitir que el material depositado esté libre de carburos. Es típico tener niveles de carbono más bajos en estos materiales junto con el níquel elevado para producir el resultado deseado.

Elemento de aluminio. El aluminio se utiliza para desoxidar el acero al manganeso, lo que puede prevenir agujeros de alfiler y otros defectos de gas. Es típico usar adiciones de 3 libras / tonelada en la cuchara. El aumento del contenido de aluminio disminuye las propiedades mecánicas del acero al manganeso al tiempo que aumenta la fragilidad y el desgarro en caliente. En la práctica, es aconsejable mantener los residuos de aluminio bastante bajos para la mayoría de los grados de acero al manganeso.

Elemento de titanio. El titanio se puede utilizar para desoxidar el acero al manganeso. Además, el titanio puede atar el nitrógeno en nitruros de titanio. Estos nitruros son compuestos estables a temperaturas de fabricación de acero. Una vez que se retiene, el nitrógeno ya no está disponible para causar la perforación de los pasadores en las piezas fundidas. El titanio también se puede usar para refinar el tamaño del grano, pero el efecto es mínimo en las secciones más pesadas.

Para la condición de desgaste abrasivo de impacto débil:

El acero con alto contenido de manganeso no puede trabajar el endurecimiento básicamente. Debido a la pequeña fuerza de impacto y al bajo requisito de tenacidad del material, se pueden seleccionar materiales con una dureza original alta, como el transporte aéreo y la tubería de transmisión hidráulica, que pueden estar hechos de piedra fundida de basalto. Para el segundo y tercer recipiente del molino de cemento, el medio de molienda es pequeño y la fuerza de impacto es pequeña, por lo que se pueden seleccionar materiales frágiles resistentes al desgaste como hierro fundido con bajo contenido de cromo, hierro fundido con alto contenido de cromo e incluso hierro fundido blanco. La vida útil del acero al manganeso se puede aumentar de 1 a 4 veces.

Para condiciones de desgaste abrasivo de bajo impacto:

Aunque el acero con alto contenido de manganeso puede producir endurecimiento por trabajo, su dureza es muy baja. Debido a la baja fuerza de impacto, se pueden seleccionar acero con alto contenido de carbono y manganeso, acero con manganeso medio, acero bainítico, acero martensita de baja aleación y hierro dúctil bainítico. Por ejemplo, para la placa de revestimiento (recipiente n. ° 1) del molino grande, la vida útil del acero martensítico aleado zg42crmnsi2mo se puede aumentar 2-3 veces sin deformación. Especialmente ahora, el medio de molienda en la molienda de cemento populariza gradualmente el uso de bolas de fundición con alto contenido de cromo, que no coincide con la dureza de la placa de revestimiento de acero con alto contenido de manganeso, lo que acelera la deformación de la placa de revestimiento y reduce la vida útil, lo que demuestra la necesidad de reemplazar acero con alto contenido de manganeso. Al triturar el material con dureza Proctor f ≤ 12, la vida útil de la placa trituradora de mandíbulas 400 × 600 hecha de acero martensítico de aleación media se puede aumentar en un 20% ～ 50%, y los restos de hierro en el material triturado se pueden aspirar para mejorar la pureza del material, lo que es beneficioso para aumentar la blancura del cemento blanco y reducir la pequeña cueva de óxido de hierro del ladrillo de sílice. Además, el martillo triturador pequeño puede estar hecho de acero con una cierta tenacidad de 12 kg.

Para condiciones de desgaste abrasivo de impacto medio:

Por ejemplo, cuando la energía del impacto es 4J, equivale a triturar el mineral con F = 12-14. Se pueden seleccionar acero martensítico y acero modificado con alto contenido de manganeso con mejor tenacidad para la placa de engranajes, y su resistencia al desgaste aumenta entre un 20% y un 100% en comparación con el acero con alto contenido de manganeso. También utilizamos acero con alto contenido de manganeso y placa de diente compuesta unida de acero fundido con alto contenido de cromo para triturar el granito. La vida útil del acero al manganeso aumenta 2.5 veces.

Para condiciones de desgaste abrasivo de fuerte impacto:

cuando la energía de impacto es superior a 5J y la dureza del mineral es f = 16-19, la seguridad o la resistencia al desgaste del acero martensítico como placa dentada o placa de revestimiento no es suficiente y todavía se necesita material de serie de acero con alto contenido de manganeso. Por ejemplo, la resistencia al desgaste de la trituradora de cono de φ 200 es aproximadamente un 50% más alta que la del acero estándar con alto contenido de manganeso mediante el uso de acero con alto contenido de manganeso modificado con cromo y titanio para triturar minerales f = 17-19. Al triturar f = 12-14 minerales, la resistencia al desgaste aumenta entre un 70% y un 100%, lo que significa que la brecha de resistencia al desgaste entre los dos se reduce en el caso de un desgaste por impacto fuerte. Es posible que bajo la condición de un impacto fuerte, sus tasas de endurecimiento por trabajo sean similares. La dureza original del acero modificado con alto contenido de manganeso es mayor y la dureza de la superficie del acero con alto contenido de manganeso modificado sigue siendo alta, alcanzando aproximadamente hv700, mientras que la del acero con alto contenido de manganeso estándar es superior a hv600 después del endurecimiento, pero la diferencia de dureza es menor que bajo el impacto moderado, lo que resulta en la diferencia de resistencia al desgaste también reducida. Se puede usar acero de manganeso ultra alto para garantizar el funcionamiento normal de algunos martillos de gran tamaño bajo el fuerte impacto. Cuando la dureza del mineral f ≤ 14, la vida útil del acero martensítico de baja aleación es aproximadamente un 50% mayor que la del acero estándar con alto contenido de manganeso. Para minerales con dureza f> 14, el acero estándar con alto contenido de manganeso todavía se usa en China. La producción y el uso de acero modificado con alto contenido de manganeso se ven afectados debido a su alto costo de materia prima, su complejo proceso de producción y sus estrictos requisitos. En países extranjeros, el acero martensítico es la primera elección de material de revestimiento, y luego el revestimiento de caucho se usa ampliamente. Su vida útil se puede aumentar de 1 a 5 veces en comparación con el acero estándar con alto contenido de manganeso, y también se reducen el consumo de energía, el consumo de bolas, el ruido del molino y la intensidad del trabajo durante el mantenimiento. La industria de productos de caucho de China está desarrollando este producto.