M.A.A.H.R
28th December 2010, 12:03 PM
سلام به همه دوستان متاسفانه کسی نتونست در برنامه ریزی مطلب بهم کمک کنه خب اینو میذارم شاید کسی بخواد در مورد فولاد های هاد فیلد بیشتر از اون چیزی که تو سایت ها هستش بدونه این مقال برای اولین بار در این سایت انتشار گردید از کپی این مطلب در سایت های دیگر بی ذکر منبع خودداری شود
در ضمن بنا به دلایلی متن انگلیسی کپی نشد مطلب کاملی که این تو میبیند بصورت پیوست شده با متن انگیلیسی موجود است
تهیه کننده:امیر حسین .ر
منگنز فلزی سفید –خاکستری رنگ است که شباهت هایی با آهن دارد.فلزی سخت و بسیار ترد می باشد که به راحتی ذوب نمی شود ولی بسیار آسان اکسید می شود.منگنز تنها بعد از عملیات خاصی فرومغناطیس می شود.اکسید منگنز IV در سلول های باطری خشک استفاده می شود.اکسید منگنز در شیمی آلی نقش واکنش گر برای اکسیداسیون الکل بنزیلیک را ایفا می کند.در شیشه سازی برای حذف رنگ استفاده می شود و اگر مقدارش زیادباشد،رنگ شیشه را به بنفش تغییر می دهد.اکسید منگنز رنگدانه قهوه ای است که در رنگ سازی بکار می رود.پرمنگنات پتاسیم اکسید کننده بالقوه ای است که در صنایع شیمیایی و پزشکی به عنوان ماده ضدعفونی کننده بکار میرود.
واژه منگنز از واژه لاتین Magnes به معنای مغناطیس گرفته شده است.استفاده از این عنصر به دوران ماقبل تاریخ برمی گردد که رنگی کردن رنگ ها با دی اکسید منگنز به 17000 سال پیش می رسد.مصری ها و یونانی ها از آن در تولید شیشه ها بهره برده و می توانستند برای رنگی کردن آن و یا زدودن رنگ از آن استفاده کنند.
در قرن 17 میلادی برای اولین بار شیمیدان آلمانی بنام یوهان گلوبر(Johann Glaubar) پرمنگنات پتاسیم را تولید کرد.در اوسط قرن هیجدهم،دی اکسید مگنز در تولید کلرین استفاده شد.شیل (Sheel) شیمیدان سوئدی برای نخستین بار خاطرنشان ساخت که منگنز یک عنصر است و هم دانشگاهی ایشان،یوهان گوتلیب گان(Johan Gottlieb Gahn) در سال 1774 میلادی با احیای دی اکسید توسط کربن توانست منگنز عنصری را بدست آورد.تقریبا اوایل قرن نوزدهم میلادی بود که منگنزدر تولید فولادها بکار گرفته شد.در 1816، به این مهم دست یافتند که افزودن منگنز به فولاد بدون آنکه آن را ترد نماید،باعث افزایش سختی فولاد می شود.
انواع مختلفی از آنزیم ها که دارای کوفاکتورهای منگنزی هستند،بسیار وسیع هستند و شامل انواع مختلفی از اکسیدوردوکتازها (Oxidoredutases) ،ترانفراسز(Transferases)،لیازیزه ا(Lyases) ،ایزومرازیز(Isomerases)،لستین(Les tins)،لیژاسیسها(Ligases) و انتگرینها(Integrine) می باشند.از مشهورترین پولی پپتدهای(Polypeptides) منگنزدار را می توان به ارگیانز(arginase)،دیسموتاز(Dismuta se) و دیفتریا توکسین اشاره نمود.
منگنز معمولا به صورت پیرولوسیت(MnO2) و تا حد کمی به شکل رودوکروسیت (MnCO3) وجود دارد.منابع زمینی آن معمولا زیاد است اما توزیع آن یکسان نمی باشد.در ایالات متحده ،گریدهای نامرغوب آن وجود دارد که استخراج آن هزینه زیادی را می طلبد. بیش از 80 درصد منابع شناخته شده منگنز در جهان در آفریقای جنوبی و اوکراین قرار دارد.رسوبات مهم دیگر که منگنز دارند،می توان به چین،استرالیا،برزیل ،هندوستان و مکزیک اشاره کرد.
پایدارترین حالت اکسید منگنز ،+2 است و بسیاری ازاین ترکیبات منگنز II مثل سولفات منگنز II (MnSO4) و کلرید منگنز II (MnCl2) در این زمره قرار دارند.حالت اکسیدی دیگری برای منگنز وجود دارد که استات منگنز III است که عامل اکسید کننده قوی است.تری کربونیل منگنز متیل سیکلوپنتادنیل به عنوان افزودنی به بنزین بدون سرب اضافه می شود.
وزن اتمي منگنز 54.9 و نقطه ذوبش 1245 C است.ساختار كريستالي آن دردماهاي مختلف متفاوت است.از دماي اتاق تا دماي 710 C ساختار مكعبي ساده داشته و از آن بالاتر تغيير می کند. شعاع اتمي آن 2.24 A بوده در حاليكه شعاع اتمي آهن برابر 2.58 A است.فلذا در آهن تشكيل محلول جامد جانشيني مي دهد. هر دو عنصر الكتروپوزيتيو بوده و در لايه ظرفيتشان دو الكترون دارند.
ويژگي هاي شيميايي و متالورژيكي اين عنصر سبب شده كاربرد وسيعي در فولادسازي پيدا كنند.در مذاب آهن ، منگنز با اكسيژن تركيب شده و MnO تشكيل مي دهد. اين واكنش در صد اكسيژن را تا حد تعادلي مي كاهد. بنابراين مي توان گفت كه منگنز يك عنصر اكسيژن زداست . اما در مقايسه با عناصر اكسيژن زداي قوي مثل Al,Si ضعيف بوده و به عنوان يك اكسيژن زدا كاربرد ندارد.آنچه كه در فولادهاي خوش تراش مهم است، ، تمايل منگنز به تر كيب با گوگرد است.MnS تشكيل شده در مذاب سعي دارد وارد سرباره شود. در حالت جامد،سولفيدهاي منگنز موجود در ريزساختار حلاليت كمي داشته و آخالهاي غير فلزي را ايجاد مي كند. با حذف سولفيد آهن در هنگام ذوب و انتقال آن به سرباره ، منگنز قادر است خطر سرخ شكنندگي را بكاهد.هم با انتقال دماغه منحني TTT به سمت راست، باعث كاهش سرعت سرد كردن براي رسيدن به ساختار مارتنزيت مي شود.فلذا سختي پذيري را افزايش مي دهد.ميزان اضافي منگنز با كربن واكنش مي دهد و كاربيد منگنز Mn3C بوجود مي آيد.منگنز در تمامي انواع فولادهاي كربني و كم آلياژي و نيز در جوشكاري به عنوان مواد پركننده بكار مي رود.
در فولادهاي زنگ نزن ، منگنز داكتيليتي در حالت گرم را بهبود مي دهد.و تاثير آن بر توازن ساختار فريتي و آستنيتي با دما تغيير مي كند. در دماهاي پايين پايدار كننده آستنيت است ولي در دماهاي بالا پايدار كننده فريت خواهد بود.
نمودار هاي آهن – منگنز نشان دهنده گسترش منطقه پايداري آستنيت با افزايش منگنز است.در برخي از فولادهاي پرآلياژي ، وجود منگنز در حضور كروم زياد باعث افت دماي استحاله دلتا به آستنيت شده فلذا در دماي اتاق نيز مي توان درصدي از فريت دلتا را در ريزساختار مشاهده كرد.در فولادهاي كربني درصد منگنز تا 1.5 % است. فولادهاي از 1.5 تا 2.5 درصد منگنز جزو فولادهاي كم آلياژ بوده و از 2.5 % بالا ،فولاد پرآلياژي محسوب مي شود.نوع خاصي از فولادهاي پرمنگنزي آستنيتي بنام فولاد هادفيلد با در صد منگنز 10-14 % وجود دارد.اين فولاد خاصيت كارسختي داشته و سطح آن سخت مي شود. در حاليكه مغز آن نرم و چقرمه است.
منگنز کربن یوتکتیک را کم می کند.و تشکیل محصولات آستنیتی در دماهای پایین باعث عمیق تر شدن سخت گردانی می شود.و نیز تشکیل پرلیت ریز در ساختار را در پی دارد.
با افزودن منگنز به فولاد ، داکتیلیتی آن کاهش می یابد ولی با کم کردن میزان کربن می توان این اثر را تا حدی کاهش داد.در فولادهای کربنی که در محدوده 0.25-1.0 % کربن دارند،منگنز استحکام کششی را بالا برده و داکتیلیتی را بهبود می بخشد. افزودن منگنز به فولادهای ساده کربنی سختی پذیری و قابلیت ماشینکاری را افزایش میدهد.
فولادهای منگنز دار حساسیت قابل ملاحظه ای نسبت به تردی تمپر بالاخص در مقاطع بزرگ دارند فلذا بعد از تمپر در دمای600 C باید سریعا سرد شوند.
منگنز با نیتروژن موجود ترکیب شده و نیترید منگنز بسیار سخت را تشکیل داده که در حضور عناصر دیگر مثل Al,Cr,Ti و Mo یکی از اجزای مهم در فولادهای نیتریدی است.
فولادهای حاوی 0.35 % کربن،1.5 % منگنز و 0.35 % مولیبدن استحکام تسلیم بالا همراه با قابلیت جذب ارتعاش بالایی دارند و بدین لحاظ در میل لنگ های موتور کاربرد زیادی دارند.بخاطر افزایش سخت گردانی عمقی با افزایش منگنز ، حساسیت به ترک برداری در حین جوشکاری این فولادها زیاد است فلذا قبل از جوشکاری باید پیش گرم شوند.
وقتی درصد منگنز از 10 % فراتر رود،تغییرات فازی و رسوب کاربید خیلی آهسته می شود بطوریکه در غیاب هرگونه درصد تغییر شکلی می توان درصد آنها را نادیده انگاشت.فولاد های منگنز هادفیلد آستنیتی بوده و دارای 1.0-1.4 % کربن و 10-14% منگنز هستند.وقتی این فولاد از دمای 1000 C کوئنچ می شود، منگنز بالای این فولادها از استحاله معمولی سخت گردانی جلوگیری کرده و باعث می شود که آستنیت در دمای اتاق پایدار بماند.علیرغم استحکام بالا و داکتیلیتی خوب این فولاد ها از چقرمگی قابل قبولی نیز برخوردارند.بدلیل کارسختی که در این فولادها اتفاق می افتد،مقاومت به سایش این فولادهازیاد بوده و بیشتر در تیغه های لودر کاربرد دارد.تغییر درصد منگنز در محدوده 10-14 % تاثیر ناچیزی بر استحکام تسلیم داشته ولی در مقادیر پایین تر از 8% ، تنها تقریبا نصف استحکام کششی فولاد در حالت بالا رادارد.
هر مقداری از منگنز فلزی که در محلول جامد باقی مانده است ، متناسب با درصد کربن فولاد استحکام فولاد را افزایش می دهد.در کربن مشخصی ، افزودن منگنز باعث کاهش داکتیلیتی فولاد می شود که این را می توان با کم کردن درصد کربن اصلاح کرد.فولاد های با 0.25% کربن و 1.0% منگنز دارای استحکام کششی بالا و داکتیلیتی عالی هستند.
فولادهای سیلیکو منگنزی فنر دارای 0.8 تا 0.9 درصد منگنز دارند.فولادهای ابزار منگنز سخت شونده در روغن دارای 0.8 تا 1.0 درصد کربن و 1 تا 2 درصد منگنز هستند. این فولادها دمای استحاله مارتنزیتی پایینی داشته و لذا تمایل به باقی ماندن آستنیت در ریزساختار بیشتر می شود.سختی پذیری این فولادها با تغییر مقدار منگنز و یا افزودن تا 0.5 درصد کروم به ترکیب فولاد کنترل می شود.افزودن تنگستن و وانادیم مقاومت سایشی را بهبود داده و تمایل به رشد ترک در عملیات حرارتی بعدی را می کاهد. این فولادها در ابزار برش سرد استفاده می شوند.
تمایل به پایدارسازی آستنیت متوسط عنصر منگنز همراه با تمایل به ترکیب با نیتروژن، باعث شده در ترکیب فولادهای کروم –نیکل ، این دو عنصر جایگزین درصدی از نیکل شود. به عنوان مثال،فولاد با 0.1 درصد کربن،18 درصد کروم ، 5 درصد نیکل ،8 درصد منگنز و 0.12 تا 0.18 درصد نیتروژن فولادی کاملا آستینتی بوده که مقدار تنش لازم برای شکست بهتری در دماهای بالا در مقایسه با فولادهای 8-18 عادی دارد.استحکام بالا و داکتیلیتی خوب هم دردمای معمولی و هم در دماهای پایین داشته و مقاومت به خوردگی آن در شرایط اکسیدکنندگی قابل مقایسه با فولاد زنگ نزن 8/18 است. قابلیت جوشکاری خوبی نیز دارد.
در فولادهای پرلیتی، منگنز هیچگونه تاثیری بر مقاومت اکسیداسیون،خوردگی و سایش ندارد.
در چدنها، منگنز یکی از عناصر مهم بشمار می رود.که یا بصورت محلول و یا بشکل آخالهای آبی خاکستری سولفید منگنز ظاهر می شود. امروزه منگنز به صورت کانسنگ و یا به صورت فروآلیاژهای مختلف در فولاد سازی به کار می رود که دراین زمینه نقش های عمده منگنز عبارت خواهد بود از:
1-احیا کننده و تمیز کننده در فولاد مذاب
.به منظور حذف گوگرد که با ترکیب شدن با گوگرد و بهبود خواص فولاد مورد نظرو کنترل ساختار سولفیدهای موجود در فولاد (گوگرد زدایی)همراه است . در واقع گوگرد و عناصر مزاحم را به خود جذب نموده و آنها را وارد سرباره می کند
ایفای نقش به عنوان یکی از اجزای آلیاژی برای افزایش مقاومت، افزایش سختی و کاهش شکنندگی
ورفتار حرارتی فولادها
فروآلیاژهای منگنز برای جدا کردن گوگرد و اکسیژن زائد در کوره فولاد سازی به کار می روند زیرا غلظت
زیاد گوگرد در فولاد، همگنی آن را کاهش داده، باعث سهولت شکست آن می گردد. لذا منگنز با گوگرد
ترکیب می شود تا سولفید منگنز موجود در سرباره را تشکیل دهد.
در صنعت فولاد، منگنز در اشکال مختلف کانسنگ و فروآلیاژهای فرو منگنز، اسپیگل ایزن-سیلیکو منگنز و سیلیکو اسپیگل- ایزن استفاده می شودفروآلیاژهای منگنز برای جدا کردن گوگرد و اکسیژن زائد در کوره فولاد سازی به کار می روند زیرا غلظت زیاد گوگرد در فولاد، همگنی آن را کاهش داده، باعث سهولت شکست آن می گردد. لذا منگنز با گوگرد ترکیب می شود تا سولفید منگنز موجود در سرباره را تشکیل دهد در صنعت فولاد، منگنز در اشکال مختلف کانسنگ و فروآلیاژهای فرو منگنز، اسپیگل ایزن-سیلیکو منگنز و سیلیکو اسپیگل- ایزن استفاده می شودکانسنگ های منگنز مورد استفاده دارای عیار منگنز 55-38% می باشند، گرچه در مواردی سنگ های با عیار 30% نیز به کار می روند. از آنجا که عیار منگنز 48% برای تولید فرومنگنز مورد نیاز می باشند. این عیار به عنوان مبنای قیمت گذاری کانسنگ های منگنز فرض شده است
منگنزاساساً برای کنترل ناخالصی های اکسیژن و سولفور در تولید فولاد به کار می رود و باعث افزایش پایداری، سختی و استحکام فولاد می شود در پوشش های مقاوم مانند ریل های راه آهن و تجهیزات معدنی استفاده می شود. این فلز یک سازنده مهم در ترکیب آلیاژهای غیر آهنی به ویژه آلیاژ آلومینیوم می باشد
آلیاژهای مسی با افزوده شدن مقدار ناچیزی Mn پایدارتر می شوند که در این صورت برنزهای منگنز نام دارند و همچنین در آلیاژهای مس برای اکسیدزایی نیز از منگنز استفاده می شود آلیاژهای مس، منگنز و نیکل به عنوان آلیاژهای مقاوم الکتریکی به کار می روند و 10 % منگنز دارند و برخی آلیاژها با منگنز بیشتر، دارای ضریب انبساط گرمایی بالایی هستند که در ساختمان ترموستات به کار می روند. انواع مختلف منگنز برای ساخت پوشش های میله جوشکاری مصرف می شوند در تولید آهن خام، منگنز به شکل سنگ خام و یا کلوخه ( سینترشده ) به کوره وارد میشود. در تولید فولاد، منگنز به شکل کانسنگ، کنسانتره، فرو آلیاژ و یا فلز خالص در خلال و یا در مرحله نهایی فرایند تولید مورد استفاده قرار می‌گیرد
در تولید آهن خام، منگنز به شکل سنگ خام و یا کلوخه ( سینترشده ) به کوره وارد میشود. در تولید فولاد، منگنز به شکل کانسنگ، کنسانتره، فرو آلیاژ و یا فلز خالص در خلال و یا در مرحله نهایی فرایند تولید مورد استفاده قرار می‌گیرد افزودن منگنز در فرایند تولید آهن خام تا حد یک درصد، علاوه بر بهبود خواص فیزیکی آهن خام به دلیل حذف گوگرد، باعث افزایش راندمان در مرحله بعدی تولید فولاد، کاهش مصرف کمک ذوب‌ها و افزایش عمر مصالح نسوز کوره میشود. نقش منگنز در زودودن گوگرد به این صورت است که ترکیب منگنز و گوگرد موجود در سنگ آهن تولید سولفید منگنز میکند که به راحتی توسط سرباره از کوره خارج شود. بعلاوه سولفید منگنز ـ آهن که در ترکیب آهن باقی میماند به مراتب اثرات مضر کمتری از سولفید آهن دارد. نحوه و تا حدودی میزان افزودن منگنز بستگی به فناوری استفاده شده در تولید آهن و فولاد دارد.
ميزان مصرف جهاني فلز منگنز در جهان در سال هاي1997- 2001
بعد از بررسی عنصر منگنز حالا به بررسی فولاد منگنز دار استنیتی و جوش پذیری ان میپردازیم
فولاد استنیتی پرمنگنز دار از دسته فولادهای الیاِژی پرالیاژیِ میباشند که معروفترین انها به نام فولاد هادفیلد است که در صنایع راه اهن کاربرد زیادی دارد(در این مورد در پایین توضیحات کافی داده شده است )که قابلیت چقرمگبی بالا و خاصیت غیر مغناطیسی است.
این فولادها با استحکام بالا ،انعطاف پذیری خوب و مقاومت در برابر سایش عالی درای شهرت بسیاری در صنایع گوناگون بدست اورده و بصورت های مختلف ریختگی ، ورق ،سیم،میله،و غیره عرضه میشود .
قطعات ریخته شده یا نورد شده این گروه از فولادها ، غالبا بصورت کویینچ شده بکار میرود .
درصد کربن این فولادها معمولا 1تا 1.4،و درصد منگنز ان 10تا 14 درصد است .
منگنز،عنصری گاماژون میباشد و سبب پایداری فاز استنیت میگردد برعکس دیگر فولادها ،در اثر سریع سرد شدن یا کویینچ نمودن در اب ، چقرمگی این فولادها بشدت افزایش یافته اما در حرارت مجدد یا تمپر کردن،ترد میشود.
از طرف دیگر،اینفولادها شدیدا تحت کار سرد سخت میشوند .
اگر قطعه ای که تحت کار سرد قرار گرفته مجددا حرارت داده شود ،ترد شدن ان خیلی سریع تر اتفاق می افتد
چون جوانه های بیشتری برای بروز استحاله فازی و جود دارد .
لایه سخت شده کاملا سطحی است و در هنگام جوشکاری و در زمان برقراری قوس الکتریکی ،ذوب میشود اما در شرایطی که از اتصال،کیفیت ویژه ای انتطار میرود باید قشر کار سخت شده را با دقت سنگ زده ویا ماشین کاری نمود.
ظریب انبساط حرارتی فولاد های استنیتی منگنز دار ،شبیه فولاد های استنیتی کرم نیکل در بوده و تقریبا 1.5 برابر فولادهای فریتی است که خود مشکلاتی را از نظر تنش های حرارتی و انقباضی در حین گرم و سرد شدن به وجود میاورد.خواص مکانیکی این گروه از فولادها،بین 204 تا45 درجه سانتیگراد عالی است و بطور کلی مقاومت به سایش بسایر خوبی دارد ،اما برای دماهای بین 870 تا 269 درجه سانتیگراد پایدار نمیباشد .یکی دیگر از خواص مهم فولادهای فولاد های استنیتی ممنگنز دار ،این است که در برابر ضربه های مکرر،سختی و چقرمگی ان افزایش مییابد بنابراین مهمترین کاربرد فولاد های استنیتی ممنگنز دار،استفاده در ساخت ریل های راه اهن است .
عامل اصلی ایجاد این خاصیات استثنایی در فولاد های استنیتی منگنز دار،وجود بیش از 14 درصد منگنز است که مانع بروز پدیده سرخ شکنندگی در این فولاد میگردد.
مهمترین این فولادها درجدول3-2نشان داده میشود
خانواده
معادل استاندارد امریکایی
شماره استانداردDIN
استاندارد DIN
فولاهای استنیتی نگیر
معادل دقیق ندارد
1.3802
X 120 Mn 13
فولاهای استنیتی نگیر
معادل دقیق ندارد
1.3805
X 35 Mn 18
فولاهای استنیتی نگیر
معادل دقیق ندارد
1.3401
X 120 Mn 12
با در نظر گرفتن مطالب گفته شده ،توجه به نکات زیر برای جوشکاری این فولادها توصیه میگردد:
1-از انجایی که حرارت دادن مجدد فولاد هادفیلد باعث کاهش خواص مکانیکی و بخصوص چقرمگی ان میشود ،بنابراین استفاده از روشهای جوشکاری گازی و شعله ای به دلیل تناوب طولانی انتقال حرارت برای جوشکاری فولاد هادفیلد مناسب نیست و فقط روشهای جوشکاری با قوس الکتریکی توصیه میشود .
2- به هیچ وجه نباید فولاد هادفیلد را قبل از جوشکاری پیشگرم نمود .فقط برای چربی زدایی با استفاده از روش های حرارتی، میتوان حداکثر تا 100-150 در جه قطعه را گرم کرد .
3-بهیچ وجه نباید فولاد هادفیلد جوشکاری شده را پس از اتمام جوشکاری ،پس گرمایی نمود .
4-باید از الکترودهای منگنز دار با بیش از 14 در صد منگنز و حداکثر 0.025درصد فسفر بخصوص الکترود
DIN 8555:E7-200K یا SFA 5.13 و یا EFe Mn-A نیز کمک گرفت
5-قرار دادن الکترود در جای خشک وگرم کردن ان قبل از استفاده میباشد
6-پس از جوشکاری چکش کاری پی در پی در نواحی 2و4ناحیه HAZدر حالتی که رنگ جوش هنوز نارنجی یا زرشکی است(بدلیل تاثیری که روی کاهش تننش های داخلی فولاد میگذارد) باید سعی نمود که حداقل حرارت ورودی را داشته باشیم ضروری است
درجه حرارت منطقهHAZپس از گذشت یک دقیقه از جوشکاری نباید از 320درجه سانتیگراد تجاوز کند بهترین راه برای کنترل این درجه حرارت بدون ابزار های اندازه گیری دما این است که با دست در فاصله ی 20-15سانتیمتری کنار جوش را بتوان لمس کرد
شرایط کنترل حرارت
الف نگه داشتن طول قوس (چون طول قوس زیاد ولتاژ را افزایش داده و حرارت ورودی را در سطح وسیعتری توزیع میکند)
ب-عدم استفاده از حرکات زیگزاگی یا فشار گاز زیاد (بمنظور جلوگیری از تلاطم حوضچه جوش)
پ-خودداری کردن از پیشگرمایی
4-استفاده از امپر بالا و سرعت جوشکاری زیاد
ترجمه:
این سند اطلاعات مربوط به خواص و جوش فولاد استنیتی منگنز دار میباشد و این سند همچنین در برگیرنده جوشکاری و تمام افراد و پرسنل در گیر در ساخت را نیز شامل می شود
این فولاد که به فولاد هادفیلد شناخته شده است و این الیاژ حاوی مقادیر زیادی (11تا14)درصد منتگنز میباشد و حدود0.5کربن است.
این الیاژ توسط یکی ازپیشروهان صنعت ذوب اهن در جهان کشف شده است این شخص رابرت هادفیلد نام داشته است
رابرت هادفیلد این فولاد را در سال 1882 کشف نمود و برای اولین بار بسیار محکم و ثابت و دارای مواد مناسب برای اجزامسیر راه اهن اولیه بود
در حال حاضر این فولاد کاربرددارد در رراه اهن به خصوص در گذرگاهها(مکانهایی کهدر ان قطالر تغییر مسیر میدهد)که به مقاومت به سایش بالاتری نیاز است استفاده میشود
از ويژگي هايي كه در مورد اين فولادها ذكر ميشود عبارت است از استحكام بالا ،پوشش مقاومت بالا ،انعطاف پذيري بالا و خوب
فولاد استنيتي داراي قابليت مغناطيسي نميباشد بجز مواردي كه مورد كار سخت قرار بگيرد. در ادانمه نکته گفته شده قبلی باید به این امر توجه کرد که اين فولاد ظرفيت بالايي براي كار سخت داردو بهمین دلیل کاربرد گسترده ای در تجهیزات و قطعاتی دارد که تحت ضربه های های سنگین وبارهای فشاری قرار میگیرند در برنامه ها و پروژهای عظیم راه اهنی به بارهای فشاری توجه زیادی میشود
یکی از ویژیگی های بارز این فولاد این است که زمانی که سطع قطعه فرسوده میشود سطح تازه ایجاد شده سطع کهنه را سخت میکند
دلیل استفاده از هادفیلد در دو راهییهای راه اهن چیست؟چون این فولاد قابلیت تحمل بارهای عرضی تولید شده و همچنین بارهای فشاری تولید شده در اثر تماس شدید سطح دو فلز بر سطح فولاد را دارد این امر بدلیل ان است که فولادهای منگنز دار هرچقدر تحت کار سخت و ساشی قرار بگیرند سختر میشوند
از دلايل استفاده از اين فولاد در راه اهن ها:
1-مقاومت در برابر فشارهاي متعدد و سليش
2-در اين فولادها سرعت سختي كار تحت تاثير اصابي وتماس و سايش(ساييدگي)ميتواند تراز سختي(سفتي)سطح راتا500HVافزايش ميدهد
3-مقاومت به ضربه خوب
4-ارايه ضريب پاييني از اصطحكاك در كاربرد فولاد به فولاد
معمولا بعد از برنامه ریزی برای انجام جوشکاری یا ریختگری ان تصمیم گیری میشود و اغلب برای رسیدن به حد استاندارد ان را جوشکاری میکنند از عیوبی که در حین ریختگری رخ میدهد بشرح زیر میباشد
ریختگری میتواند نقض های حفره ،انقباض ناشی از انجماد و کوچک تر شدن نسبت به معیار واقعی و ایجاد حفرو تخالخل که موجب نارسایی های میشود در صورت ریختگری و دیدن این عیوب برای ترمم ان باید از روش و شیوه های مختلف جوشکاری استفاده نمود
مشخصات فیزیکی و ترکیب شیمیایی فولاد هادفیلد
متالوژی و جوشکایر فولاد منگنزدار استنیتی
با اضافه کردن 12 الی 14 درصد منگنز به فولاد ،فولاد ما دارای ساختار استنیتی اگرشود به عنوان مخالف و درمقابل ساختار فریتی و پرلیتی که دارای ساختار مشترک به عنوان فولاد کربن منگنز دار میباشند
یکی از ویژگی هایی که ساختار استنیتی دارد این است که در فولاد زنگ نزن استنیتی وفولاد زنگ نزن منگنز دار استنیتی هر دوی انها غیر مغناطیسیند
جوشکاری بر روی این فولادها امکان پذیر می باشد اما به شرطی که اقدامات لازم برای ان صورت بگیرد از اتفاقاتی که در حین جوشکاری این فولاده ممکن ایت رخ دهد میتوان به شکست و کاربیده شدن سطح جوش اشاره نمود
وفولاد منگنز دار استنیتی میتوان بیش از یکدر صد کربن را در ساختار استنیتی خود در دماهای بالا حل کند
هنگامی که فولاد به سرعت سرد میشود کربن در محلول باقی میماند و چنانچه فولاد را اهسته سرد کنیم یا تا دمای 260 درجه و یا بالاتر ان را دوباره گرم کنیم کاربید در ان ته نشین میشود و در داخل دانه و در داخل مرز دانه امتداد پیدا میکند ونجر به شکست میشود
وسعت شکست مربوط به میزان ته نشینی کاربید دارد و خود کاربید نیز به زمان و دمای بالا دارد هرچه دما بالاتر رود زمان کمتری برای شکست نیاز میباشدوقتی که فولاد منگنز درا استنیتی را جوشکاری میکنیم شکست های شدیدی رخ میدهد دلیل این امر هم ان است که کاربید بیشتر از مورد نطر حل میشود این اتفاق زمانی میتواند که قطعه در درجه حرارت 450 الی 900 درجه سانتیگراد حرارت ببیند وسپس سرد میشود اتفق می افتد البته زمان ایجاد شکست هم میتواند در هنگام سرد شدن و هم درفلز جوش و منطقه متاثر از حرارت رخ دهد.
بنابراین از دیدگاه جوش لازم است برای جلوگیری از پیشگرمانکردن دمای ورودی جوش را کم کنیم از راه های دیگه از جلوگیری از ژیشگرم کردن این است که درجه حرارت بین پاسی را در درجه حرارتهای کم نگه داری کرد
و همچنین باید سرعت خنک کاری نیز کم نگه داریم
درجه حرارت های پایین بین پاسی را پایین نگه داریم
اگر فولاد منگنز دار را در حالی که دارد سرد میشود تحت تاثیر ضربه قرار بگیرد بدلیل رسوب شبکه ای از کاربیدهای ریز پراکنده در باعث تغییر شکل باشند
(فرو نشیدنش) شبکه کاربیدی در این نوع فولاد مناسب است و بخوبی پراکنده میشود تا تمایل برای شکست در حال تغیییر شکل را کاهش میدهد اما با این کار فولاد ما افزایش قابل توجهی در برابر سختی و مفاومت در برابر سایش میشود به همین دلیل است که فولادهای منگنز دار استنیتی را معمولادر دمای فروکششعرضه میشود
در ضمن بنا به دلایلی متن انگلیسی کپی نشد مطلب کاملی که این تو میبیند بصورت پیوست شده با متن انگیلیسی موجود است
تهیه کننده:امیر حسین .ر
منگنز فلزی سفید –خاکستری رنگ است که شباهت هایی با آهن دارد.فلزی سخت و بسیار ترد می باشد که به راحتی ذوب نمی شود ولی بسیار آسان اکسید می شود.منگنز تنها بعد از عملیات خاصی فرومغناطیس می شود.اکسید منگنز IV در سلول های باطری خشک استفاده می شود.اکسید منگنز در شیمی آلی نقش واکنش گر برای اکسیداسیون الکل بنزیلیک را ایفا می کند.در شیشه سازی برای حذف رنگ استفاده می شود و اگر مقدارش زیادباشد،رنگ شیشه را به بنفش تغییر می دهد.اکسید منگنز رنگدانه قهوه ای است که در رنگ سازی بکار می رود.پرمنگنات پتاسیم اکسید کننده بالقوه ای است که در صنایع شیمیایی و پزشکی به عنوان ماده ضدعفونی کننده بکار میرود.
واژه منگنز از واژه لاتین Magnes به معنای مغناطیس گرفته شده است.استفاده از این عنصر به دوران ماقبل تاریخ برمی گردد که رنگی کردن رنگ ها با دی اکسید منگنز به 17000 سال پیش می رسد.مصری ها و یونانی ها از آن در تولید شیشه ها بهره برده و می توانستند برای رنگی کردن آن و یا زدودن رنگ از آن استفاده کنند.
در قرن 17 میلادی برای اولین بار شیمیدان آلمانی بنام یوهان گلوبر(Johann Glaubar) پرمنگنات پتاسیم را تولید کرد.در اوسط قرن هیجدهم،دی اکسید مگنز در تولید کلرین استفاده شد.شیل (Sheel) شیمیدان سوئدی برای نخستین بار خاطرنشان ساخت که منگنز یک عنصر است و هم دانشگاهی ایشان،یوهان گوتلیب گان(Johan Gottlieb Gahn) در سال 1774 میلادی با احیای دی اکسید توسط کربن توانست منگنز عنصری را بدست آورد.تقریبا اوایل قرن نوزدهم میلادی بود که منگنزدر تولید فولادها بکار گرفته شد.در 1816، به این مهم دست یافتند که افزودن منگنز به فولاد بدون آنکه آن را ترد نماید،باعث افزایش سختی فولاد می شود.
انواع مختلفی از آنزیم ها که دارای کوفاکتورهای منگنزی هستند،بسیار وسیع هستند و شامل انواع مختلفی از اکسیدوردوکتازها (Oxidoredutases) ،ترانفراسز(Transferases)،لیازیزه ا(Lyases) ،ایزومرازیز(Isomerases)،لستین(Les tins)،لیژاسیسها(Ligases) و انتگرینها(Integrine) می باشند.از مشهورترین پولی پپتدهای(Polypeptides) منگنزدار را می توان به ارگیانز(arginase)،دیسموتاز(Dismuta se) و دیفتریا توکسین اشاره نمود.
منگنز معمولا به صورت پیرولوسیت(MnO2) و تا حد کمی به شکل رودوکروسیت (MnCO3) وجود دارد.منابع زمینی آن معمولا زیاد است اما توزیع آن یکسان نمی باشد.در ایالات متحده ،گریدهای نامرغوب آن وجود دارد که استخراج آن هزینه زیادی را می طلبد. بیش از 80 درصد منابع شناخته شده منگنز در جهان در آفریقای جنوبی و اوکراین قرار دارد.رسوبات مهم دیگر که منگنز دارند،می توان به چین،استرالیا،برزیل ،هندوستان و مکزیک اشاره کرد.
پایدارترین حالت اکسید منگنز ،+2 است و بسیاری ازاین ترکیبات منگنز II مثل سولفات منگنز II (MnSO4) و کلرید منگنز II (MnCl2) در این زمره قرار دارند.حالت اکسیدی دیگری برای منگنز وجود دارد که استات منگنز III است که عامل اکسید کننده قوی است.تری کربونیل منگنز متیل سیکلوپنتادنیل به عنوان افزودنی به بنزین بدون سرب اضافه می شود.
وزن اتمي منگنز 54.9 و نقطه ذوبش 1245 C است.ساختار كريستالي آن دردماهاي مختلف متفاوت است.از دماي اتاق تا دماي 710 C ساختار مكعبي ساده داشته و از آن بالاتر تغيير می کند. شعاع اتمي آن 2.24 A بوده در حاليكه شعاع اتمي آهن برابر 2.58 A است.فلذا در آهن تشكيل محلول جامد جانشيني مي دهد. هر دو عنصر الكتروپوزيتيو بوده و در لايه ظرفيتشان دو الكترون دارند.
ويژگي هاي شيميايي و متالورژيكي اين عنصر سبب شده كاربرد وسيعي در فولادسازي پيدا كنند.در مذاب آهن ، منگنز با اكسيژن تركيب شده و MnO تشكيل مي دهد. اين واكنش در صد اكسيژن را تا حد تعادلي مي كاهد. بنابراين مي توان گفت كه منگنز يك عنصر اكسيژن زداست . اما در مقايسه با عناصر اكسيژن زداي قوي مثل Al,Si ضعيف بوده و به عنوان يك اكسيژن زدا كاربرد ندارد.آنچه كه در فولادهاي خوش تراش مهم است، ، تمايل منگنز به تر كيب با گوگرد است.MnS تشكيل شده در مذاب سعي دارد وارد سرباره شود. در حالت جامد،سولفيدهاي منگنز موجود در ريزساختار حلاليت كمي داشته و آخالهاي غير فلزي را ايجاد مي كند. با حذف سولفيد آهن در هنگام ذوب و انتقال آن به سرباره ، منگنز قادر است خطر سرخ شكنندگي را بكاهد.هم با انتقال دماغه منحني TTT به سمت راست، باعث كاهش سرعت سرد كردن براي رسيدن به ساختار مارتنزيت مي شود.فلذا سختي پذيري را افزايش مي دهد.ميزان اضافي منگنز با كربن واكنش مي دهد و كاربيد منگنز Mn3C بوجود مي آيد.منگنز در تمامي انواع فولادهاي كربني و كم آلياژي و نيز در جوشكاري به عنوان مواد پركننده بكار مي رود.
در فولادهاي زنگ نزن ، منگنز داكتيليتي در حالت گرم را بهبود مي دهد.و تاثير آن بر توازن ساختار فريتي و آستنيتي با دما تغيير مي كند. در دماهاي پايين پايدار كننده آستنيت است ولي در دماهاي بالا پايدار كننده فريت خواهد بود.
نمودار هاي آهن – منگنز نشان دهنده گسترش منطقه پايداري آستنيت با افزايش منگنز است.در برخي از فولادهاي پرآلياژي ، وجود منگنز در حضور كروم زياد باعث افت دماي استحاله دلتا به آستنيت شده فلذا در دماي اتاق نيز مي توان درصدي از فريت دلتا را در ريزساختار مشاهده كرد.در فولادهاي كربني درصد منگنز تا 1.5 % است. فولادهاي از 1.5 تا 2.5 درصد منگنز جزو فولادهاي كم آلياژ بوده و از 2.5 % بالا ،فولاد پرآلياژي محسوب مي شود.نوع خاصي از فولادهاي پرمنگنزي آستنيتي بنام فولاد هادفيلد با در صد منگنز 10-14 % وجود دارد.اين فولاد خاصيت كارسختي داشته و سطح آن سخت مي شود. در حاليكه مغز آن نرم و چقرمه است.
منگنز کربن یوتکتیک را کم می کند.و تشکیل محصولات آستنیتی در دماهای پایین باعث عمیق تر شدن سخت گردانی می شود.و نیز تشکیل پرلیت ریز در ساختار را در پی دارد.
با افزودن منگنز به فولاد ، داکتیلیتی آن کاهش می یابد ولی با کم کردن میزان کربن می توان این اثر را تا حدی کاهش داد.در فولادهای کربنی که در محدوده 0.25-1.0 % کربن دارند،منگنز استحکام کششی را بالا برده و داکتیلیتی را بهبود می بخشد. افزودن منگنز به فولادهای ساده کربنی سختی پذیری و قابلیت ماشینکاری را افزایش میدهد.
فولادهای منگنز دار حساسیت قابل ملاحظه ای نسبت به تردی تمپر بالاخص در مقاطع بزرگ دارند فلذا بعد از تمپر در دمای600 C باید سریعا سرد شوند.
منگنز با نیتروژن موجود ترکیب شده و نیترید منگنز بسیار سخت را تشکیل داده که در حضور عناصر دیگر مثل Al,Cr,Ti و Mo یکی از اجزای مهم در فولادهای نیتریدی است.
فولادهای حاوی 0.35 % کربن،1.5 % منگنز و 0.35 % مولیبدن استحکام تسلیم بالا همراه با قابلیت جذب ارتعاش بالایی دارند و بدین لحاظ در میل لنگ های موتور کاربرد زیادی دارند.بخاطر افزایش سخت گردانی عمقی با افزایش منگنز ، حساسیت به ترک برداری در حین جوشکاری این فولادها زیاد است فلذا قبل از جوشکاری باید پیش گرم شوند.
وقتی درصد منگنز از 10 % فراتر رود،تغییرات فازی و رسوب کاربید خیلی آهسته می شود بطوریکه در غیاب هرگونه درصد تغییر شکلی می توان درصد آنها را نادیده انگاشت.فولاد های منگنز هادفیلد آستنیتی بوده و دارای 1.0-1.4 % کربن و 10-14% منگنز هستند.وقتی این فولاد از دمای 1000 C کوئنچ می شود، منگنز بالای این فولادها از استحاله معمولی سخت گردانی جلوگیری کرده و باعث می شود که آستنیت در دمای اتاق پایدار بماند.علیرغم استحکام بالا و داکتیلیتی خوب این فولاد ها از چقرمگی قابل قبولی نیز برخوردارند.بدلیل کارسختی که در این فولادها اتفاق می افتد،مقاومت به سایش این فولادهازیاد بوده و بیشتر در تیغه های لودر کاربرد دارد.تغییر درصد منگنز در محدوده 10-14 % تاثیر ناچیزی بر استحکام تسلیم داشته ولی در مقادیر پایین تر از 8% ، تنها تقریبا نصف استحکام کششی فولاد در حالت بالا رادارد.
هر مقداری از منگنز فلزی که در محلول جامد باقی مانده است ، متناسب با درصد کربن فولاد استحکام فولاد را افزایش می دهد.در کربن مشخصی ، افزودن منگنز باعث کاهش داکتیلیتی فولاد می شود که این را می توان با کم کردن درصد کربن اصلاح کرد.فولاد های با 0.25% کربن و 1.0% منگنز دارای استحکام کششی بالا و داکتیلیتی عالی هستند.
فولادهای سیلیکو منگنزی فنر دارای 0.8 تا 0.9 درصد منگنز دارند.فولادهای ابزار منگنز سخت شونده در روغن دارای 0.8 تا 1.0 درصد کربن و 1 تا 2 درصد منگنز هستند. این فولادها دمای استحاله مارتنزیتی پایینی داشته و لذا تمایل به باقی ماندن آستنیت در ریزساختار بیشتر می شود.سختی پذیری این فولادها با تغییر مقدار منگنز و یا افزودن تا 0.5 درصد کروم به ترکیب فولاد کنترل می شود.افزودن تنگستن و وانادیم مقاومت سایشی را بهبود داده و تمایل به رشد ترک در عملیات حرارتی بعدی را می کاهد. این فولادها در ابزار برش سرد استفاده می شوند.
تمایل به پایدارسازی آستنیت متوسط عنصر منگنز همراه با تمایل به ترکیب با نیتروژن، باعث شده در ترکیب فولادهای کروم –نیکل ، این دو عنصر جایگزین درصدی از نیکل شود. به عنوان مثال،فولاد با 0.1 درصد کربن،18 درصد کروم ، 5 درصد نیکل ،8 درصد منگنز و 0.12 تا 0.18 درصد نیتروژن فولادی کاملا آستینتی بوده که مقدار تنش لازم برای شکست بهتری در دماهای بالا در مقایسه با فولادهای 8-18 عادی دارد.استحکام بالا و داکتیلیتی خوب هم دردمای معمولی و هم در دماهای پایین داشته و مقاومت به خوردگی آن در شرایط اکسیدکنندگی قابل مقایسه با فولاد زنگ نزن 8/18 است. قابلیت جوشکاری خوبی نیز دارد.
در فولادهای پرلیتی، منگنز هیچگونه تاثیری بر مقاومت اکسیداسیون،خوردگی و سایش ندارد.
در چدنها، منگنز یکی از عناصر مهم بشمار می رود.که یا بصورت محلول و یا بشکل آخالهای آبی خاکستری سولفید منگنز ظاهر می شود. امروزه منگنز به صورت کانسنگ و یا به صورت فروآلیاژهای مختلف در فولاد سازی به کار می رود که دراین زمینه نقش های عمده منگنز عبارت خواهد بود از:
1-احیا کننده و تمیز کننده در فولاد مذاب
.به منظور حذف گوگرد که با ترکیب شدن با گوگرد و بهبود خواص فولاد مورد نظرو کنترل ساختار سولفیدهای موجود در فولاد (گوگرد زدایی)همراه است . در واقع گوگرد و عناصر مزاحم را به خود جذب نموده و آنها را وارد سرباره می کند
ایفای نقش به عنوان یکی از اجزای آلیاژی برای افزایش مقاومت، افزایش سختی و کاهش شکنندگی
ورفتار حرارتی فولادها
فروآلیاژهای منگنز برای جدا کردن گوگرد و اکسیژن زائد در کوره فولاد سازی به کار می روند زیرا غلظت
زیاد گوگرد در فولاد، همگنی آن را کاهش داده، باعث سهولت شکست آن می گردد. لذا منگنز با گوگرد
ترکیب می شود تا سولفید منگنز موجود در سرباره را تشکیل دهد.
در صنعت فولاد، منگنز در اشکال مختلف کانسنگ و فروآلیاژهای فرو منگنز، اسپیگل ایزن-سیلیکو منگنز و سیلیکو اسپیگل- ایزن استفاده می شودفروآلیاژهای منگنز برای جدا کردن گوگرد و اکسیژن زائد در کوره فولاد سازی به کار می روند زیرا غلظت زیاد گوگرد در فولاد، همگنی آن را کاهش داده، باعث سهولت شکست آن می گردد. لذا منگنز با گوگرد ترکیب می شود تا سولفید منگنز موجود در سرباره را تشکیل دهد در صنعت فولاد، منگنز در اشکال مختلف کانسنگ و فروآلیاژهای فرو منگنز، اسپیگل ایزن-سیلیکو منگنز و سیلیکو اسپیگل- ایزن استفاده می شودکانسنگ های منگنز مورد استفاده دارای عیار منگنز 55-38% می باشند، گرچه در مواردی سنگ های با عیار 30% نیز به کار می روند. از آنجا که عیار منگنز 48% برای تولید فرومنگنز مورد نیاز می باشند. این عیار به عنوان مبنای قیمت گذاری کانسنگ های منگنز فرض شده است
منگنزاساساً برای کنترل ناخالصی های اکسیژن و سولفور در تولید فولاد به کار می رود و باعث افزایش پایداری، سختی و استحکام فولاد می شود در پوشش های مقاوم مانند ریل های راه آهن و تجهیزات معدنی استفاده می شود. این فلز یک سازنده مهم در ترکیب آلیاژهای غیر آهنی به ویژه آلیاژ آلومینیوم می باشد
آلیاژهای مسی با افزوده شدن مقدار ناچیزی Mn پایدارتر می شوند که در این صورت برنزهای منگنز نام دارند و همچنین در آلیاژهای مس برای اکسیدزایی نیز از منگنز استفاده می شود آلیاژهای مس، منگنز و نیکل به عنوان آلیاژهای مقاوم الکتریکی به کار می روند و 10 % منگنز دارند و برخی آلیاژها با منگنز بیشتر، دارای ضریب انبساط گرمایی بالایی هستند که در ساختمان ترموستات به کار می روند. انواع مختلف منگنز برای ساخت پوشش های میله جوشکاری مصرف می شوند در تولید آهن خام، منگنز به شکل سنگ خام و یا کلوخه ( سینترشده ) به کوره وارد میشود. در تولید فولاد، منگنز به شکل کانسنگ، کنسانتره، فرو آلیاژ و یا فلز خالص در خلال و یا در مرحله نهایی فرایند تولید مورد استفاده قرار می‌گیرد
در تولید آهن خام، منگنز به شکل سنگ خام و یا کلوخه ( سینترشده ) به کوره وارد میشود. در تولید فولاد، منگنز به شکل کانسنگ، کنسانتره، فرو آلیاژ و یا فلز خالص در خلال و یا در مرحله نهایی فرایند تولید مورد استفاده قرار می‌گیرد افزودن منگنز در فرایند تولید آهن خام تا حد یک درصد، علاوه بر بهبود خواص فیزیکی آهن خام به دلیل حذف گوگرد، باعث افزایش راندمان در مرحله بعدی تولید فولاد، کاهش مصرف کمک ذوب‌ها و افزایش عمر مصالح نسوز کوره میشود. نقش منگنز در زودودن گوگرد به این صورت است که ترکیب منگنز و گوگرد موجود در سنگ آهن تولید سولفید منگنز میکند که به راحتی توسط سرباره از کوره خارج شود. بعلاوه سولفید منگنز ـ آهن که در ترکیب آهن باقی میماند به مراتب اثرات مضر کمتری از سولفید آهن دارد. نحوه و تا حدودی میزان افزودن منگنز بستگی به فناوری استفاده شده در تولید آهن و فولاد دارد.
ميزان مصرف جهاني فلز منگنز در جهان در سال هاي1997- 2001
بعد از بررسی عنصر منگنز حالا به بررسی فولاد منگنز دار استنیتی و جوش پذیری ان میپردازیم
فولاد استنیتی پرمنگنز دار از دسته فولادهای الیاِژی پرالیاژیِ میباشند که معروفترین انها به نام فولاد هادفیلد است که در صنایع راه اهن کاربرد زیادی دارد(در این مورد در پایین توضیحات کافی داده شده است )که قابلیت چقرمگبی بالا و خاصیت غیر مغناطیسی است.
این فولادها با استحکام بالا ،انعطاف پذیری خوب و مقاومت در برابر سایش عالی درای شهرت بسیاری در صنایع گوناگون بدست اورده و بصورت های مختلف ریختگی ، ورق ،سیم،میله،و غیره عرضه میشود .
قطعات ریخته شده یا نورد شده این گروه از فولادها ، غالبا بصورت کویینچ شده بکار میرود .
درصد کربن این فولادها معمولا 1تا 1.4،و درصد منگنز ان 10تا 14 درصد است .
منگنز،عنصری گاماژون میباشد و سبب پایداری فاز استنیت میگردد برعکس دیگر فولادها ،در اثر سریع سرد شدن یا کویینچ نمودن در اب ، چقرمگی این فولادها بشدت افزایش یافته اما در حرارت مجدد یا تمپر کردن،ترد میشود.
از طرف دیگر،اینفولادها شدیدا تحت کار سرد سخت میشوند .
اگر قطعه ای که تحت کار سرد قرار گرفته مجددا حرارت داده شود ،ترد شدن ان خیلی سریع تر اتفاق می افتد
چون جوانه های بیشتری برای بروز استحاله فازی و جود دارد .
لایه سخت شده کاملا سطحی است و در هنگام جوشکاری و در زمان برقراری قوس الکتریکی ،ذوب میشود اما در شرایطی که از اتصال،کیفیت ویژه ای انتطار میرود باید قشر کار سخت شده را با دقت سنگ زده ویا ماشین کاری نمود.
ظریب انبساط حرارتی فولاد های استنیتی منگنز دار ،شبیه فولاد های استنیتی کرم نیکل در بوده و تقریبا 1.5 برابر فولادهای فریتی است که خود مشکلاتی را از نظر تنش های حرارتی و انقباضی در حین گرم و سرد شدن به وجود میاورد.خواص مکانیکی این گروه از فولادها،بین 204 تا45 درجه سانتیگراد عالی است و بطور کلی مقاومت به سایش بسایر خوبی دارد ،اما برای دماهای بین 870 تا 269 درجه سانتیگراد پایدار نمیباشد .یکی دیگر از خواص مهم فولادهای فولاد های استنیتی ممنگنز دار ،این است که در برابر ضربه های مکرر،سختی و چقرمگی ان افزایش مییابد بنابراین مهمترین کاربرد فولاد های استنیتی ممنگنز دار،استفاده در ساخت ریل های راه اهن است .
عامل اصلی ایجاد این خاصیات استثنایی در فولاد های استنیتی منگنز دار،وجود بیش از 14 درصد منگنز است که مانع بروز پدیده سرخ شکنندگی در این فولاد میگردد.
مهمترین این فولادها درجدول3-2نشان داده میشود
خانواده
معادل استاندارد امریکایی
شماره استانداردDIN
استاندارد DIN
فولاهای استنیتی نگیر
معادل دقیق ندارد
1.3802
X 120 Mn 13
فولاهای استنیتی نگیر
معادل دقیق ندارد
1.3805
X 35 Mn 18
فولاهای استنیتی نگیر
معادل دقیق ندارد
1.3401
X 120 Mn 12
با در نظر گرفتن مطالب گفته شده ،توجه به نکات زیر برای جوشکاری این فولادها توصیه میگردد:
1-از انجایی که حرارت دادن مجدد فولاد هادفیلد باعث کاهش خواص مکانیکی و بخصوص چقرمگی ان میشود ،بنابراین استفاده از روشهای جوشکاری گازی و شعله ای به دلیل تناوب طولانی انتقال حرارت برای جوشکاری فولاد هادفیلد مناسب نیست و فقط روشهای جوشکاری با قوس الکتریکی توصیه میشود .
2- به هیچ وجه نباید فولاد هادفیلد را قبل از جوشکاری پیشگرم نمود .فقط برای چربی زدایی با استفاده از روش های حرارتی، میتوان حداکثر تا 100-150 در جه قطعه را گرم کرد .
3-بهیچ وجه نباید فولاد هادفیلد جوشکاری شده را پس از اتمام جوشکاری ،پس گرمایی نمود .
4-باید از الکترودهای منگنز دار با بیش از 14 در صد منگنز و حداکثر 0.025درصد فسفر بخصوص الکترود
DIN 8555:E7-200K یا SFA 5.13 و یا EFe Mn-A نیز کمک گرفت
5-قرار دادن الکترود در جای خشک وگرم کردن ان قبل از استفاده میباشد
6-پس از جوشکاری چکش کاری پی در پی در نواحی 2و4ناحیه HAZدر حالتی که رنگ جوش هنوز نارنجی یا زرشکی است(بدلیل تاثیری که روی کاهش تننش های داخلی فولاد میگذارد) باید سعی نمود که حداقل حرارت ورودی را داشته باشیم ضروری است
درجه حرارت منطقهHAZپس از گذشت یک دقیقه از جوشکاری نباید از 320درجه سانتیگراد تجاوز کند بهترین راه برای کنترل این درجه حرارت بدون ابزار های اندازه گیری دما این است که با دست در فاصله ی 20-15سانتیمتری کنار جوش را بتوان لمس کرد
شرایط کنترل حرارت
الف نگه داشتن طول قوس (چون طول قوس زیاد ولتاژ را افزایش داده و حرارت ورودی را در سطح وسیعتری توزیع میکند)
ب-عدم استفاده از حرکات زیگزاگی یا فشار گاز زیاد (بمنظور جلوگیری از تلاطم حوضچه جوش)
پ-خودداری کردن از پیشگرمایی
4-استفاده از امپر بالا و سرعت جوشکاری زیاد
ترجمه:
این سند اطلاعات مربوط به خواص و جوش فولاد استنیتی منگنز دار میباشد و این سند همچنین در برگیرنده جوشکاری و تمام افراد و پرسنل در گیر در ساخت را نیز شامل می شود
این فولاد که به فولاد هادفیلد شناخته شده است و این الیاژ حاوی مقادیر زیادی (11تا14)درصد منتگنز میباشد و حدود0.5کربن است.
این الیاژ توسط یکی ازپیشروهان صنعت ذوب اهن در جهان کشف شده است این شخص رابرت هادفیلد نام داشته است
رابرت هادفیلد این فولاد را در سال 1882 کشف نمود و برای اولین بار بسیار محکم و ثابت و دارای مواد مناسب برای اجزامسیر راه اهن اولیه بود
در حال حاضر این فولاد کاربرددارد در رراه اهن به خصوص در گذرگاهها(مکانهایی کهدر ان قطالر تغییر مسیر میدهد)که به مقاومت به سایش بالاتری نیاز است استفاده میشود
از ويژگي هايي كه در مورد اين فولادها ذكر ميشود عبارت است از استحكام بالا ،پوشش مقاومت بالا ،انعطاف پذيري بالا و خوب
فولاد استنيتي داراي قابليت مغناطيسي نميباشد بجز مواردي كه مورد كار سخت قرار بگيرد. در ادانمه نکته گفته شده قبلی باید به این امر توجه کرد که اين فولاد ظرفيت بالايي براي كار سخت داردو بهمین دلیل کاربرد گسترده ای در تجهیزات و قطعاتی دارد که تحت ضربه های های سنگین وبارهای فشاری قرار میگیرند در برنامه ها و پروژهای عظیم راه اهنی به بارهای فشاری توجه زیادی میشود
یکی از ویژیگی های بارز این فولاد این است که زمانی که سطع قطعه فرسوده میشود سطح تازه ایجاد شده سطع کهنه را سخت میکند
دلیل استفاده از هادفیلد در دو راهییهای راه اهن چیست؟چون این فولاد قابلیت تحمل بارهای عرضی تولید شده و همچنین بارهای فشاری تولید شده در اثر تماس شدید سطح دو فلز بر سطح فولاد را دارد این امر بدلیل ان است که فولادهای منگنز دار هرچقدر تحت کار سخت و ساشی قرار بگیرند سختر میشوند
از دلايل استفاده از اين فولاد در راه اهن ها:
1-مقاومت در برابر فشارهاي متعدد و سليش
2-در اين فولادها سرعت سختي كار تحت تاثير اصابي وتماس و سايش(ساييدگي)ميتواند تراز سختي(سفتي)سطح راتا500HVافزايش ميدهد
3-مقاومت به ضربه خوب
4-ارايه ضريب پاييني از اصطحكاك در كاربرد فولاد به فولاد
معمولا بعد از برنامه ریزی برای انجام جوشکاری یا ریختگری ان تصمیم گیری میشود و اغلب برای رسیدن به حد استاندارد ان را جوشکاری میکنند از عیوبی که در حین ریختگری رخ میدهد بشرح زیر میباشد
ریختگری میتواند نقض های حفره ،انقباض ناشی از انجماد و کوچک تر شدن نسبت به معیار واقعی و ایجاد حفرو تخالخل که موجب نارسایی های میشود در صورت ریختگری و دیدن این عیوب برای ترمم ان باید از روش و شیوه های مختلف جوشکاری استفاده نمود
مشخصات فیزیکی و ترکیب شیمیایی فولاد هادفیلد
متالوژی و جوشکایر فولاد منگنزدار استنیتی
با اضافه کردن 12 الی 14 درصد منگنز به فولاد ،فولاد ما دارای ساختار استنیتی اگرشود به عنوان مخالف و درمقابل ساختار فریتی و پرلیتی که دارای ساختار مشترک به عنوان فولاد کربن منگنز دار میباشند
یکی از ویژگی هایی که ساختار استنیتی دارد این است که در فولاد زنگ نزن استنیتی وفولاد زنگ نزن منگنز دار استنیتی هر دوی انها غیر مغناطیسیند
جوشکاری بر روی این فولادها امکان پذیر می باشد اما به شرطی که اقدامات لازم برای ان صورت بگیرد از اتفاقاتی که در حین جوشکاری این فولاده ممکن ایت رخ دهد میتوان به شکست و کاربیده شدن سطح جوش اشاره نمود
وفولاد منگنز دار استنیتی میتوان بیش از یکدر صد کربن را در ساختار استنیتی خود در دماهای بالا حل کند
هنگامی که فولاد به سرعت سرد میشود کربن در محلول باقی میماند و چنانچه فولاد را اهسته سرد کنیم یا تا دمای 260 درجه و یا بالاتر ان را دوباره گرم کنیم کاربید در ان ته نشین میشود و در داخل دانه و در داخل مرز دانه امتداد پیدا میکند ونجر به شکست میشود
وسعت شکست مربوط به میزان ته نشینی کاربید دارد و خود کاربید نیز به زمان و دمای بالا دارد هرچه دما بالاتر رود زمان کمتری برای شکست نیاز میباشدوقتی که فولاد منگنز درا استنیتی را جوشکاری میکنیم شکست های شدیدی رخ میدهد دلیل این امر هم ان است که کاربید بیشتر از مورد نطر حل میشود این اتفاق زمانی میتواند که قطعه در درجه حرارت 450 الی 900 درجه سانتیگراد حرارت ببیند وسپس سرد میشود اتفق می افتد البته زمان ایجاد شکست هم میتواند در هنگام سرد شدن و هم درفلز جوش و منطقه متاثر از حرارت رخ دهد.
بنابراین از دیدگاه جوش لازم است برای جلوگیری از پیشگرمانکردن دمای ورودی جوش را کم کنیم از راه های دیگه از جلوگیری از ژیشگرم کردن این است که درجه حرارت بین پاسی را در درجه حرارتهای کم نگه داری کرد
و همچنین باید سرعت خنک کاری نیز کم نگه داریم
درجه حرارت های پایین بین پاسی را پایین نگه داریم
اگر فولاد منگنز دار را در حالی که دارد سرد میشود تحت تاثیر ضربه قرار بگیرد بدلیل رسوب شبکه ای از کاربیدهای ریز پراکنده در باعث تغییر شکل باشند
(فرو نشیدنش) شبکه کاربیدی در این نوع فولاد مناسب است و بخوبی پراکنده میشود تا تمایل برای شکست در حال تغیییر شکل را کاهش میدهد اما با این کار فولاد ما افزایش قابل توجهی در برابر سختی و مفاومت در برابر سایش میشود به همین دلیل است که فولادهای منگنز دار استنیتی را معمولادر دمای فروکششعرضه میشود