Сталь Гадфильда - Mangalloy


Из Википедии, свободной энциклопедии
Этикетка на раме велосипеда , указывающей Сталь Гадфильда

Сталь Гадфильда , называемый также марганцевой стали или Хэдфилда стали , представляет собой сплав , сталь , содержащую в среднем около 13% марганца . Сталь Гадфильд известна своей высокой ударной прочности и устойчивость к истиранию , как только в его нагартованном состоянии.

Свойства материала

Сталь Гадфильд производится путем легирования стали, содержащее от 0,8 до 1,25% углерода, с 11 до 15% марганца . Сталь Гадфильд является уникальной немагнитной сталью с экстремальными противоизносными свойствами. Материал очень устойчив к истиранию и достигнет до трех раз его поверхностной твердости во условиях воздействия , без какого - либо увеличения хрупкости , которая обычно ассоциируется с твердостью. Это позволяет Стали Гадфильду сохранять свою прочность .

Большинство сталь содержит от 0,15 до 0,8% марганца. Высокопрочные сплавы часто содержат от 1 до 1,8% марганца. Примерно 1,5% содержания марганца, сталь становится хрупкой, и эта особенность увеличивает содержание марганца до примерно от 4 до 5% не будет достигнуто. На данный момент, сталь будет распыляться на ударе молотка. Дальнейшее увеличение содержания марганца увеличит как твердость и пластичность . Около 10% содержания марганца сталь будет оставаться в аустенитной форме при комнатной температуре , если охлаждает правильно. И твердость и пластичность достигают своих наивысших точек около 12%, в зависимости от других легирующих. Первичный эти легирующих агенты представляют собой углерод, поскольку добавление марганца низкоуглеродистой стали имеет небольшой эффект, но резко возрастает с увеличением содержания углерода. Оригинальная сталь Гадфильда содержала около 1,0% углерода. Другие легирующие агенты могут включать металлы , такие как никель и хром ; добавляет чаще всего аустенитные стали , как стабилизатор аустенита; молибден и ванадий ; используется в не-аустенитных сталях в качестве ферритного стабилизатора; или даже неметаллические элементы , такие как кремний .

Сталь Гадфильда имеет справедливую предел текучести , но очень высокую прочность на разрыв , как правило , где -то между 350 и 900 МПа (МПа), который поднимается быстро , как это работает затвердевает. В отличие от других форм стали, при растяжении до предела, материал не «шеи вниз» (получить меньше в самой слабой точке) , а затем оторвать друг от друга. Вместо этого, металлические шеи и работа затвердевает, увеличивая прочность на разрыв до очень высоких уровней, иногда до 2000 МПа. Это приводит к тому , прилегающий материал для шеи вниз, затвердевают, и это продолжается до тех пор , вся часть не намного длиннее и тоньше. Типичное удлинение может быть от 18 до 65%, в зависимости от того как точного состава сплава и предшествующих тепловых обработок. Сплавы с содержанием марганца в диапазоне от 12 до 30% способны противостоять хрупкие эффекты холода, иногда до температур в диапазоне от -196 ° F (-127 ° C).

Сталь Гадфильд был использован в горнодобывающей промышленности, бетономешалки , камнедробилки , железнодорожные коммутаторы и переходы, гусеничные протекторы для тракторов и других ударопрочных и абразивных сред. Он также используется в средах с высокой отдачей , как внутри дробеструйной машины. Эти сплавы находят применение в качестве нового криогенных сталей, из - за их высокую прочность при очень низких температурах. Сталь Гадфильд является тепловой обработкой , но марганец снижает температуру , при которой аустенит преобразует в феррит . В отличии от углеродистой стали , Сталь Гадфильд смягчает , а не затвердевает при быстром охлаждении, восстановления пластичности от нагартованного состояния. Большинство сортов готовы к использованию после отжига , а затем закалки из желтого тепла, без дальнейшей необходимости в закалке , и обычно имеют нормальную твердость по Бринеллю составляет около 200 НВ, (примерно такой же , как нержавеющая сталь 304), но, в силу своей уникальные свойства, то твердость вдавливания имеет очень мало влияет на определение твердости царапанию (истирание и влияние сопротивления металла). Другой источник говорит , что основная твердость по Бринеллю марганцевой стали согласно исходной спецификации Гадфильда 220 , но что при воздействии износ твердости поверхности увеличится до более чем 550.

Многие применения Сталь Гадфильда в часто ограничивается его трудности в обработке ; иногда описывают как имеющие «нулевую обрабатываемость.» Металл не может быть смягчен отжигом и быстро затвердевает при резке и шлифовальных инструментов, как правило , требуют специальных инструментов для машины. Материал может быть пробурена с большими трудностями с использованием алмаза или карбида. Хотя это может быть выковано из желтого тепла, она может крошится , если забита , когда бело-жарко, и намного сложнее , чем углеродистая сталь при нагревании. Это может быть разрезана с кислородно-ацетиленовой горелки , но плазменной или лазерной резки является предпочтительным методом. Несмотря на высокой твердости и прочности, материал не всегда может быть жестким. Он может быть образован путем холодной прокатки или холодной гибки.

история

Первая мировая война Броуди шлем , сделанный из стали Гадфильда

Сталь Гадфильда была создана Робертом Гадфильдом в 1882 году, став первым из легированной стали для обоих стать коммерческим успехом и демонстрировать поведение радикально отличающиеся от углеродистой стали . Таким образом, как правило , считается , чтобы отметить рождение легированных сталей.

Бенджамин Huntsman был одним из первых , чтобы начать добавлять другие металлы к стали. Его процесс изготовления тигля стали , изобретенный в 1740 году, в первый раз стали был в состоянии быть полностью расплавляют в тигле. Егерь уже использовали различные потоки , чтобы помочь удалить примеси из стали, и вскоре стал добавлением марганца богатых чугуна , называемого зеркальным , который значительно снижается присутствием примесей в его стали. В 1816 году немецкий исследователь Карл JB Карстен отметил , что добавление достаточно большого количества марганца железа увеличит свою твердость , не влияя на его пластичность и ударную вязкость, но смесь не была однородной , и результаты эксперимента не считаются надежными. «и никто не понял , что реальная причина , почему железо добывают в Норикум производства такой превосходной стали заключалась в том , что она содержала небольшое количество марганца без примесей фосфора, мышьяка, или серы, и так было сырье марганцевой стали. " В 1860 году сэр Генри Bessemer , пытаясь усовершенствовать свой процесс Бессемера из стали, обнаружили , что добавление зеркального к стали после того, как он был взорван помог удалить избыток серы и кислорода . Сера в сочетании с железом с образованием сульфида , который имеет более низкую температуру плавления , чем сталь, в результате чего слабые места, которые помешали горячей прокатки . Марганец, как правило , добавляют в большинство современных сталей в небольших количествах из - за своей мощной способности для удаления примесей.

Хэдфилда был в поисках стали , которая может быть использована для литья из трамвайных колес , которые будут проявлять как твердость и прочность, так как обычные углеродистые стали не сочетать эти свойства. Сталь может быть укреплено путем быстрого охлаждения, но теряет свою прочность, становятся хрупкими. Стальные отливки обычно не могут быть быстро охлаждают, для неправильной формы может привести к деформации или трещины. Сталь Гадфильда оказалась чрезвычайно подходит для литья, так как она не образует газовые карманы , называемые «продувку дыры», и не проявляли крайнюю хрупкость других отливок.

Хэдфилда изучал результаты других , которые экспериментируют со смешиванием различных элементов со сталью, такими как Бенджамин Huntsman и AH Аллен. В то время , производство стали было скорее искусство , чем наука, произведенный квалифицированными мастерами , которые часто были очень скрытны. Таким образом, никакие металлургические данные о стали не существовало до 1860, так что информация о различных сплавов были единичными и часто ненадежны. Хэдфилда заинтересовался добавлением марганца и кремния. Terre Noire компания создала сплав , названный «ферромарганец», содержащий до 80% марганца. Хэдфилда начал путем смешивания ферромарганца с тигельной стали и кремния, производя сплав 7,45% марганца, но материал был неудовлетворительным для его целей. В своей следующей попытке, он вышел из кремния и добавляют больше ферромарганца к смеси, достигая сплава с 1,35% углерода и 13,76% марганца. При создании Стали Гадфильда, Хэдфилд протестировал материал, думая , что результаты должны быть ошибочные. Это выглядело скучно и мягкий, похожий по внешнему виду , чтобы привести , но стригут зубы от его файла. Это не будет держать край в качестве режущего инструмента, но не может быть разрезано с пилами , ни механической обработкой на токарном станке . Это был немагнитным , несмотря на содержащем более 80% железу, и имел очень высокое электрическое сопротивление . Попытки измельчить это просто глазурованной и полированные поверхности. Наиболее поразительный, при нагревании и гасил , он вел себя почти напротив обычную углеродистую сталь. После выполнения нескольких сотен тестов, он понял , что они должны быть точными, хотя причина для сочетания твердости и бросили вызов каких - либо объяснений в то время. Хэдфилда писал: «Есть ли случай , похожее на это среди других сплавов железа, если этот термин сплав может быть использован? Нет металлургический трактат не относится к ним ... Возможно , когда характеру законов , регулирующих сплавы лучше понимали, что это будет установлено, что только один из других случаев ... ".

Изобретение Гадфильда был первый из стали сплава , чтобы продемонстрировать значительные различия в свойствах по сравнению с углеродистой сталью. В современном мире известно, что марганец ингибирует превращение ковкой аустенитной фазы в твердый хрупкий мартенсит , что имеет место для обычных сталей , когда они гасили в процедуре закалки. Аустенит Гадфильд сталей термодинамический неустойчив и будет превращаться в мартенсит при условии механического воздействия , таким образом , образуя жесткий поверхностный слой.

Хэдфилда запатентовал свою сталь в 1883 году, но провел следующие пять лет , совершенствуя смесь, так что не не представить его общественности до 1887. Он окончательно разрешаться на сплав , содержащий от 12 до 14% марганца и 1,0% углерода, который был пластичным достаточно быть с отступом , но так трудно это не может быть сокращен. Он стал первым из легированной стали , чтобы стать коммерчески жизнеспособным. Хэдфилда первоначально на рынке его стали для использования на железных дорогах и трамвайных, но быстро начала выпускать его для всего от пильных пластин сейфов.

Смотрите также

  • Ферромарганца , ферросплавный с гораздо более высоким содержанием марганца (обычно около 80%), а не стали, а ингредиент , используемый при создании сталей

Рекомендации