Mangan: Penyahoksidaan, Penyahsulfuran dan Pengukuhan
Mangan adalah salah satu unsur pengaloian yang paling banyak digunakan dalam keluli kerana ia melakukan beberapa kerja serentak: ia adalah penyahoksida dan penyahsulfur yang baik, dan ia merupakan pengukuh yang menjimatkan. Keluli secara amnya mengandungi sejumlah mangan, yang menghilangkan atau melemahkan kerapuhan panas yang disebabkan oleh sulfur dan seterusnya meningkatkan kebolehkerjaan panas.
Mekanismenya ialah perbezaan dalam pertalian kimia. Mangan bergabung dengan sulfur lebih mudah daripada besi, membentuk mangan sulfida daripada besi sulfida. Filem sulfida besi pada sempadan bijian adalah punca klasik sesak panas semasa penggelek dan penempaan, jadi mengekalkan sulfur terikat sebagai sulfida mangan melindungi bahan melalui julat kerja panas.
Bagaimana Mangan Mengubah Struktur Keluli
Larutan pepejal yang dibentuk mangan dengan besi meningkatkan kekerasan dan kekuatan kedua-dua ferit dan austenit. Mangan juga membentuk karbida dan boleh memasuki simentit, menggantikan beberapa atom besi. Kehadirannya merendahkan suhu transformasi kritikal dan menapis pearlit, yang meningkatkan kekuatan keluli pearlit secara tidak langsung. Mangan menstabilkan austenit kedua selepas nikel, dan ia meningkatkan kebolehkerasan dengan kuat, itulah sebabnya banyak keluli aloi dibina di sekeliling kandungan mangan tidak melebihi 2% bersama unsur lain.
Mangan adalah banyak dan serba boleh, jadi ia kelihatan hampir di mana-mana: dalam keluli struktur karbon biasa, dan dalam keluli spring yang membawa kandungan mangan yang agak tinggi, seperti jenis 60Si2Mn yang dinyatakan di bawah GB/T 1222. Dalam gred ini mangan menyumbang kedua-dua kekuatan dan kebolehkerasan yang diperlukan untuk melalui-mengeraskan bahagian semasa pelindapkejutan.
Tinggi-Keluli Tahan Haus-Mangan
Dalam-karbon tinggi,-tinggi mangan-keluli tahan haus kandungan mangan boleh mencapai 10% hingga 14%. Selepas rawatan penyelesaian struktur adalah austenit dan sukar, dengan kemuluran yang baik. Apabila permukaan berubah bentuk akibat hentaman, kerja lapisan cacat-mengeras dan menghasilkan rintangan tinggi terhadap lelasan manakala bahagian dalam kekal cukup kuat untuk menyerap hentaman selanjutnya. Tuangan keluarga ini dinyatakan di bawah ASTM A128, yang meliputi tuangan keluli mangan austenit.
Dua amaran digunakan di mana-mana mangan digunakan pada tahap yang lebih tinggi. Mangan meningkatkan kecenderungan keluli ke arah kekasaran butiran dan ke arah kerapuhan marah. Ia juga menjadikan keluli sensitif kepada hidrogen: jika penyejukan selepas pencairan, penuangan atau penempaan tidak dikawal dengan betul, bintik-bintik putih atau kepingan boleh berkembang di dalam keluli, itulah sebabnya kawalan proses di sekitar penyejukan dan kandungan hidrogen penting sama seperti analisis itu sendiri.
Aluminium: Penyahoksidaan, Penapisan Bijian dan Nitriding
Aluminium digunakan terutamanya untuk penyahoksidaan dan penghalusan bijirin. Dalam keluli nitriding ia menggalakkan pembentukan lapisan nitrid yang keras dan tahan karat, itulah sebabnya aluminium-bergalas gred nitriding seperti 38CrMoAl dipilih untuk komponen yang memerlukan permukaan yang sangat keras dan tahan haus pada teras yang keras. Aluminium juga menghalang penuaan keluli karbon rendah-dengan menggabungkan dengan nitrogen, dan ia meningkatkan keliatan pada suhu rendah.
Pada kandungan yang lebih tinggi, aluminium meningkatkan rintangan pengoksidaan keluli dan rintangannya terhadap serangan dalam asid pengoksidaan dan dalam persekitaran hidrogen sulfida, dan ia menambah baik sifat elektrik dan magnet keluli, terutamanya dalam keluli elektrik berorientasikan butiran.- Dalam keluli secara amnya, aluminium mempunyai kesan pengukuhan penyelesaian pepejal yang kuat, dan dalam bahagian berkarburasi ia meningkatkan rintangan haus, kekuatan keletihan dan sifat mekanikal teras.
Dalam aloi-panas, aluminium dan nikel membentuk sebatian antara logam yang meningkatkan-kekuatan suhu tinggi. Aloi-kromium-besi yang mengandungi aluminium menunjukkan hampir-rintangan elektrik malar bersama-sama dengan-rintangan pengoksidaan suhu tinggi yang sangat baik, itulah sebabnya keluarga ini digunakan untuk rintangan dan elemen pemanasan.
Lebihan Aluminium dan Julat Kandungan Biasa
Aluminium hanya berfaedah dalam had dan hadnya adalah khusus-proses dan bukannya universal. Jika terlalu banyak aluminium digunakan semasa penyahoksidaan, keluli membina struktur yang tidak normal dan menunjukkan kecenderungan ke arah grafitisasi. Dalam keluli ferit dan pearlitik, kandungan aluminium yang tinggi mengurangkan-kekuatan dan keliatan suhu tinggi, dan ia membawa kesukaran praktikal untuk melebur dan menuang, kerana kemasukan alumina meningkatkan kelikatan cair dan boleh menyekat muncung.
| Elemen dan aplikasi | Kandungan biasa | Fungsi utama |
|---|---|---|
| Mangan, keluli struktur karbon | 0.3–1.5% | Penyahoksidaan, penyahsulfuran, pengukuhan larutan pepejal |
| Mangan, keluli aloi dengan unsur lain | sehingga 2% | Kebolehkerasan, penstabilan austenit, penghalusan perlit |
| Mangan, keluli tahan haus-ke ASTM A128 | 10–14% | Bekerja-mengeraskan rintangan haus austenit dengan teras tegar |
| Aluminium, penyahoksidaan keluli terbunuh | 0.02–0.06% | Penyahoksidaan dan penghalusan bijirin sebagai aluminium nitrida |
| Aluminium, keluli nitriding | 0.7–1.1% | Keras, tahan kakisan-sarung nitrid |
| Aluminium, aloi Fe-tahan haba-Cr-Al | 4.5–6% | Rintangan pengoksidaan dengan rintangan elektrik yang stabil |
Baca sebagai satu kumpulan, julat ini menunjukkan sebab kedua-dua elemen biasanya dinyatakan bersama dan dikawal secara berasingan. Mangan ditambah untuk struktur dan kebersihan, aluminium untuk penyahoksidaan dan prestasi permukaan, dan had atas kedua-duanya ditetapkan oleh kecacatan yang muncul apabila penambahan itu ditolak terlalu jauh.
Pengesahan dalam amalan bergantung pada analisis kimia bagi setiap haba untuk mangan, aluminium, sulfur dan nitrogen mengikut kesesuaian, digabungkan dengan pemeriksaan metalografi untuk jenis kemasukan dan saiz butiran, dan dengan langkah kawalan hidrogen di mana gred mangan -tinggi dihasilkan.
Soalan Lazim
S: Mengapa mangan ditambah kepada keluli?
Ia bertindak sebagai deoxidiser dan desulphuriser, menghalang kerapuhan panas dengan membentuk sulfida mangan dan bukannya sulfida besi, dan menguatkan ferit dan austenit dengan pengerasan larutan pepejal.
S: Apakah yang berlaku jika mangan terlalu rendah untuk kandungan sulfur?
Sulfur kekal mampu membentuk sulfida besi pada sempadan bijian, yang menyebabkan sesak panas semasa bergolek atau menempa; mangan yang mencukupi mengekalkan sulfur digabungkan sebagai sulfida mangan.
S: Mengapakah keluli mangan-tinggi mengeras di bawah hentakan?
Ia mengekalkan struktur austenit yang tegar selepas rawatan penyelesaian, dan ubah bentuk kerja lapisan permukaan-mengeraskannya, jadi rintangan lelasan meningkat manakala bahagian dalam kekal mulur.
S: Mengapakah kandungan aluminium dalam keluli dikekalkan rendah?
Aluminium yang berlebihan menghasilkan struktur yang tidak normal dan kecenderungan ke arah grafitasi, merendahkan-kekuatan dan keliatan suhu tinggi dalam keluli ferit dan pearlitik, serta menjana kemasukan alumina yang mengganggu pencairan dan penuangan.
S: Mengapakah aluminium digunakan dalam keluli nitriding?
Aluminium membentuk nitrida keras semasa nitriding, menghasilkan sarung yang keras dan tahan kakisan-pada teras yang tegar, yang merupakan asas aluminium-bergalas gred nitriding seperti 38CrMoAl.
S: Adakah aluminium meningkatkan rintangan kakisan?
Pada kandungan yang lebih tinggi ia meningkatkan ketahanan terhadap pengoksidaan dan menyerang dalam asid pengoksidaan dan dalam persekitaran hidrogen sulfida, dan ia menyumbang kepada rintangan pengoksidaan aloi rintangan aluminium-kromium-besi.
