Cómo elegir acero con alto contenido de manganeso resistente al desgaste y acero con alto contenido de manganeso resistente al desgaste
Acero con alto contenido de manganeso se refiere a acero aleado con un contenido de manganeso superior al 10%. En 1882, el inglés Hadfield obtuvo por primera vez acero con alto contenido de manganeso con estructura austenítica y obtuvo una patente en 1883, por lo que el acero estándar Mn13 con alto contenido de manganeso también se llama acero Hadfield. El acero con alto contenido de manganeso se puede dividir en dos categorías según sus diferentes usos:
1. El manganeso es del 10% al 15%, el carbono generalmente es del 0,90% al 1,50%, la mayoría está por encima del 1,0%. Su composición química (%): C: 0,90 ~ 1,50; Mn: 10,0 ~ 15,0; si: 0,30 ~ 1,0; s: ≤ 0,05; P: ≤ 0,10. . Es especialmente adecuado para desgaste abrasivo por impacto y condiciones de desgaste abrasivo por molienda de alta tensión. A menudo se usa para fabricar piezas fundidas resistentes al impacto y al desgaste, como revestimientos de molinos de bolas, martillos trituradoras de martillos, placas de mandíbulas trituradoras de mandíbulas y morteros de trituradoras de cono. paredes y paredes de trituración, dientes y paredes de cucharas de excavadoras, desvíos de ferrocarril, plataformas de orugas para tractores y tanques, etc. El acero con alto contenido de manganeso también se utiliza en placas de acero a prueba de balas, placas de acero de seguridad, etc.
La estructura del acero con alto contenido de manganeso suele estar compuesta de austenita, carburo y perlita y, en ocasiones, contiene una pequeña cantidad de cristales de fósforo. Cuando la cantidad de carburo es grande, suele aparecer en forma de red en los límites de los granos. Por lo tanto, el acero con alto contenido de manganeso con estructura recién fundida es frágil y requiere tratamiento con solución. El método de tratamiento térmico comúnmente utilizado es el tratamiento en solución, es decir, calentar el acero a 1050 ~ 1100 °C, mantener el calor para eliminar la estructura fundida, obtener una estructura de austenita monofásica y luego enfriar con agua para mantener esta estructura en la habitación. temperatura. Después del tratamiento térmico, la microestructura se transforma en austenita simple o austenita que contiene una pequeña cantidad de carburos, y la resistencia, plasticidad y tenacidad del acero mejoran enormemente, por lo que este método de tratamiento térmico a menudo se denomina tratamiento de endurecimiento por agua. El acero con alto contenido de manganeso es un acero típico resistente al desgaste y su estructura fundida es austenita más carburos. Después del tratamiento con solución, todavía quedará una pequeña cantidad de carburos sin disolver en el acero con alto contenido de manganeso. Cuando la cantidad sea lo suficientemente pequeña como para cumplir con los estándares de inspección, también se puede utilizar.
El estándar nacional de mi país para piezas fundidas de acero con alto contenido de manganeso (GB/T5680-1998) es: ZGMN 13-1:c 1,00-1,45, Mn 165438+. zgmn 13-2:C 0,09-1,35, Mn 11,0-14,00, Si 0,30-1,00, S≤0,04, P≤0,07. zgmn 13-3:C 0,95-1,35, Mn 11,0-14,00, Si 0,30-0,80, S≤0,035, P≤0,07, utilizado para piezas complejas zgmn 13-4:c 0,09-1,30, Mn 11,0-14,00, Si 0,30; -0,80, Cr 1,50-2,50, S ≤ 0. zgmn 13-5:c 0,75-1,30 Mn 11,0-14,00, Si 0,30-1,00, Mo 0,90-1,20.
El acero con alto contenido de manganeso tiene un buen efecto de aumento de manganeso. Mejore la estabilidad de la austenita y evite la precipitación de carburos, mejorando así la resistencia y plasticidad del acero y mejorando la capacidad de endurecimiento por trabajo y la resistencia al desgaste del acero. Por ejemplo, la vida útil de los desvíos ferroviarios ZGMn18 utilizados en el norte es entre un 20% y un 25% más larga que la de los ZGMn13. En la actualidad, muchos fabricantes de acero con alto contenido de manganeso resistentes al desgaste en el mercado simplemente utilizan chatarra de acero al manganeso para recalentar con el fin de reducir costos. El contenido de manganeso de los productos no cumple con el estándar, y es imposible hablar de los contenidos de Cr y Mo. , pero el contenido de azufre y fósforo es demasiado alto. Los productos de acero con alto contenido de manganeso de la marca "701" de Guofan Industrial and Mining Company y Yexiang Machinery se basan en Mn13Cr2, Mn13Mo y Mn65438+. El contenido de manganeso es superior al 13%. Los productos de acero con alto contenido de manganeso se funden según los estándares Mn18Cr2, Mn18Cr2Mo y Mn18Cr2MoV. El contenido de Mn es superior al 18%, lo que elimina eficazmente las impurezas de azufre y fósforo. El cromo, el molibdeno y el vanadio aumentan la resistencia al desgaste y al impacto. Por lo tanto, la resistencia al desgaste y al impacto del producto cumplen o superan con creces los estándares nacionales Mn13-4 y Mn13-5 (el acero con alto contenido de manganeso no supera los estándares nacionales, pero el contenido de manganeso debe ser superior al 18%). Aunque el costo de fundición aumenta considerablemente, tiene grandes ventajas para romper piedras de alta dureza.
Durante la deformación en frío bajo carga de impacto, el acero se fortalece debido a un gran aumento en la densidad de dislocaciones, la transferencia de dislocaciones, el taponamiento de las dislocaciones y la interacción de las dislocaciones con los átomos de soluto. Esta es una razón importante para el endurecimiento del trabajo. Otra razón importante es que la austenita con alto contenido de manganeso tiene una baja energía de falla de apilamiento y es propensa a ocurrir durante la deformación, creando así las condiciones para la formación de ε martensita y maclas de deformación. En la capa endurecida por deformación de acero con alto contenido de manganeso con composición convencional, a menudo se puede observar una alta densidad de dislocaciones, obstrucciones por dislocaciones y enredos. La aparición de ε martensita y maclas de deformación dificulta la deformación del acero, especialmente este último. Los factores anteriores han fortalecido en gran medida la capa endurecida de acero con alto contenido de manganeso y han mejorado enormemente su dureza.
La característica más importante del acero con alto contenido de manganeso con estructura austenítica es que la capa superficial sufre una rápida deformación plástica bajo fuertes condiciones de impacto y extrusión. Debido al fortalecimiento de la deformación, existe un fenómeno obvio de endurecimiento por trabajo en la capa de deformación y la dureza de la superficie aumenta considerablemente (HB (dureza Brinnell) puede alcanzar 300-400. Después de que la superficie del material se trata con tecnología antidesgaste, puede alcanzar HB500-550 bajo carga de alto impacto, HB500-800. Bajo diferentes cargas de impacto, la profundidad de la capa endurecida puede alcanzar 10-20 mm).
En condiciones de desgaste abrasivo de fuerte impacto, el acero con alto contenido de manganeso tiene una excelente resistencia al desgaste, lo que le permite mantener la buena tenacidad y plasticidad de la austenita central tiene buena resistencia al desgaste, por lo que a menudo se utiliza para fabricar piezas resistentes al desgaste. Esto es inalcanzable con otros materiales. En condiciones de bajo impacto, el acero con alto contenido de manganeso no puede aprovechar al máximo sus propiedades materiales porque el efecto de endurecimiento por trabajo no es obvio. La resistencia al desgaste del acero con alto contenido de manganeso sólo muestra superioridad cuando existen condiciones suficientes para formar endurecimiento por trabajo, y es pobre en otros casos. Debido al endurecimiento por trabajo, se procesa una pequeña cantidad de acero con alto contenido de manganeso mediante forjado, por lo que se debe evitar el procesamiento de piezas fundidas tanto como sea posible. Los agujeros y ranuras en las piezas fundidas deben estar lo mejor moldeados posible. Pero el procesamiento de acero con alto contenido de manganeso no es del todo imposible. El rectificado de herramientas se puede realizar después del procesamiento de alimentación de una sola vez. El procesamiento inevitable debe amplificarse en el diseño del proceso de fundición para que la alimentación de procesamiento evite la capa endurecida.
El acero con alto contenido de manganeso tiene mejores propiedades de fundición. El punto de fusión del acero es bajo (aproximadamente 1400°C), el rango de temperatura entre la fase líquida y la fase sólida del acero es pequeño (aproximadamente 50°C), la conductividad térmica del acero es baja, el acero líquido tiene buena fluidez y es fácil de lanzar. El coeficiente de expansión lineal del acero con alto contenido de manganeso es 1,5 veces mayor que el del hierro puro y 2 veces mayor que el del acero al carbono. Por lo tanto, la contracción volumétrica y la tasa de contracción lineal durante la fundición son grandes y es probable que se produzcan tensiones y grietas.
Para mejorar el rendimiento del acero con alto contenido de manganeso, se han realizado muchos estudios sobre aleaciones, microaleaciones, ajuste del contenido de carbono y manganeso y tratamiento de fortalecimiento por precipitación, y se han aplicado en la práctica de producción. La aparición de acero austenítico al manganeso metaestable, en comparación con el acero fundido, puede reducir significativamente el contenido de carbono y manganeso en el acero y aumentar la velocidad de fortalecimiento de la deformación del acero. Es adecuado para condiciones de carga de impacto altas y medias-bajas y es alto. -Acero al manganeso. Novedades en acero.
El acero con alto contenido de manganeso se utiliza principalmente en condiciones de trabajo duras como impacto, extrusión y desgaste del material. El modo de falla es principalmente el desgaste y algunas piezas se rompen y deforman. Hay tres tipos de desgaste: fricción y desgaste en el que las superficies de las piezas metálicas entran en contacto y se mueven entre sí; desgaste abrasivo en el que otros materiales metálicos o no metálicos impactan la superficie del metal y desgaste por erosión causado por el contacto entre el flujo de gas o; líquido y metal. La resistencia al desgaste del acero resistente al desgaste depende del material en sí, y el acero resistente al desgaste muestra una resistencia al desgaste diferente en diferentes condiciones de trabajo. Tanto el material en sí como las condiciones de trabajo pueden determinar su resistencia al desgaste. El acero austenítico al manganeso es el principal acero fundido resistente al desgaste y el acero de baja aleación tratado térmicamente adecuadamente también tiene buenos resultados en determinadas condiciones, mientras que el acero con grafito se utiliza para condiciones de lubricación y fricción.
2. Acero no magnético. Este acero contiene más del 17% de manganeso y generalmente menos del 1,0% de carbono. A menudo se utiliza para fabricar anillos de retención en la industria automotriz. La densidad de este acero es de 7,87-7,98 gramos/centímetro cúbico. El acero tiene una mala conductividad térmica debido a su alto contenido de carbono y manganeso. La conductividad térmica es de 12,979 W/(m·℃), que es aproximadamente 1/3 de la del acero al carbono. Dado que el acero es austenita y no magnético, su permeabilidad magnética μ es 1,003-1,03 (H/m).
2. Factores que afectan a las propiedades mecánicas del acero con alto contenido de manganeso.
1. El impacto de los carburos en el rendimiento. Reduzca la tenacidad al impacto y la resistencia a la tracción del acero con alto contenido de manganeso.
2. Influencia de las inclusiones no metálicas en las propiedades del acero con alto contenido de manganeso. Cuando el acero fundido se solidifica, una gran cantidad de óxido de manganeso precipita en la periferia del acero en forma de inclusiones no metálicas, lo que reduce la tenacidad al impacto del acero y aumenta la tendencia de las piezas fundidas a agrietarse en caliente.
3. Selección de la composición química del acero con alto contenido de manganeso y su impacto en el rendimiento. (1) Contenido de carbono y contenido de manganeso. Cuando el contenido de carbono en el acero es demasiado bajo, no es suficiente para producir un efecto de endurecimiento por trabajo eficaz; cuando el contenido de carbono es demasiado alto, aparecerá una gran cantidad de carburos, especialmente carburos gruesos, en el estado fundido. Por lo tanto, para evitar la precipitación de carburos, se debe controlar que el contenido de carbono no sea demasiado alto. Para garantizar el rendimiento del acero con alto contenido de manganeso, debe haber suficiente contenido de manganeso. Cuando el contenido de manganeso es demasiado bajo, no se puede formar una única estructura de austenita; sin embargo, es innecesario un contenido de manganeso demasiado alto; En términos generales, WMn se controla entre 11,0% y 14,0% y WC se controla entre 0,9% y 1,3% durante la producción. Cabe señalar que el contenido de manganeso y el contenido de carbono deben coincidir adecuadamente, es decir, debe haber una relación adecuada de manganeso a carbono, que generalmente se controla en Mn/C=10. (2) Contenido de silicio. El contenido de especificación de Wsi en acero con alto contenido de manganeso es del 0,3% al 0,8%. El silicio reducirá la solubilidad del carbono en la austenita, promoverá la precipitación de carburos y reducirá la resistencia al desgaste y la tenacidad al impacto del acero, por lo que el contenido de silicio debe controlarse en el límite inferior de la especificación. (3) Contenido de fósforo. El contenido de especificación del acero con alto contenido de manganeso es Wp≤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 relativamente alto. Debido a que el fósforo reducirá la tenacidad al impacto del acero y hará que las piezas fundidas sean propensas a agrietarse, el contenido de fósforo en el acero debe reducirse tanto como sea posible. (4) Contenido de azufre. Las especificaciones del acero con alto contenido de manganeso requieren Ws≤0,05%. Debido a su 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 entran en la escoria, por lo que el contenido de azufre en el acero suele ser bajo (generalmente menos 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.
3. Proceso de fundición de aceros con alto contenido de manganeso.
En condiciones de trabajo de impacto de alta energía, las piezas fundidas de acero con alto contenido de manganeso y acero con contenido ultra alto de manganeso tienen una amplia gama de aplicaciones. Muchas fundiciones carecen de los conocimientos necesarios para producir este tipo de piezas de acero. Las operaciones específicas se explican brevemente para referencia de los productores. Las piezas fundidas de acero con alto contenido de manganeso adoptan principalmente el proceso de moldeo en arena y se ha promovido ampliamente debido a su tecnología madura y su alta eficiencia de producción. También existen métodos de fundición especiales, que se diferencian significativamente de la fundición en arena en términos de materiales del molde, métodos de modelado, formas de llenado de metal fundido y condiciones de solidificación del metal en el molde.
Las piezas fundidas especiales incluyen: fundición a la cera perdida, fundición en moldes metálicos, fundición a presión, fundición a baja presión, fundición a contrapresión, fundición por compresión, fundición centrífuga, fundición de espuma perdida, fundición de yeso, fundición de precisión cerámica, fundición continua, fundición por succión al vacío, fundición de grano fino. fundición electromagnética, etc.
1. Composición química. El acero con alto contenido de manganeso se divide en cinco grados según las normas nacionales. La principal diferencia es el contenido de carbono, que oscila entre el 0,75% y el 1,45%. Cuanto mayor es el impacto, menor es el contenido de carbono. El contenido de manganeso está entre 11,0% y 14,0% y generalmente no debe ser inferior al 13%. No existe una norma nacional para el acero con alto contenido de manganeso, pero el contenido de manganeso debe ser superior al 18%. El contenido de silicio tiene una gran influencia en la resistencia al impacto y no debería reducirse a más del 0,5%. Los requisitos más básicos son niveles bajos de fósforo y azufre. Debido a que el alto contenido de manganeso desempeña naturalmente un papel de desulfuración, reducir el fósforo es una prioridad máxima y se intenta reducir el fósforo a menos del 0,07%. El cromo puede mejorar la resistencia al desgaste, generalmente alrededor del 2,0%. El molibdeno puede aumentar la dureza, generalmente alrededor del 1,0%.
2. El material que se introduce en el horno está determinado por su composición química. Los principales materiales de carga incluyen acero al carbono de alta calidad (o lingotes de acero), ferromanganeso con alto contenido de carbono, ferromanganeso con alto contenido de carbono, ferrocromo con alto contenido de carbono y acero con alto contenido de manganeso. Algunas personas creen erróneamente que mientras la composición química sea adecuada se pueden utilizar más materiales reciclados, razón por la cual algunos productos de fábrica son de mala calidad. No solo el acero con alto contenido de manganeso y el acero con alto contenido de manganeso, sino también todas las piezas fundidas de metal no deben utilizar demasiado material reciclado, y el material reciclado no debe exceder el 25%.
3. Derretir. Preste atención al orden de alimentación. El acero al carbono siempre se funde primero, ya sea en un horno de frecuencia intermedia o en un horno de arco eléctrico, y los materiales de aleaciones preciosas, como diversos ferromanganesos, se deben colocar en el horno varias veces y, finalmente, se agrega una pequeña cantidad de elementos preciosos. reducir las pérdidas por quema. El bloque debe ser lo más pequeño posible, preferiblemente de 50 a 80 mm. Después de la fusión, cuando la temperatura del horno alcanza 1580-1600 °C, se puede utilizar alambre de aluminio, aleación de calcio y silicio o SiC para la desoxidación, deshidrogenación y desnitrificación. El desoxidante debe introducirse profundamente en el horno. En este momento, la superficie del líquido metálico queda firmemente cubierta por el agente de cobertura, aislando el aire exterior. Déjelo enfriar por un tiempo para que haya tiempo suficiente para que floten los óxidos y las inclusiones. Pero muchas empresas simplemente esparcen alambre de aluminio o incluso virutas de aluminio sobre la superficie del metal sin cubrirla, lo cual es un desperdicio. Al mismo tiempo, utilice ferromanganeso de carbono medio para ajustar rápidamente el contenido de manganeso y carbono. Antes de que el acero fundido salga del horno, la cuchara debe hornearse a más de 400°C. Modificado con oligoelementos como fervanadio, ferrotitanio y tierras raras. Es un medio necesario para refinar la cristalización primaria y su impacto en el rendimiento del producto es muy importante.
4. Carga y moldeado de materiales. Es necesario distinguir el tipo de acero y las propiedades del revestimiento del horno. El acero al manganeso es alcalino y el revestimiento del horno es, por supuesto, óxido de magnesio. El apisonamiento del revestimiento del horno debe realizarse por turnos y la operación de transposición debe repetirse. El revestimiento no debe ser demasiado grueso, unos 80 cm cada vez, y debe hornearse a baja temperatura durante un tiempo prolongado después de compactarse. Durante la operación, coloque la carga al lado de la boca del horno para precalentar, luego use una abrazadera para colocar lentamente la carga al lado de la boca del horno para precalentar y luego use una abrazadera para colocar lentamente la carga a lo largo de la pared del horno. Los materiales y revestimientos de peinado también deben ser coherentes con las propiedades del metal fundido o utilizar materiales neutros (como cromita y corindón marrón). Si se desea obtener un árido refinado, lo correcto es utilizar cromita con gran capacidad de almacenamiento de calor, especialmente en plantas de fundición de espuma perdida, lo que superará el inconveniente de la lenta disipación del calor.
5. Diseño del proceso de fundición. El acero con alto contenido de manganeso se caracteriza por una gran contracción por solidificación y una mala disipación de calor. En consecuencia, la tasa de contracción de la fundición en el diseño del proceso es del 2,5% al 2,7%. Cuanto mayor sea el tiempo de crecimiento de la fundición, mayor debe ser el límite superior. La concesión entre la arena de moldeo y el núcleo de arena debe ser buena. El sistema de vertido está activado. Se introducen múltiples bebederos internos dispersos desde la delgada pared de la pieza fundida, y son planos y anchos en forma de llamarada, y el área de la sección transversal cerca de la pieza fundida es mayor que la asociada con los bebederos transversales, lo que permite que el metal fundido a rápidamente Y se puede inyectar en el molde sin problemas y puede evitar que la diferencia de temperatura en todo el molde sea demasiado grande. El diámetro del tubo ascendente es mayor que el diámetro del punto caliente, cerca del punto caliente, y la altura es de 2,5 a 3,0 veces el diámetro. Es necesario utilizar tubos ascendentes calientes o incluso tubos ascendentes de vertido para crear suficiente metal fundido a alta temperatura para compensar los huecos en la pieza fundida cuando se solidifica y se contrae. Coloque los bebederos y las contrahuellas en lugares altos (hay 5-8 areneros). La pendiente también es correcta. Al verter, vierta lo más rápido posible a bajas temperaturas. Una vez solidificado, afloje la caja de arena rápidamente. Es necesario hacer un buen uso del hierro frío, incluido el hierro de enfriamiento interno y el hierro de enfriamiento externo, que no solo pueden refinar el cristal primario, eliminar las cavidades por contracción y la holgura, sino que también mejoran el rendimiento del proceso. La plancha de refrigeración interna debe estar limpia y ser fácil de derretir, y la cantidad utilizada debe ser pequeña. La relación funcional entre el tamaño tridimensional de la plancha de enfriamiento externa y el tamaño tridimensional del objeto de enfriamiento es de 0,6 a 0,7 veces. Demasiado pequeño no funcionará, demasiado grande hará que la pieza se agriete. Las piezas fundidas deben colocarse en el molde durante un largo tiempo hasta que la temperatura sea inferior a 200°C antes de desembalarlas.
6. Tratamiento térmico. El agrietamiento por tratamiento térmico es causado por un calentamiento excesivo a bajas temperaturas. Por lo tanto, el funcionamiento correcto es por debajo de 350°C y la velocidad de calentamiento es de 750°C. La pieza fundida está en estado plástico y puede calentarse rápidamente. Cuando la temperatura alcanza los 1050 ℃, el tiempo de retención se determina de acuerdo con el espesor de la pieza fundida y luego se eleva por encima de 1100 ℃. Deje algo de espacio para agregar agua lo antes posible después de que la estufa se haya enfriado. A altas temperaturas, el aumento de temperatura es demasiado lento, el tiempo de retención es demasiado corto y el intervalo de tiempo desde la descarga hasta la entrada de agua es demasiado largo (no debe ser >: 0,5 minutos), todo lo cual afectará la calidad de la pieza fundida. . La temperatura del agua de entrada debe ser
7. Cuando se recalienta acero con alto contenido de manganeso, hay un rango de temperatura frágil donde los carburos precipitan entre 250 y 800 °C. Hay carburos de red y tensión de fundición en el acero con alto contenido de manganeso recién fundido, y el rendimiento de la soldadura es muy pobre. Para las piezas fundidas de acero con alto contenido de manganeso, las bandas ascendentes deben cortarse o soldarse para reparar los defectos después del tratamiento de endurecimiento con agua, y las piezas fundidas deben enfriarse rápidamente después de la soldadura. Dado que el acero al manganeso tiene poca conductividad térmica, se debe tener mucho cuidado al cortar las contrahuellas.
Es mejor poner la pieza fundida en agua para exponer la parte cortada. Deje una cierta cantidad de rastrojo durante el corte y límpielo después del tratamiento térmico. Para eliminar o reducir la zona afectada por el calor tanto como sea posible, se adopta el método de operación de baja corriente, arco débil, soldadura intermitente, soldadura multicapa de cordón pequeño o soldadura, vertido y enfriamiento para mantener siempre baja temperatura y bajo calor. . Toque para aliviar el estrés mientras suelda. Se deben inspeccionar las piezas fundidas importantes. El electrodo de soldadura está hecho de un electrodo de acero con alto contenido de manganeso o un electrodo de acero inoxidable austenítico (usando un electrodo austenítico de manganeso-níquel D256 o D266), con especificaciones delgadas, φ3,2 mm × 350 mm, y el revestimiento exterior es alcalino. Si hay una capa endurecida, se debe eliminar antes de soldar.
8. Precauciones durante la producción. Lo que los productores deben considerar no sólo es reducir los costos de producción, sino, más importante aún, no producir productos de desecho, maximizar la producción de productos de alta calidad y, por lo tanto, maximizar la participación de mercado. Esto puede parecer lento y costoso, pero en realidad es rápido y económico.