فولاد منگنز

فولاد منگنز که با نام های منگالوی (Mangalloy) و فولاد هادفیلد (Hadfield steel) نیز شناخته می شود، آلیاژی از عنصر منگنز (Mn) و فولاد کربنی است.

این آلیاژ از خواص ضربه پذیری و مقاومت به سایش بالا برخوردار است. در این مقاله، با تاریخچه، خواص، کاربردها و جایگزین های فولاد منگنز آشنا خواهید شد.

تاریخچه فولاد منگنز

رابرت هادفیلد، متالورژیست بریتانیایی، چیزی را که امروزه به عنوان فولاد منگنزی شناخته می شود را در سال 1882 توسعه داد. کار هادفیلد نشان داد که در فولادهای منگنزی زمانی که سطوح منگنز بالای 10 درصد بود و از طریق کوئنچ کردن بر روی آنها عملیات حرارتی انجام می شد، چقرمگی بالایی به دست می آوردند. امروزه این آلیاژ معمولاً بین 12 تا 14 درصد منگنز را دارا است.

خواص فولاد منگنز

در طول عملیات برش و سنگ زنی، فولاد هادفیلد به سرعت سخت می شود و به همین دلیل نیاز به ابزار ویژه ای برای ماشینکاری دارد. ایجاد حفره در آن به سختی بالا نیازمند است و برای انجام چنین عملیاتی از سرمته های الماسی یا کاربیدی استفاده کرد. امکان برش دادن فولاد هادفیلد با مشعل اکسی استیلن (Oxy-acetylene Torch) وجود دارد، اما برش بوسیله پلاسما یا لیزر، در صورتی که در دسترس باشند، ترجیح داده می شوند. جوشکاری بر روی فولاد منگنز امکان پذیر است اما باید حرارت اعمال شده بر روی آن کم و سرد سازی آن دقیق باشد.

جایگزین های فولاد منگنز

نیاز های عملیاتی مانند ماشینکاری و برشکاری به خواص استحکام و چقرمگی، گاهی اوقات ممکن است بیشتر از خواصی که فولاد منگنز دارد، باشد. بنابراین باید جایگزین هایی نیز برای فولاد منگنز در نظر گرفته شود.

مقایسه فولاد منگنز و مقابل فولاد کربن

فولاد منگنز پیچیده تر و شکننده تر از فولاد کربنی است. منگنز در به میزان قابل توجهی در ذخایر معدنی یافت می شود. معروف ترین سنگ معدن منگنز، ترکیبات دی اکسید منگنز به شکل باریم منگنز اکسید آبدار و پیرولوزیت است.

از طرفی فولادهای کربنی معمولاً نسبتاً نرم و دارای استحکام پایینی هستند. البته آنها انعطاف پذیری بالایی دارند و برای ماشینکاری و جوشکاری مناسب بوده و هزینه کار با آنها نیز کم می باشد.

فولاد منگنز در واقع بالاترین سختی و چقرمگی فولادهای کربنی و کمترین شکل پذیری آنها را دارد. فولادهای پر کربن بسیار مقاوم در برابر سایش هستند زیرا تقریباً همیشه سخت کاری و تمپر می شوند.

مقایسه تاثیر کربن و منگنز در فولاد

منگنز به اکسیژن زدایی کمک کرده، از تشکیل سولفید آهن و دیگر ترکیبات آن جلوگیری می کند و با افزایش چقرمگی، استحکام آلیاژ را به میزان بیشتری، افزایش می دهد.

از سوی دیگر، با اضافه کردن کربن به آلیاژ، شکنندگی، نقطه تسلیم، استحکام کششی و زنگ زدگی همگی تحت تأثیر افزایش غلظت کربن قرار می گیرند. افزایش کربن همچنین جوش پذیری آلیاژ را کاهش می دهد.

فولادهای منگنزی معمولاً حاوی حداقل 0.30 درصد منگنز هستند؛ در حالی که فولاد های کربنی از نوع کم کربن کمتر از 0.30 درصد کربن، فولاد کربن متوسط بین 0.30 تا 0.60 درصد کربن و فولاد پر کربن حاوی بیش از 0.60 درصد کربن است.

مقایسه فولاد منگنز و فولاد زنگ نزن

 استنلس استیل به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و چقرمگی بالاتر نسبت به فولاد منگنزی، ماده ای مطلوب است. با این حال، استنلس استیل، استحکام و مقاومت کافی را ارائه نمی دهد.

با اینکه فولاد زنگ نزن آلیاژی است که ماشین کاری، شکل دهی و برش آن سخت است، قابلیت ماشینکاری بسیار پایین در فولاد منگنز کار با آن را به میزان قابل توجهی سخت تر می کند. همانطور که گفتیم سوراخ کردن فولاد منگنز به یک مته با نوک الماسی یا کاربیدی نیازمند بوده و به علاوه نوک مته مناسب، به مقدار زیادی گشتاور برای نفوذ به فلز نیاز می باشد.

فولادهای ضد زنگ و فولادهای مقاوم در برابر حرارت، آلیاژهای آهنی با حداقل 12 درصد کروم هستند.هنگامی که در معرض هوای محیط قرار گیرند، فولاد ضد زنگ که حاوی 12 درصد کروم است، در برابر خوردگی و زنگ زدگی مقاومت می کند. غلظت کروم می تواند تا 27 درصد افزایش یابد تا سطح بهتری از مقاومت در برابر خوردگی را برای مصارف سخت تر ایجاد کند.

عناصر دیگری مانند نیکل، مولیبدن، تیتانیوم، نیوبیم، منگنز و غیره را می توان به استنلس استیل اضافه کرد تا مقاومت در برابر خوردگی و کیفیت مکانیکی آن را بهبود بخشد.