Mangalloy - Mangalloy

Etiqueta no quadro de uma bicicleta indicando mangalloy

O mangalloy , também chamado de aço manganês ou aço Hadfield , é uma liga de aço que contém em média cerca de 13% de manganês . Mangalloy é conhecido por sua alta resistência ao impacto e resistência à abrasão, uma vez em seu estado endurecido por trabalho.

Propriedades do material

A mangalloy é feita de ligas de aço, contendo 0,8 a 1,25% de carbono, com 11 a 15% de manganês . Mangalloy é um aço não magnético exclusivo com propriedades antidesgaste extremas. O material é muito resistente à abrasão e atingirá até três vezes sua dureza superficial em condições de impacto , sem nenhum aumento da fragilidade que normalmente está associada à dureza. Isso permite que o mangalloy retenha sua resistência .

A maioria dos aços contém 0,15 a 0,8% de manganês. Ligas de alta resistência geralmente contêm 1 a 1,8% de manganês. Com um teor de manganês de cerca de 1,5%, o aço se torna quebradiço e essa característica aumenta até que o teor de manganês de 4 a 5% seja atingido. Neste ponto, o aço vai pulverizar com o golpe de um martelo. Um aumento adicional no conteúdo de manganês aumentará a dureza e a ductilidade . Com cerca de 10% de teor de manganês, o aço permanecerá em sua forma de austenita em temperatura ambiente se resfriado corretamente. Tanto a dureza quanto a ductilidade atingem seus pontos máximos em torno de 12%, dependendo de outros agentes de liga. O principal desses agentes de liga é o carbono, porque a adição de manganês ao aço de baixo carbono tem pouco efeito, mas aumenta dramaticamente com o aumento do teor de carbono. O aço Hadfield original continha cerca de 1,0% de carbono. Outros agentes de liga podem incluir metais como níquel e cromo ; adicionado na maioria das vezes a aços austeníticos como um estabilizador de austenita; molibdênio e vanádio ; usado em aços não austeníticos como estabilizador de ferrite ; ou mesmo elementos não metálicos como o silício .

Mangalloy tem uma resistência ao escoamento razoável , mas uma resistência à tração muito alta , normalmente entre 350 e 900 megapascais (MPa), que aumenta rapidamente à medida que o trabalho endurece. Ao contrário de outras formas de aço, quando esticado até o ponto de ruptura, o material não "desce" (fica menor no ponto mais fraco) e depois se rasga. Em vez disso, os pescoços de metal e trabalho endurecem, aumentando a resistência à tração para níveis muito altos, às vezes tão altos quanto 2.000 MPa. Isso faz com que o material adjacente enrijeça, endureça, e isso continua até que a peça inteira fique muito mais longa e mais fina. O alongamento típico pode ser de 18 a 65%, dependendo da composição exata da liga e dos tratamentos térmicos anteriores. Ligas com conteúdo de manganês variando de 12 a 30% são capazes de resistir aos efeitos frágeis do frio, às vezes a temperaturas na faixa de -196 ° F (-127 ° C).

Mangalloy é tratável termicamente , mas o manganês baixa a temperatura na qual a austenita se transforma em ferrita . Ao contrário do aço carbono , o mangalloy amolece em vez de endurecer quando resfriado rapidamente, restaurando a ductilidade de um estado de endurecimento por trabalho. A maioria das classes está pronta para uso após recozimento e, em seguida, têmpera de um calor amarelo, sem necessidade de revenimento , e geralmente tem uma dureza Brinell normal de cerca de 200 HB, (aproximadamente a mesma do aço inoxidável 304), mas, devido ao seu Propriedades únicas, a dureza de indentação tem muito pouco efeito na determinação da dureza ao risco (a abrasão e a resistência ao impacto do metal). Outra fonte diz que a dureza Brinell básica do aço manganês de acordo com a especificação Hadfield original é 220, mas com o desgaste por impacto a dureza da superfície aumentará para mais de 550.

Muitos dos usos do mangalloy são freqüentemente limitados por sua dificuldade de usinagem ; às vezes descrito como tendo "usinabilidade zero". O metal não pode ser amolecido por recozimento e endurece rapidamente com ferramentas de corte e retificação, geralmente exigindo ferramentas especiais para usinar. O material pode ser perfurado com extrema dificuldade usando diamante ou carboneto. Embora possa ser forjado a partir de um calor amarelo, ele pode esfarelar se martelado quando incandescente e é muito mais resistente do que o aço carbono quando aquecido. Ele pode ser cortado com uma tocha de oxi-acetileno , mas o corte a plasma ou a laser é o método preferido. Apesar de sua extrema dureza e resistência à tração, o material pode nem sempre ser rígido. Pode ser formado por laminação a frio ou dobra a frio.

História

Capacete Brodie da Primeira Guerra Mundial , feito de aço Hadfield

O Mangalloy foi criado por Robert Hadfield em 1882, tornando-se a primeira liga de aço a se tornar um sucesso comercial e a exibir um comportamento radicalmente diferente do aço carbono . Assim, geralmente é considerado o marco do nascimento dos aços-liga.

Benjamin Huntsman foi um dos primeiros a começar a adicionar outros metais ao aço. Seu processo de fabricação de cadinho de aço , inventado em 1740, foi a primeira vez que o aço foi capaz de ser totalmente derretido em um cadinho. Huntsman já usava vários fundentes para ajudar a remover impurezas do aço e logo começou a adicionar um ferro-gusa rico em manganês chamado Spiegeleisen , que reduzia muito a presença de impurezas em seu aço. Em 1816, um pesquisador alemão Carl JB Karsten observou que adicionar grandes quantidades de manganês ao ferro aumentaria sua dureza sem afetar sua maleabilidade e tenacidade, mas a mistura não era homogênea e os resultados do experimento não foram considerados confiáveis. "e ninguém entendeu que a verdadeira razão pela qual o ferro extraído em Noricum produzia um aço tão excelente estava no fato de que continha uma pequena quantidade de manganês não contaminado por fósforo, arsênio ou enxofre, e também a matéria-prima do aço manganês. " Em 1860, Sir Henry Bessemer , tentando aperfeiçoar seu processo Bessemer de fabricação de aço, descobriu que adicionar spiegeleisen ao aço depois de soprado ajudava a remover o excesso de enxofre e oxigênio . O enxofre se combina com o ferro para formar um sulfeto que tem um ponto de fusão mais baixo do que o aço, causando pontos fracos, que impedem a laminação a quente . O manganês é geralmente adicionado à maioria dos aços modernos em pequenas quantidades devido à sua poderosa capacidade de remover impurezas.

Hadfield estava em busca de um aço que pudesse ser usado para a fundição de rodas de bonde que exibisse dureza e tenacidade, uma vez que os aços carbono comuns não combinam essas propriedades. O aço pode ser endurecido por resfriamento rápido, mas perde sua tenacidade, tornando-se quebradiço. As fundições de aço geralmente não podem ser resfriadas rapidamente, pois formas irregulares podem deformar ou rachar. O Mangalloy mostrou-se extremamente adequado para a fundição, pois não formava bolsões de gás denominados "orifícios de sopro" e não apresentava a fragilidade extrema de outras fundições.

Hadfield estava estudando os resultados de outros que experimentaram misturar vários elementos com aço, como Benjamin Huntsman e AH Allen. Na época, a manufatura de aço era mais uma arte do que uma ciência, produzida por artesãos habilidosos que freqüentemente eram muito reservados. Assim, não existiam dados metalúrgicos sobre o aço antes de 1860, então as informações sobre as várias ligas eram esporádicas e frequentemente não confiáveis. Hadfield se interessou pela adição de manganês e silício. A empresa Terre Noire criou uma liga chamada "ferromanganês", contendo até 80% de manganês. Hadfield começou misturando ferromanganês com cadinho de aço e silício, produzindo uma liga de 7,45% de manganês, mas o material era insatisfatório para seus propósitos. Na tentativa seguinte, ele deixou de lado o silício e acrescentou mais ferromanganês à mistura, chegando a uma liga com 1,35% de carbono e 13,76% de manganês. Ao criar o mangalloy, Hadfield testou o material, pensando que os resultados deviam estar errados. Parecia opaco e macio, com um brilho submetálico semelhante em aparência ao chumbo , mas arrancava os dentes de sua lima. Ele não seguraria uma aresta como ferramenta de corte, mas não poderia ser cortado com serras nem usinado em um torno . Não era magnético, apesar de conter mais de 80% de ferro, e tinha uma resistência elétrica muito alta . As tentativas de esmerilhar simplesmente esmaltam e polem a superfície. Mais impressionante, quando aquecido e temperado , ele se comportava quase oposto ao aço carbono puro. Depois de realizar várias centenas de testes, ele percebeu que eles deveriam ser precisos, embora a razão para a combinação de dureza e tenacidade desafiasse qualquer explicação na época. Hadfield escreveu: "Existe algum caso semelhante a este entre outras ligas de ferro, se o termo liga pode ser usado? Nenhum tratado metalúrgico se refere a eles ... Possivelmente, quando a natureza das leis que regem as ligas for melhor compreendida, isso será encontrado para ser apenas um dos outros casos ... ".

A invenção de Hadfield foi a primeira liga de aço a demonstrar diferenças consideráveis ​​nas propriedades em comparação com o aço carbono. Na era moderna, sabe-se que o manganês inibe a transformação da fase de austenita maleável em martensita dura e quebradiça que ocorre para os aços normais quando são temperados no procedimento de endurecimento. A austenita dos aços Hadfield é termodinamicamente instável e se transformará em martensita quando sujeita a impacto mecânico, formando assim a camada superficial dura.

Hadfield patenteou seu aço em 1883, mas passou os cinco anos seguintes aperfeiçoando a mistura, então não o apresentou ao público até 1887. Ele finalmente decidiu por uma liga contendo 12 a 14% de manganês e 1,0% de carbono, que era dúctil o suficiente para ser recuado, mas tão duro que não poderia ser cortado. Tornou-se a primeira liga de aço a se tornar comercialmente viável. Hadfield originalmente comercializou seu aço para uso em ferrovias e bondes, mas rapidamente começou a produzi-lo para tudo, desde placas de serra a cofres.

Usar

Mangalloy tem sido usado na indústria de mineração , misturadores de cimento , trituradores de rocha , interruptores e cruzamentos ferroviários, esteiras de esteira para tratores e outros ambientes de alto impacto e abrasivos. Também é usado em ambientes de alto impacto, como dentro de uma máquina de shot peening. Essas ligas estão encontrando novos usos como aços criogênicos , devido à sua alta resistência a temperaturas muito baixas.

Veja também

  • Ferromanganês , uma ferroliga com teor de manganês muito maior (geralmente em torno de 80%), não é um aço, mas um ingrediente usado na fabricação de aços

Referências