Какие свойства придает стали марганец
Условные обозначения химических элементов:
| хром ( Cr ) — Х никель ( Ni ) — Н молибден ( Mo ) — М титан ( Ti ) — Т медь ( Cu ) — Д ванадий ( V ) — Ф вольфрам ( W ) — В | азот ( N ) — А алюминий ( Аl ) — Ю бериллий ( Be ) — Л бор ( B ) — Р висмут ( Вi ) — Ви галлий ( Ga ) — Гл | иридий ( Ir ) — И кадмий ( Cd ) — Кд кобальт ( Co ) — К кремний ( Si ) — C магний ( Mg ) — Ш марганец ( Mn ) — Г | свинец ( Pb ) — АС ниобий ( Nb) — Б селен ( Se ) — Е углерод ( C ) — У фосфор ( P ) — П цирконий ( Zr ) — Ц |
ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ НА СТАЛЬ И ЕЕ СВОЙСТВА
Углерод — находится в стали обычно в виде химического соединения Fe3C, называемого цементитом. С увеличением содержания углерода до 1,2% твердость, прочность и упругость стали увеличиваются, но пластичность и сопротивление удару понижаются, а обрабатываемость ухудшается, ухудшается и свариваемость.
Кремний — если он содержится в стали в небольшом количестве, особого влияния на ее свойства не оказывает.(Полезная примесь; вводят в качестве активного раскислителя и остается в стали в кол-ве 0,4%)
Марганец — как и кремний, содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве и особого влияния на ее свойства также не оказывает. (Полезная примесь; вводят в сталь для раскисления и остается в ней в кол-ве 0,3-0,8%. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы.
Сера — является вредной примесью. Она находится в стали главным образом в виде FeS. Это соединение сообщает стали хрупкость при высоких температурах, например при ковке, — свойство, которое называется красноломкостью. Сера увеличивает истираемость стали, понижает сопротивление усталости и уменьшает коррозионную стойкость. В углеродистой стали допускается серы не более 0,06-0,07%. ( От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды MnS).
Фосфор — также является вредной примесью. Снижает вязкость при пониженных температурах, то есть вызывает хладноломкость. Обрабатываемость стали фосфор несколько улучшает, так как способствует отделению стружки.
ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА СТАЛИ
Хром (Х) — наиболее дешевый и распространенный элемент. Он повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание больших количеств хрома делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил.
Никель (Н) — сообщает стали коррозионную стойкость, высокую прочность и пластичность, увеличивает прокаливаемость, оказывает влияние на изменение коэффициента теплового расширения. Никель – дорогой металл, его стараются заменить более дешевым.
Вольфрам (В) — образует в стали очень твердые химические соединения – карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость. Вольфрам препятствует росту зерен при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске. Это дорогой и дефицитный металл.
Ванадий (Ф) — повышает твердость и прочность, измельчает зерно. Увеличивает плотность стали, так как является хорошим раскислителем, он дорог и дефицитен.
Кремний (С)- в количестве свыше 1% оказывает особое влияние на свойства стали: содержание 1-1,5% Si увеличивает прочность, при этом вязкость сохраняется. При большем содержании кремния увеличивается электросопротивление и магнитопроницаемость. Кремний увеличивает также упругость, кислостойкость, окалиностойкость.
Марганец (Г) — при содержании свыше 1% увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности.
Кобальт (К) — повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.
Молибден (М) — увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопротивление окислению при высоких температурах.
Титан (Т) — повышает прочность и плотность стали, способствует измельчению зерна, является хорошим раскислителем, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии.
Ниобий (Б) — улучшает кислостойкость и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.
Алюминий (Ю) — повышает жаростойкость и окалиностойкость.
Медь (Д) — увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в строительную сталь.
Церий — повышает прочность и особенно пластичность.
Цирконий (Ц) — оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали, измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.
Лантан, цезий, неодим — уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество поверхности, измельчают зерно.
Источник
Содержание:
- Влияние марганца на структуру и свойства стали
Влияние марганца на структуру и свойства стали
- Влияние марганца на структуру и характеристики стали Марганец является Карбидообразующим элементом. Использование углерода дает карбиды Mn3C Mangan, которые более стабильны и долговечны, чем карбид железа (цементит).При введении марганца в железоуглеродистый сплав (чугун, сталь) чистые карбиды марганца не образуются, но образуются сложные (двойные) карбиды цементного типа (Fe-Mn) 3C, в которых часть атомов железа всегда замещается марганцем atoms. In Высокомарганцевые аустенитные стали, 1C00 входят в состав таких множественных карбидов 1390 ′ Одна тысяча триста * 1200 Одна тысяча сто Хм. 。 910° ^ 900 В 300. 200. 100 л- 13.2 Тридцать м п + а-ffn (53 63 минута. 730 ′ 10 20 30 iO 50 60 70 SO 90 nn содержание марганца. U. (Вес） Рис.23.
Схема системы Fe-Mp. Влияние марганца на структуру и свойства стали 89 С большим количеством марганца, чем железа(около 80% Mn и 20% Fe), и перлитной марганцевой стали со средним содержанием менее 3% Mn, этот карбид содержит больше железа, чем марганца (около 80% Fe и 20% Mn). В промежуточной марганцевой стали (класс перлита) марганец частично связан с образованием углерода и двойных карбидов, а частично с твердым раствором с iron. In кроме того, распределение марганца между карбидом и твердым раствором этой стали составляет приблизительно соотношение 1.. 4, то есть 4 раза с карбидом марганца 150. 600. г Лу. Мне 150. Один Один ЯГ ！ > я-я-я-Я-Я-Я-Я-Я-Я-я… г «） 3-6 О •— •—. / Яг ’ •—_ < г’ ） 6/9 Шесть 24.
Влияние марганца на критические точки сталей 0,4% C (a) и 0,9% C (b) Меньше, чем твердый раствор.
Людмила Фирмаль
Например, если общее содержание марганца в Стали равно 1,5%, то для карбидов оно составит около 0,3%, для твердых растворов-1,2%, а для карбидов-0,4 общее содержание составит 2,0%.% , Твердый раствор 1,6%, ЕТК. Марганец » снижает концентрацию углерода в perlite. In на диаграмме состояния железоуглеродистой системы под влиянием марганца точка кодирования 5 смещается влево в направлении, отклоняющемся от содержания углерода. Каждый процент марганца снижает концентрацию углерода в перлите на 0,05-0,06%, так, например, в сталях, содержащих 4% Mn, содержание перлита составляет всего 0,6%.
Точка е, на которую влияет (максимальная концентрация углерода в Фэт) марганец, незначительно смещается в сторону right. In другими словами, марганец повышает растворимость углерода в аустените. На рисунке 24 показано влияние марганца на критические точки 0,4 и 0,9% С стали. Из этого рисунка следует, что если увеличить количество марганца с 0,5 до 3,0 и нормализовать сплав углеродистой стали с 0,4% С, то точка% перлитной конверсии последовательно снижается, а точка% перлитной конверсии-АР постепенно проходит. Выше 3,5% Мп появляется марганцевая сталь, которая является точкой мартенситного превращения M.
- То есть при охлаждении стали на воздухе с увеличением содержания марганца(нормализованного) происходят точно такие же структурные изменения(происходит при увеличении скорости охлаждения простой углеродистой стали).Аустенит для стали с равномерным содержанием мартенсита или среднего углерода значительно легче, чем для стали с высоким содержанием углерода. На рисунке показано, что в стали 6% Mn, 0,4% C теряется точка тру плотного превращения, получается структура, состоящая из 100% мартенсита, и содержание марганца 0,9% C P стали, осаждается большое количество богатых марганцем карбидов, аустенит на его периферии истощается, что делает Манган нестабильным, и за короткий промежуток времени содержание марганца при охлаждении в зоне метаморфоза разлагается как смесь феррита и цементита. —
Если расход углерода превышает 0,9%, наряду с мартенситом или аустенитом, то вдоль границ зерен, где осаждается карбид марганца, всегда появляется труцит. Марганец вносит большой вклад в аустенитное переохлаждение. Поэтому под воздействием перлитной стали гистерезис между критическими точками увеличивается, а критическая скорость закалки уменьшается sharply. In в этом отношении марганец занимает 1-е место среди других легирующих веществ elements.
In стол. На рис. 17 приведены данные о влиянии марганца на критическую скорость закалки механической стали.
Людмила Фирмаль
Таблица 17 Влияние марганца на критическую скорость закалки среднеуглеродистой стали машиностроение с.％ 0.48 0.47 0.46 0.46 MP、％ 0.57 1.18 1.80 2.20 Температура закалки 850. 840. 830. Восемьсот двадцать Критическая скорость отверждения,°С / с 520. 120. Тридцать пять Восемь Как видно из таблицы, в станкостроительной стали из углеродистой стали Мп составляет — 1,8%, поэтому изделие диаметром до 20-25 мм погружают не в воду, а в следующую. В эвтектоидных и за〜эвтектоидных сталей 0.8-1.2%, влияние марганца на структуру и свойства стали 91 Эффект марганца и снижение критической скорости закалки еще сильнее. Снижая критическую скорость отверждения, марганец значительно улучшает упрочняющие свойства steel.
In стол. Эффект марганца показан на рисунке 18 и полностью излечим в образцах различного диаметра, изготовленных из углерода и среднего марганца В конструкционной стали, она твердеет на 820-850°пока охлаждающ с водой и маслом. Таблица 18 Диаметр отвержденного образца Состав стали、％ И 0.48 0.47 0.46 Mp 0.57 1.18 1.80 Диаметр отверждаемого изделия при отверждении, мм В масле Четыре Двадцать Сорок В воде Двенадцать Сорок 60. Из данных, приведенных в этой таблице, его можно закалить маслом для отверждения изделий из среднеуглеродистых конструкционных сталей диаметром 1,80% Мп и длиной до 40 мм. Для качества закаленных изделий большое значение имеет влияние легирующих элементов на температуру мартенситного превращения и количество удерживаемого аустенита в структуре закаленной стали.
Чем ниже точка мартенситного превращения, тем сильнее упрочнение «будет удерживать больше в структуре аустенитной стали, что снизит твердость и прочность стали». кроме того, когда количество остаточного аустенита увеличивается, предел усталости стали резко падает, когда детали используются с переменными нагрузками. Марганец является одним из легирующих элементов, способствующих переохлаждению аустенита и повышению его стабильности. 1 при увеличении содержания марганца и закалке стали температура мартенситного превращения снижается, а количество удерживаемого аустенита увеличивается.
Количество остаточного аустенита в марганцевой стали очень сильно зависит от температуры нагрева стали перед закалкой: даже незначительное повышение температуры закалки марганцевой стали сопровождается повышением стабильности Фета. На рис. 25 показано влияние марганца на содержание мартенсита и остаточного аустенита в сталях, содержащих 0,5, 0,8 и 1,0% С, при закалке от оптимальной температуры. That92 марганцевой стали В структуре 2% MN высокоуглеродистой закаленной стали количество остаточного аустенита достигает 30-40%. При нагреве перлитно-марганцевой стали под воздействием Mn более 2% с содержанием углерода 0,4-0,5% скорость роста зерен резко возрастает и сталь становится чувствительной к перегреву.
<При нагреве марганцевой стали на 0,2-0,3% С до 3% марганца не будет увеличиваться, но это снизит скорость роста зерна и уменьшит склонность стали к перегреву[69]. В среднеуглеродистой конструкционной стали 0,4-0,5% с предел текучести и прочность увеличатся за счет влияния марганца после закалки и высокого отпуска(улучшения), но пластичность и вязкость значительно уменьшатся, а в мягкой стали с повышением содержания марганца примерно на 3% менее 0,2-0,3% прочность стали возрастет без выраженного снижения пластичности и пластичности[69]. На рисунке 26 представлена диаграмма соотношения углерода и марганца. Восемьдесят%б 0 Один- Да. 300. О * ОО • 「- В ’У’ Три г / / / * В、 х г с MP.％ Рисунок 25.Остаточное содержание аустенита в закаленных сталях с различным влиянием марганца на точку мартенситного превращения (м») и содержание углерода： / −1.0% с; 2-0. 8%C; 3-0, 5%C требуется для получения Высокопрочная марганцево-стойкая инженерная сталь.
Этот рисунок показывает, что благодаря правильному сочетанию прочности и вязкости, чем выше содержание марганца в стали, тем ниже содержание углерода. При цементации стали марганец несколько ускоряет процесс цементации, увеличивая концентрацию углерода на поверхности цементного изделия. При длительном давлении при цементации в цементном слое стали, содержащем 1,5-2,0% Mn, рост зерен наблюдается редко, рост зерен под влиянием марганца, особенно в низкоуглеродистых кернах. На фиг. 27 представлена структурная схема марганцевой стали, из которой нормализуется образец, чтобы показать влияние марганца на структуру и характеристики стали.
Марганцевую сталь диаметром 25 мм можно классифицировать на 3 класса, в зависимости от микроструктуры, в зависимости от содержания в ней углерода и марганца.1) перлит. 2) мартенсит и 3) аустенит. < 0,4-0,5% C сталь имеет перлитную структуру до 2,0% Mp, а когда содержание 1,5% Mp уже превышает 0,8% C, в стали начинает появляться мартенсит structure. At в то же время этот показатель показывает, что углерод и марганец взаимно замещают и дополняют друг друга. Чем выше содержание углерода в стали、 26. C и MP совместное влияние. 27.Структурная схема механических свойств марганцевой стали и стали Бист(рисунок） Для получения неравновесных мартенситных или аустенитных структур требуется меньше марганца. В машиностроении широко используются только 2 класса марганцевой стали.
Перлит, содержащий 0,1-0,8% C при 0,7-2,0% Mn и аустенит, содержащий 1,0-1% 10-14% Mn при 4% C. При изотермическом превращении аустенита марганцевой стали с содержанием марганца до 2% Общий вид С-образной диаграммы практически не изменяется по сравнению с диаграммой углеродистой стали в течение инкубационного периода и времени полного изотермического превращения аустенита под действием марганца. Инжир. 図２８は 、 ０．Является фигурой изотермического превращения аустенитной стали ５ ％. C и 1.8%Mp, для сравнения, показывает простой показатель углеродистой стали 0.5% C на том же рисунке. В медленно охлаждаемой углеродистой стали Nieco со сбалансированной структурой содержание марганца составляет до 10-12% 94 марганцевой стали Вызывает относительно небольшое увеличение твердости.
Поэтому, когда определенное количество марганца добавляется к перлитной стали, критическая скорость закалки в основном снижается, и прокаливаемость улучшается. 200 секунд a * u > время, sen u * 28.Иллюстрация изотермического превращения углеродистой стали 50 (слева) и аустенитной марганцевой стали 50Г2 (справа) На рис. 29 представлен график влияния марганца на твердость стали при 1% С после воздушного охлаждения (2) и 0,5% С после печи. Когда содержание марганца увеличивается и сталь нормализуется 60. Пятьдесят 8-0. Th / / 、 —• Х _ 29.
Нормализующее 0,5% C (1}и отжигающее (2) влияние марганца на твердость стали 3 4 Mp ％ От 0,4 до 4,0% твердость стали постоянно увеличивается. При более чем 4% Мп в структуре начинает появляться γ-марганцевая техническая сталь класса перлита 95. Твердость стали составляет reduced. In отожженная перлитная сталь, твердость под воздействием марганца почти не увеличивается.
Смотрите также:
Решение задач по материаловедению
Источник
При производстве сталии современная металлургия использует огромное количество примесей и добавок. Пропорции и количество легирующих элементов, как еще называют добавки, обычно составляют коммерческую тайну металлургической компании.
Углерод – неотъемлемая часть любой стали, так как сталь это сплав углерода с железом. Процентное содержание углерода определяет механические свойства стали. С увеличением содержания углерода в составе стали, твердость, прочность и упругость стали увеличиваются, но пластичность и сопротивление удару понижаются, а обрабатываемость и свариваемость ухудшается.
Кремний – незначительное его содержание в составе стали особого влияния на ее свойства не оказывает. При повышении содержания кремния значительно улучшаются упругие свойства, магнитопроницаемость, сопротивление коррозии и стойкость к окислению при высоких температурах.
Марганец – в углеродистой стали содержится в небольшом количестве и особого влияния на ее свойства не оказывает. Однако он образует с железом твердое соединение повышающее твердость и прочность стали, несколько уменьшая ее пластичность. Марганец связывает серу в соединение MnS, препятствуя образованию вредного соединения FeS. Кроме того, марганец раскисляет сталь. Сталь в состав которой входит большое количество марганца приобретает существенную твердость и сопротивление износу.
Сера – является вредной примесью в составе стали, где она находится преимущественно в виде FeS. Это соединение придает стали хрупкость при высоких температурах – красноломкость. Сера увеличивает истираемость стали, понижает сопротивление усталости и уменьшает коррозионную стойкость.
В углеродистой стали допустимое содержание серы – не более 0,07%.
Фосфор – также является вредной примесью в составе стали. Он образует с железом соединение Fe3P. Кристаллы этого соединения очень хрупки, вследствие чего сталь приобретает высокую хрупкость в холодном состоянии – хладноломкость. Отрицательное влияние фосфора наибольшим образом сказывается при высоком содержании углерода.
Легирующие компоненты в составе стали и их влияние на свойства:
Алюминий – сталь, состав которой дополнен этим элементом, приобретает повышенную жаростойкость и окалиностойкость.
Кремний – увеличивает упругость, кислостойкость, окалиностойкость стали.
Марганец – увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок при этом не уменьшает пластичности.
Медь – улучшает коррозионностойкие свойства стали.
Хром – повышает твердость и прочность стали, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионностойкость. Содержание больших количеств хрома в составе стали придает ей нержавеющие свойства.
Никель – также как и хром придает стали коррозионную стойкость, а также увеличивает прочность и пластичность.
Вольфрам – входя в состав стали, образует очень твердые химические соединения – карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость. Вольфрам препятствует расширению стали при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске.
Ванадий – повышает твердость и прочность стали, увеличивает плотность стали. Ванадий является хорошим раскислителем.
Кобальт – повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает стойкость против ударных нагрузок .
Молибден – увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, улучшает антикоррозионные свойства стали и сопротивление окислению при высоких температурах.
Титан – повышает прочность и плотность стали, является хорошим раскислителем, улучшает обрабатываемость и увеличивает коррозионностойкость.
Источник