Mangalloy - Mangalloy

Etiqueta en el cuadro de una bicicleta que indica mangalloy

Mangalloy , también llamado acero al manganeso o acero Hadfield , es un acero de aleación que contiene un promedio de alrededor del 13% de manganeso . Mangalloy es conocido por su alta resistencia al impacto y resistencia a la abrasión una vez en su estado endurecido por trabajo.

Propiedades materiales

Mangalloy se fabrica mediante aleación de acero, que contiene 0,8 a 1,25% de carbono, con 11 a 15% de manganeso . Mangalloy es un acero no magnético único con propiedades antidesgaste extremas. El material es muy resistente a la abrasión y logrará hasta tres veces su dureza superficial en condiciones de impacto , sin ningún aumento de la fragilidad que suele asociarse con la dureza. Esto permite que mangalloy conserve su dureza .

La mayoría de los aceros contienen de 0,15 a 0,8% de manganeso. Las aleaciones de alta resistencia a menudo contienen de 1 a 1,8% de manganeso. Con un contenido de manganeso de aproximadamente un 1,5%, el acero se vuelve quebradizo y este rasgo aumenta hasta que se alcanza un contenido de manganeso del 4 al 5%. En este punto, el acero se pulverizará con el golpe de un martillo. Un aumento adicional del contenido de manganeso aumentará tanto la dureza como la ductilidad . Con un contenido de manganeso de alrededor del 10%, el acero permanecerá en su forma austenita a temperatura ambiente si se enfría correctamente. Tanto la dureza como la ductilidad alcanzan sus puntos más altos alrededor del 12%, dependiendo de otros agentes de aleación. El principal de estos agentes de aleación es el carbono, porque la adición de manganeso al acero con bajo contenido de carbono tiene poco efecto, pero aumenta drásticamente al aumentar el contenido de carbono. El acero Hadfield original contenía aproximadamente un 1,0% de carbono. Otros agentes de aleación pueden incluir metales como níquel y cromo ; añadido con mayor frecuencia a los aceros austeníticos como estabilizador de austenita; molibdeno y vanadio ; utilizado en aceros no austeníticos como estabilizador de ferrita ; o incluso elementos no metálicos como el silicio .

Mangalloy tiene un límite elástico aceptable pero una resistencia a la tracción muy alta , generalmente entre 350 y 900 megapascales (MPa), que aumenta rápidamente a medida que se endurece. A diferencia de otras formas de acero, cuando se estira hasta el punto de ruptura, el material no se "estrecha" (se vuelve más pequeño en el punto más débil) y luego se desgarra. En cambio, el metal se endurece y se endurece, aumentando la resistencia a la tracción a niveles muy altos, a veces tan altos como 2000 MPa. Esto hace que el material adyacente se estreche, se endurezca, y esto continúa hasta que toda la pieza es mucho más larga y delgada. El alargamiento típico puede oscilar entre el 18 y el 65%, dependiendo tanto de la composición exacta de la aleación como de los tratamientos térmicos previos. Las aleaciones con contenidos de manganeso que oscilan entre el 12 y el 30% son capaces de resistir los efectos frágiles del frío, a veces a temperaturas en el rango de -196 ° F (-127 ° C).

Mangalloy se puede tratar térmicamente , pero el manganeso reduce la temperatura a la que la austenita se transforma en ferrita . A diferencia del acero al carbono , el mangalloy se ablanda en lugar de endurecerse cuando se enfría rápidamente, restaurando la ductilidad de un estado endurecido por el trabajo. La mayoría de los grados están listos para su uso después del recocido y luego templados de un calor amarillo, sin necesidad de templado adicional , y generalmente tienen una dureza Brinell normal de alrededor de 200 HB (aproximadamente lo mismo que el acero inoxidable 304), pero debido a su propiedades únicas, la dureza de la indentación tiene muy poco efecto en la determinación de la dureza al rayado (la resistencia a la abrasión y al impacto del metal). Otra fuente dice que la dureza Brinell básica del acero al manganeso de acuerdo con la especificación original de Hadfield es 220, pero que con el desgaste por impacto la dureza de la superficie aumentará a más de 550.

Muchos de los usos de mangalloy a menudo están limitados por su dificultad en el mecanizado ; a veces se describe como de "maquinabilidad cero". El metal no se puede ablandar mediante el recocido y se endurece rápidamente con herramientas de corte y esmerilado, que generalmente requieren herramientas especiales para mecanizar. El material se puede perforar con extrema dificultad utilizando diamante o carburo. Aunque se puede forjar a partir de un calor amarillo, puede desmoronarse si se martilla cuando está al blanco y es mucho más resistente que el acero al carbono cuando se calienta. Puede cortarse con un soplete de oxiacetileno , pero el método preferido es el corte por plasma o láser . A pesar de su extrema dureza y resistencia a la tracción, es posible que el material no siempre sea rígido. Puede formarse mediante laminación en frío o plegado en frío.

Historia

Casco Brodie de la Primera Guerra Mundial , hecho de acero Hadfield

Mangalloy fue creado por Robert Hadfield en 1882, convirtiéndose en el primer acero de aleación en convertirse en un éxito comercial y en exhibir un comportamiento radicalmente diferente del acero al carbono . Por lo tanto, generalmente se considera que marca el nacimiento de los aceros aleados.

Benjamin Huntsman fue uno de los primeros en comenzar a agregar otros metales al acero. Su proceso de fabricación de acero al crisol , inventado en 1740, fue la primera vez que el acero pudo fundirse completamente en un crisol. Huntsman ya había estado usando varios fundentes para ayudar a eliminar las impurezas del acero, y pronto comenzó a agregar un arrabio rico en manganeso llamado Spiegeleisen , que redujo en gran medida la presencia de impurezas en su acero. En 1816, un investigador alemán Carl JB Karsten señaló que agregar cantidades bastante grandes de manganeso al hierro aumentaría su dureza sin afectar su maleabilidad y tenacidad, pero la mezcla no era homogénea y los resultados del experimento no se consideraron confiables. "y nadie entendió que la verdadera razón por la que el hierro extraído en Noricum producía un acero tan excelente residía en el hecho de que contenía una pequeña cantidad de manganeso no contaminado por fósforo, arsénico o azufre, al igual que la materia prima del acero al manganeso. " En 1860, Sir Henry Bessemer , tratando de perfeccionar su proceso Bessemer de fabricación de acero, descubrió que agregar spiegeleisen al acero después de soplado ayudaba a eliminar el exceso de azufre y oxígeno . El azufre se combina con el hierro para formar un sulfuro que tiene un punto de fusión más bajo que el acero, lo que provoca puntos débiles que impiden el laminado en caliente . El manganeso generalmente se agrega a la mayoría de los aceros modernos en pequeñas cantidades debido a su poderosa capacidad para eliminar impurezas.

Hadfield estaba buscando un acero que pudiera usarse para la fundición de ruedas de tranvía que exhibiera tanto dureza como tenacidad, ya que los aceros al carbono comunes no combinan esas propiedades. El acero puede endurecerse mediante un enfriamiento rápido, pero pierde su tenacidad y se vuelve quebradizo. Las piezas fundidas de acero generalmente no se pueden enfriar rápidamente, ya que las formas irregulares pueden deformarse o agrietarse. Mangalloy demostró ser extremadamente adecuado para la fundición, ya que no formaba bolsas de gas llamadas "respiraderos" y no mostraba la extrema fragilidad de otras fundiciones.

Hadfield había estado estudiando los resultados de otros que experimentaron mezclando varios elementos con acero, como Benjamin Huntsman y AH Allen. En ese momento, la fabricación de acero era un arte más que una ciencia, producida por hábiles artesanos que a menudo eran muy reservados. Por lo tanto, no existían datos metalúrgicos sobre el acero antes de 1860, por lo que la información sobre las diversas aleaciones era esporádica y, a menudo, poco confiable. Hadfield se interesó en la adición de manganeso y silicio. La Compañía Terre Noire había creado una aleación llamada "ferromanganeso", que contenía hasta un 80% de manganeso. Hadfield comenzó mezclando ferromanganeso con acero al crisol y silicio, produciendo una aleación de 7,45% de manganeso, pero el material no era satisfactorio para sus propósitos. En su siguiente intento, dejó fuera el silicio y añadió más ferromanganeso a la mezcla, logrando una aleación con 1,35% de carbono y 13,76% de manganeso. Al crear mangalloy, Hadfield probó el material, pensando que los resultados debían haber sido erróneos. Se veía opaco y suave, con un brillo submetálico similar en apariencia al plomo , pero cortó los dientes de su lima. No sostendría un borde como herramienta de corte, pero no se podría cortar con sierras ni mecanizar en un torno . No era magnético a pesar de contener más del 80% de hierro y tenía una resistencia eléctrica muy alta . Los intentos de molerlo simplemente glasearon y pulieron la superficie. Lo más sorprendente es que cuando se calienta y apaga , se comporta casi de manera opuesta al acero al carbono simple. Después de realizar varios cientos de pruebas, se dio cuenta de que debían ser precisas, aunque la razón de la combinación de dureza y tenacidad desafiaba cualquier explicación en ese momento. Hadfield escribió: "¿Existe algún caso similar a este entre otras aleaciones de hierro, si se puede usar el término aleación? Ningún tratado metalúrgico se refiere a ellas ... Posiblemente cuando se comprenda mejor la naturaleza de las leyes que rigen las aleaciones, esto será resultó ser sólo uno de los otros casos ... ".

La invención de Hadfield fue la primera aleación de acero que demostró diferencias considerables en sus propiedades en comparación con el acero al carbono. En la era moderna, se sabe que el manganeso inhibe la transformación de la fase de austenita maleable en martensita dura y quebradiza que tiene lugar para los aceros normales cuando se templan en el proceso de endurecimiento. La austenita de los aceros Hadfield es termodinámicamente inestable y se transformará en martensita cuando se someta a un impacto mecánico, formando así la capa de superficie dura.

Hadfield patentó su acero en 1883, pero pasó los siguientes cinco años perfeccionando la mezcla, por lo que no la presentó al público hasta 1887. Finalmente se decidió por una aleación que contenía de 12 a 14% de manganeso y 1,0% de carbono, que era lo suficientemente dúctil para ser sangrado pero tan duro que no se puede cortar. Se convirtió en el primer acero de aleación en ser comercialmente viable. Hadfield originalmente comercializaba su acero para su uso en ferrocarriles y tranvías, pero rápidamente comenzó a producirlo para todo, desde placas de sierra hasta cajas fuertes.

Usar

Mangalloy se ha utilizado en la industria minera , mezcladoras de cemento , trituradoras de rocas , interruptores y cruces ferroviarios, bandas de rodadura para tractores y otros entornos abrasivos y de alto impacto. También se utiliza en entornos de alto impacto como dentro de una máquina granalladora. Estas aleaciones están encontrando nuevos usos como aceros criogénicos , debido a su alta resistencia a muy bajas temperaturas.

Ver también

  • Ferromanganeso , una ferroaleación con un contenido de manganeso mucho más alto (generalmente alrededor del 80%), no es un acero sino un ingrediente utilizado en la fabricación de aceros.

Referencias