فولاد منگنز

Mangalloy در سال 1882 توسط رابرت هادفیلد ایجاد شد و به اولین فولاد آلیاژی تبدیل شد که به موفقیت تجاری رسید و رفتاری متفاوت با فولاد کربنی داشت . بنابراین ، به طور کلی نشانه ی تولد فولادهای آلیاژی در نظر گرفته می شود.

بنیامین هانتسمان اولین کسی بود که فلزات دیگر را به فولاد اضافه کرد. فرایند ساخت فولاد بوته ای او ، ابداع شده در سال 1740 ، اولین باری بود که فولاد توانست به طور کامل در یک ظرف ذوب شود. هانتسمن پیش از این برای کمک به از بین بردن ناخالصی ها از فولاد از شارهای مختلفی استفاده کرده بود و خیلی زود شروع به اضافه کردن آهن چدن غنی از منگنز به نام Spiegeleisen کرد که باعث کاهش چشمگیر ناخالصی های موجود در فولاد می شد. در سال 1816 ، یک محقق آلمانی کارل جی بی کارسن خاطرنشان کرد که افزودن مقادیر نسبتاً زیادی منگنز به آهن باعث افزایش سختی آن بدون تأثیر در چکش خواری و چقرمگی آن می شود. اما مخلوط یکدست نبود و نتایج آزمایش قابل اطمینان نبود. "و هیچ کس نفهمید که دلیل واقعی اینکه چرا چدن معدنی در نوریکوم باعث تولید چنین فولاد فوق العاده می شود در شرایطی که که حاوی مقدار کمی منگنز است که توسط فسفر ، آرسنیک یا گوگرد آلوده نشده است. فولاد منگنز " در سال 1860 ، سر Henry Henry Bessemer ، در تلاش برای تکمیل فرایند Bessemer در ساخت فولاد ، متوجه شد که اضافه کردن spiegeleisen به فولاد پس از دمیدن ، به از بین بردن گوگرد و اکسیژن اضافی کمک می کند. گوگرد با آهن ترکیب می شود تا یک سولفید که نقطه ذوب پایین تری نسبت به فولاد دارد ، تشکیل شود که لکه های ضعیفی ایجاد می کند که از نورد گرم جلوگیری می کند. منگنز معمولاً به دلیل توانایی زیاد در حذف ناخالصی ها ، به مقدار کمی به فولادهای مدرن اضافه می شود.

هادفیلد در جستجوی فولادی بود که می تواند برای ریخته گری چرخ های تراموا مورد استفاده قرار گیرد که هم سختی و هم چقرمگی آن را نشان دهد ، زیرا فولادهای کربن معمولی این خصوصیات را را با هم ندارند. فولاد را می توان با خنک کردن سریع سخت کرد ، اما چقرمگی خود را از دست می دهد و شکننده می شود. ریخته گری های فولادی معمولاً نمی‌توانند به سرعت خنک شوند ، زیرا اشکال نامنظم می تواند خم شود یا شکاف ایجاد کند. Mangalloy ثابت کرد که برای ریخته گری بسیار مناسب است ، زیرا انباشت های موضعی گاز به نام "مکیدن هوا" را تشکیل نمی‌دهد ، و شکنندگی شدید سایر ریخته گری ها را نشان نمی‌دهد.

هادفیلد در حال مطالعه نتایج دیگرانی بود که در مورد ترکیب عناصر مختلف با فولاد ، مانند بنیامین هانتسمن و آه آلن ، آزمایش کرده بودند. در آن زمان ساخت فولاد یک هنر بود نه یک علم ، تولید شده توسط صنعتگران ماهر که غالباً بسیار پنهانی بودند. بنابراین ، هیچ داده فلزی در مورد فولاد قبل از سال 1860 وجود نداشت ، بنابراین اطلاعات مربوط به آلیاژهای مختلف پراکنده و غالباً غیرقابل اعتماد بود. هادفیلد به افزودن منگنز و سیلیکون علاقه‌مند شد. شرکت Ter Noire آلیاژ به نام "آهن منگنز" ایجاد کرده بود که حاوی حداکثر 80٪ منگنز بود. هادفیلد با مخلوط کردن آهن منگنز با فولاد بوته ای و سیلیکون شروع به تولید آلیاژ 7.45٪ منگنز کرد ، اما این ماده برای اهداف وی رضایت بخش نبود. در تلاش بعدی خود ، سیلیکون را کنار گذاشت و فروم منگنز بیشتری را به مخلوط اضافه کرد و به آلیاژ با 1.35٪ کربن و 13.76٪ منگنز دست یافت. هادفیلد پس از ایجاد Mangalloy ،مواد را آزمایش کرد ، فکر کرد که نتایج باید اشتباه بوده باشد. از نظر ظاهری نرم به نظر می رسید ، شبیه به سرب است ، اما در عین حال دندان های پرونده او را بریده است. نمی توانست بر اثر برخورد با لبه ای بریده شده باشد، در عین حال نمی توانست با اره و یا ماشین تراش بریده شده باشد . با وجود داشتن بیش از 80٪ آهن ، غیر مغناطیسی بود و مقاومت الکتریکی بسیار بالایی داشت. تلاش برای خرد کردن آن به راحتی سطح را صیقل داد. قابل توجه ترین بخش این بود که هنگام گرم شدن و خاموش شدن ، تقریباً بر خلاف فولاد کربنی ساده عمل می کرد. وی پس از انجام چند صد آزمایش ، فهمید که آنها باید دقیق باشند ، اگرچه دلیل ترکیب سختی و چقرمگی هیچ گونه توجیهی در آن زمان نداشت . هادفیلد نوشت: "آیا ممکن است در مورد سایر آلیاژهای آهن ، موارد مشابهی وجود داشته باشد؟ هیچ رساله متالورژیکی به آنها اشاره نمی‌کند. . . احتمالاً وقتی ماهیت قوانین حاکم بر آلیاژها بهتر درک شود ، این از موارد دیگر به دست می آید. . "" .

اختراع هادفیلد اولین آلیاژ فولاد بود که تفاوتهای قابل توجهی در خصوصیات نسبت به فولاد کربنی نشان داد. در عصر مدرن ، شناخته شده است که منگنز از تبدیل فاز آستنیت چکش خوار به مارتنزیت شکننده جلوگیری می کند که در فرایند کارسختی در هنگام خاموش شدن برای فولاد های معمولی اتفاق می افتد. آستنیت فولادهای Hadfield از نظر ترمودینامیکی ناپایدار بوده و در صورت برخورد مکانیکی به مارتنزیت تبدیل می شود و بنابراین لایه سطح سخت را تشکیل می دهد.

هادفیلد در سال 1883 فولاد خود را به ثبت رساند ، اما پنج سال دیگر به کامل کردن مخلوط گذراند ، بنابراین تا سال 1887 آن را به معرض دید عموم نگذاشت. سرانجام او روی آلیاژ 12 تا 14٪ منگنز و 1.0٪ کربن مستقر کرد که انعطاف پذیری آن به اندازه کافی بود دندانه دار شود اما به سختی قابل قطع نیست. این اولین فلز آلیاژی شد که از نظر تجاری سودآور شد. هادفیلد در ابتدا فولاد خود را برای استفاده در راه آهن و تراموا به بازار عرضه کرد ، اما به سرعت شروع به تولید آن برای همه چیز از صفحات اره ای تا گاوصندوق کرد.

• فرومنگان ، فرمی با آلیاژ منگنز بسیار بالاتر (معمولاً حدود 80٪) ، فولادی نیست بلکه ماده ای است که در ساخت فولادها مورد استفاده قرار می گیرد.