Fundição de Aço Manganês

Idealmente, os aços manganês tratados termicamente podem ter uma microestrutura de solução sólida de grão fino totalmente homogeneizada. O tamanho do grão pode ser um desempenho de temperatura jorrando e o tratamento de calor geralmente não influencia o tamanho do grão. Alguns tentaram desenvolver formas de tratamento de calor que irão retrabalhar a estrutura de uma estrutura perlítica, o que pode então dar refinamento de grãos dentro do tratamento térmico final. Essas formas não foram amplamente aceitas ou aplicadas por vários motivos. Uma razão é que esses ciclos se tornam caros devido às altas temperaturas da câmara e aos longos períodos de espera necessários. adicionalmente, a liga geralmente não foi consideravelmente melhorada por esses ciclos.
O ciclo de tratamento térmico típico para muitas chapas de aço do número atômico 25 consiste de uma resposta normalizada seguida por uma têmpera da água. Este ciclo pode decolar à temperatura ou associar o aumento da temperatura à temperatura inicial das peças fundidas. A temperatura inicial dentro da câmara de tratamento térmico está pronta para estar próxima da temperatura dos fundidos e depois é aumentada a uma taxa lenta para moderada até que a temperatura de imersão seja alcançada. As temperaturas de imersão são geralmente elevadas, de modo a facilitar a dissolução de qualquer composto inorgânico que possa ser presente. Temperaturas próximas ou próximas a 2000 ° F ar geralmente costumam entregar a mercadoria com o resultado de homogeneização especificado. A composição química da liga pode finalmente definir a temperatura de imersão.
As peças fundidas de aço manganês precisam de um resquício rápido de água após o embebimento da temperatura quente. Este resfriamento deve ocorrer instantaneamente quando as peças estão distantes da câmara de tratamento de calor. a velocidade desse resfriamento deve ser alta o suficiente para impedir qualquer precipitação de carbonetos. A figura oito mostra a microestrutura do aço manganês austenítico adequadamente extinto. Um resquício de folga reduz drasticamente a resistência do tecido. dentro do estado temperado, as peças de aço manganês austenítico são frequentemente processadas com muito pouco cuidado especial.
O único item a ser evitado com fundições de aço manganês austenítico tratado termicamente é o reaquecimento superior a 500 ° F. Temperaturas iguais ou superiores a este nível podem causar a precipitação de carbonetos em forma de agulha, o que pode reduzir drasticamente a tenacidade. Este resultado é o tempo e a temperatura baseados principalmente em tempos mais longos e melhores temperaturas, cada um deles causando maiores perdas de resistência.

As propriedades exclusivas de resistência ao desgaste do aço de manganês também dificultam muito a usinagem, na melhor das hipóteses. Nos primórdios da produção de aço manganês, acreditava-se que ela não era maleável e a moagem era usada para moldar as peças. Agora, com modernas ferramentas de corte, é possível transformar, perfurar e fresar aços manganês. O aço manganês não funciona como outros aços e normalmente requer ferramentas que são feitas com um ângulo de inclinação negativo. Além disso, velocidades de superfície relativamente baixas com grandes profundidades de corte produzem os melhores resultados. Esse arranjo produz altas forças de corte e os equipamentos e ferramentas devem ser robustos para resistir a essas forças. Qualquer vibração das ferramentas pode aumentar o endurecimento da superfície sendo usinada. A maioria dos cortes é feita normalmente sem qualquer tipo de lubrificação. Durante a usinagem do manganês, é importante remover continuamente a zona endurecida pelo trabalho com o próximo corte. Pequenos cortes de acabamento ou trepidação na ferramenta fazem com que a dureza aumente e torne a superfície remanescente praticamente impossível de se manusear.
A perfuração de aços manganês, enquanto possível, é muito difícil e os furos necessários devem ser moldados na peça versus perfurados. Se forem necessários orifícios perfurados, os insertos de aço macio são frequentemente moldados na peça para que a pastilha usinável possa ser perfurada ou perfurada e rosqueada.

Elementos diferentes têm funções e efeitos diferentes nas peças de desgaste da fundição de aço manganês.

Elemento de carbono. 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 graus 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. Essa proporção foi estabelecida principalmente pelas limitações da fabricação de aço inicial e a proporção fixa não tem significância real. Aumentar o teor de carbono aumenta a resistência ao escoamento e diminui a ductilidade. Veja a imagem a seguir para os efeitos do aumento do conteúdo de carbono nas propriedades do aço manganês a 13%.

A maioria dos aços manganês é usada em abrasão por goivagem e situações de desgaste de alto impacto, de modo que os fabricantes tentam maximizar o conteúdo de carbono. Limites práticos existem e como o conteúdo de carbono excede 1.3% de rachaduras e carbonetos de contorno de grão não dissolvidos se tornam mais prevalentes. As classes premium de aços manganês, aqueles com alto teor de manganês, empurraram o limite superior de carbono bem além de 1.3%.

Elemento Manganês. O manganês é um estabilizador de austenita e torna possível essa família de ligas. Ele diminui a temperatura de transformação da 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 no aço manganês austenítico simples é próximo a 10%. Os níveis crescentes de manganês tendem a aumentar a solubilidade do nitrogênio e do hidrogênio no aço. Ligas premium com maior conteúdo de carbono e elementos de liga adicionais existem com níveis de manganês de 16-25% de manganês. Essas ligas são propriedade de seus fabricantes.

Elemento de silicone. O conteúdo de especificação do silício em aço com alto manganês é de 0.3% ± 0.8%. O silício reduzirá a solubilidade do carbono na austenita, promoverá a precipitação do carboneto e reduzirá a resistência ao desgaste e a tenacidade ao impacto do aço. Portanto, o conteúdo de silício deve ser controlado no limite de especificação inferior.

Elemento Fósforo. O conteúdo de especificação do aço com alto manganês é P ≤ 0.7%. Ao fundir aço com alto teor de manganês, devido ao alto teor de fósforo no ferromanganês, o teor de fósforo no aço é geralmente alto. Como o fósforo reduzirá a tenacidade ao impacto do aço e facilitará a quebra da fundição, o teor de fósforo do aço deve ser reduzido o máximo possível.

Elemento Enxofre. A especificação do aço com alto teor de manganês requer S ≤ 0.05%. Devido ao alto teor de manganês, a maior parte do enxofre e do manganês no aço se combinam para formar o sulfeto de manganês (MNS) e entrar na escória. Portanto, o teor de enxofre no aço é frequentemente baixo (geralmente não mais que 0.03%). Portanto, o efeito prejudicial do enxofre no aço com alto teor de manganês é maior do que o do fósforo.

Elemento de cromo. O cromo é usado para aumentar a resistência à tração e ao fluxo dos aços manganês. Adições de até 3.0% são freqüentemente 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. Os tipos de rolamentos de cromo requerem temperaturas mais altas de tratamento térmico, pois os carbonetos de cromo são mais difíceis de dissolver na solução. Em algumas aplicações, o cromo pode ser benéfico, mas em muitas aplicações, não há benefício em adicionar cromo ao aço manganês.

Elemento de molibdênio. As 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 mudam a morfologia dos carbonetos que se formam durante o reaquecimento após o material ter passado por um tratamento de solução. Normalmente, formam-se filmes de limite de grãos de carbonetos aciculares, 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 o aprimoramento das propriedades mecânicas da fundição. Isso pode ser um benefício real durante a produção de fundição. Em graus mais elevados de carbono, o molibdênio aumentará a tendência para fusão incipiente, portanto, deve-se ter cuidado para evitar isso, pois as propriedades mecânicas resultantes serão severamente diminuídas.

Elemento de níquel. O níquel é um forte estabilizador de austenita. O níquel pode evitar transformações e precipitação de carboneto, mesmo com taxas de resfriamento reduzidas durante a têmpera. Isso pode tornar o níquel uma adição útil em produtos com seções pesadas. O aumento do teor de níquel está associado ao aumento da tenacidade, uma ligeira queda na resistência à tração e não tem efeito sobre a resistência ao escoamento. O níquel também é usado na soldagem de materiais de enchimento para aços manganês, para permitir que o material depositado seja livre de carbonetos. É típico ter níveis mais baixos de carbono nesses materiais junto com o níquel elevado para produzir o resultado desejado.

Elemento de alumínio. O alumínio é usado para desoxidar o aço manganês, o que pode evitar furos de alfinetes e outros defeitos de gás. É comum usar adições de 3 lbs / ton na concha. O aumento do conteúdo 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.

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

Para a condição de desgaste abrasivo de impacto fraco:

o aço com alto teor de manganês não pode trabalhar basicamente no endurecimento. Devido à pequena força de impacto e à baixa exigência de tenacidade do material, materiais com alta dureza original podem ser selecionados, como transporte aéreo e tubulação de transmissão hidráulica, que pode ser feita de pedra fundida de basalto. Para o segundo e terceiro silos do moinho de cimento, o meio de moagem é pequeno e a força de impacto é pequena, então os materiais frágeis resistentes ao desgaste, como ferro fundido com baixo teor de cromo, ferro fundido com alto teor de cromo e até mesmo ferro fundido branco podem ser selecionados. A vida útil do aço manganês pode ser aumentada de 1 a 4 vezes.

Para condições de desgaste abrasivo de baixo impacto:

Embora o aço com alto teor de manganês possa produzir endurecimento por trabalho, sua dureza é muito baixa. Devido à força de baixo impacto, podem ser selecionados aço com alto teor de carbono e alto manganês, aço com manganês médio, aço bainítico, aço martensita de baixa liga e ferro dúctil bainita. Por exemplo, para a placa de revestimento (silo No.1) do moinho grande, a vida útil da liga de aço martensítico zg42crmnsi2mo pode ser aumentada em 2-3 vezes sem deformação. Principalmente agora, o meio de moagem na moagem de cimento populariza gradativamente o uso de bola fundida de alto cromo, que não condiz bem com a dureza da placa de revestimento de aço manganês, o que acelera a deformação da placa de revestimento e reduz a vida útil, o que mostra a necessidade de substituir o aço com alto teor de manganês. Ao triturar o material com dureza Proctor f ≤ 12, a vida útil da placa de britagem de mandíbula 400 × 600 feita de aço martensítico de liga média pode ser aumentada em 20% ～ 50%, e as sobras de ferro no material triturado podem ser sugadas para melhorar a pureza do material, o que é benéfico para aumentar a brancura do cimento branco e reduzir a pequena cavidade de óxido de ferro do tijolo de sílica. Além disso, o pequeno martelo triturador pode ser feito de aço com uma certa tenacidade de 12 kg.

Para condições de desgaste abrasivo de médio impacto:

Por exemplo, quando a energia de impacto é 4J, é equivalente a esmagar o minério com F = 12-14. O aço martensítico e o aço com alto manganês modificado com melhor tenacidade podem ser selecionados para a placa de engrenagem, e sua resistência ao desgaste é aumentada em 20% - 100% em comparação com o aço com alto manganês. Também usamos placas dentais de aço fundido com alto teor de manganês e aço fundido com alto cromo para esmagar granito. A vida útil do aço manganês é aumentada em 2.5 vezes.

Para condições de desgaste abrasivo de forte impacto:

quando a energia de impacto é maior que 5J e a dureza do minério é f = 16-19, a segurança ou resistência ao desgaste do aço martensítico como placa de dente ou placa de revestimento não é suficiente, e o material da série de aço com alto teor de manganês ainda é necessário. Por exemplo, a resistência ao desgaste do britador de cone de φ 200 é cerca de 50% maior do que a do aço com alto manganês padrão, usando aço com alto manganês modificado com cromo e titânio para esmagar f = 17-19 minérios. Ao triturar f = 12-14 minérios, a resistência ao desgaste aumenta em 70% - 100%, o que significa que a lacuna de resistência ao desgaste entre os dois é reduzida no caso de forte desgaste por impacto. É possível que na condição de um forte impacto, suas taxas de endurecimento por trabalho sejam semelhantes. A dureza original do aço com alto manganês modificado é maior, e a dureza da superfície do aço com alto manganês modificado permanece alta, atingindo cerca de hv700, enquanto que a do aço com alto manganês padrão é mais do que hv600 após o endurecimento, mas a diferença de dureza é menor do que sob o impacto moderado, resultando na diferença de resistência ao desgaste também reduzida. Aço manganês ultra-alto pode ser usado para garantir a operação normal de alguns martelos de grande porte sob forte impacto. Quando a dureza do minério f ≤ 14, a vida útil do aço martensítico de baixa liga é cerca de 50% maior do que a do aço padrão com alto manganês. Para minério com dureza f> 14, o aço padrão com alto manganês ainda é usado na China. A produção e o uso de aço com alto manganês modificado são afetados devido ao alto custo da matéria-prima, processo de produção complexo e requisitos rígidos. Em países estrangeiros, o aço martensítico é a primeira escolha de material de revestimento e, em seguida, o revestimento de borracha é amplamente utilizado. Sua vida útil pode ser aumentada em 1-5 vezes em comparação com o aço de alto manganês padrão, e o consumo de energia, o consumo de bolas, o ruído do moinho e a intensidade do trabalho durante a manutenção também são reduzidos. A indústria de produtos de borracha da China está desenvolvendo este produto.