망갈로이

Mangalloy
망갈로이를 나타내는 자전거 프레임의 라벨

망간강 또는 해드필드강이라고도 불리는 망갈로이는 평균 13% 정도의 망간을 함유하고 있는 합금강이다. 맹갈로이는 작업강화 상태에서 한번의 내마모성과 충격강도가 높은 것으로 알려져 있다.

재료 특성

망갈로이는 탄소가 0.8~1.25% 함유된 강철을 11~15%의 망간으로 합금해 만든다.[1] 망갈로이는 착용 방지 특성이 극단적인 비자기강이다. 이 물질은 마멸에 대한 내성이 매우 강하며, 일반적으로 경도와 관련이 있는 침탈성의 증가 없이 충격 조건 동안 표면 경도의 최대 3배를 달성할 것이다.[2] 이것은 맹갈로이가 강인함을 유지할 수 있게 한다.

대부분의 강철은 망간을 0.15~0.8% 함유하고 있다. 고강도 합금은 망간을 1~1.8% 함유하는 경우가 많다.[3][4][5] 망간 함량이 약 1.5%일 때 강철은 깨지기 쉬워지며, 이 특성은 망간 함량이 약 4~5%에 이를 때까지 증가한다. 이때 쇠는 망치의 타격에 의해 분쇄된다. 망간 함량의 추가 증가는 경도와 연성을 모두 증가시킬 것이다. 약 10%의 망간 함량에서 강철은 올바르게 냉각될 경우 실온에서 오스테나이트 형태를 유지할 것이다.[6] 경도와 연성 모두 다른 합금제에 따라 약 12%의 최고점에 도달한다.[1] 이러한 합금제의 일차적인 것은 탄소인데, 저탄소 강철에 망간을 첨가하는 것은 거의 효과가 없지만 탄소 함량이 증가함에 따라 급격히 증가하기 때문이다. 원래의 해드필드 강철은 약 1.0%의 탄소를 함유하고 있었다. 다른 합금제에는 니켈과 크롬과 같은 금속, 오스테나이트 스태빌라이저로서 오스테나이트 강에 가장 많이 첨가된 것, 몰리브덴과 바나듐, 페라이트 스태빌라이저로서 비오스테나이트 강에 사용되는 것, 또는 실리콘과 같은 비금속 원소가 포함될 수 있다.[4]

망갈로이는 항복강도는 높지만 인장강도는 매우 높으며, 일반적으로 350~900메가파스칼(MPa) 사이에서는 단단해질수록 빠르게 상승한다. 다른 형태의 강철과 달리 파단점까지 늘어나면 소재가 '목걸이'되지 않고(가장 약한 지점에서 작아진다) 갈라진다. 대신 금속 목과 작업이 단단해져 인장 강도를 매우 높은 수준으로 높이며 때로는 2,000 MPa까지 높아진다. 이로 인해 인접한 재료가 목 아래로 내려와 굳어지고, 이는 전체 조각이 훨씬 더 길고 얇아질 때까지 계속된다. 일반적인 연장은 합금의 정확한 구성과 이전 열처리 양쪽에 따라 18 ~ 65%가 될 수 있다. 망간 함량이 12~30%에 이르는 합금은 추위의 부서지기 쉬운 효과, 때로는 -196 °F(-127 °C)의 온도에도 견딜 수 있다.[4][7]

망갈로이는 열처리가 가능하지만 망간은 오스테나이트가 페라이트처럼 변하는 온도를 낮춘다. 탄소강과 달리 맹갈로이는 급속 냉각 시 경화되기보다는 부드러워져 작업강화 상태에서 연성을 회복한다. 대부분의 등급은 더 이상 담금질을 하지 않고 황열에서 취하한 후 사용할 준비가 되어 있으며, 보통 브리넬 경도는 200HB 정도(보통 304 스테인리스강과 거의 동일함)이지만, 독특한 성질 때문에 침하 경도는 스크래치 경도를 결정하는 데 거의 영향을 미치지 않는다(A).금속의 내마모성 및 충격 저항성).[8] 또 다른 소식통은 당초 해드필드 규격에 따른 망간강의 기본 브리넬 경도는 220이지만 충격 마모 시 표면 경도는 550 이상으로 높아질 것이라고 말했다.[9]

맹갈로이의 많은 용도는 가공의 어려움으로 인해 종종 제한된다; 때로는 "가공성 제로"로 묘사되기도 한다.[7] 금속은 어닐링으로 부드러워질 수 없으며 절단 및 분쇄 도구에서 빠르게 경화되며, 일반적으로 기계에 특수 공구가 필요하다. 이 재료는 다이아몬드나 카바이드로 매우 어렵게 드릴로 천공할 수 있다. 황열로 단조가 가능하지만, 백열 때 망치로 두들기면 부서질 수 있고, 가열할 때 탄소강보다 훨씬 단단하다.[10] 옥시 아세틸렌 토치로 절단할 수 있지만 플라즈마나 레이저 커팅이 선호된다.[11] 극도의 경도와 인장 강도에도 불구하고 이 재료가 항상 견고한 것은 아닐 수 있다.[10] 그것은 차가운 굴림이나 차가운 굽힘에 의해 형성될 수 있다.[11]

역사

제1차 세계 대전 브로디 헬멧, 해드필드 강철로 만들어졌다.

만갈로이는 1882년 로버트 해드필드에 의해 만들어졌으며, 상업적인 성공을 거둔 최초의 합금강과 탄소강과는 근본적으로 다른 행동을 보이기 위해 만들어졌다. 따라서 일반적으로 합금강의 탄생을 표시하는 것으로 간주된다.[12]

벤자민 헌츠먼은 강철에 다른 금속을 첨가하기 시작한 첫 번째 사람 중 한 명이었다. 1740년에 발명된 그의 도가니 강철 제조 과정은 처음으로 도가니에 강철을 완전히 녹일 수 있었다. 헌츠먼은 이미 철강에서 불순물을 제거하는 데 도움을 주기 위해 다양한 플럭스를 사용해 왔으며, 곧 슈피겔라이센이라는 망간이 풍부한 돼지 철을 첨가하기 시작했는데, 이 때문에 강철에 불순물이 있는 것이 크게 줄어들었다.[12] 1816년 독일 연구자 칼 J. B. 카스텐은 철에 상당히 많은 양의 망간을 첨가하면 그 유연성과 강인성에 영향을 주지 않고 경도를 증가시킬 수 있지만, 혼합물이 [14]동질적이지 않고 실험 결과가 신뢰할 수 있는 것으로 간주되지 않는다고 지적했다.[15] "그리고 노리쿰에서 채굴된 철이 이처럼 뛰어난 강철을 생산한 진짜 이유는 인, 비소, 황 등에 의해 오염되지 않은 소량의 망간을 함유하고 있다는 사실 때문이며, 망간강의 원료도 마찬가지라는 사실을 아무도 이해하지 못했다."[16] 1860년, 헨리 베세머 경은 그의 베세머의 강철 제조 공정을 완성하려고 노력하면서, 그것이 불린 후에 스피겔라이센을 첨가하는 것이 과잉 유황과 산소를 제거하는데 도움이 된다는 것을 발견했다.[3] 유황은 철과 결합해 강철보다 녹는점이 낮은 황화물을 형성해 점점이 약해져 열 구르는 것을 막는다. 망간은 불순물을 제거하는 강력한 능력 때문에 대부분의 현대 강철에 소량으로 첨가된다.[17]

해드필드는 일반 탄소강들이 그러한 성질을 결합하지 않기 때문에 경도와 견고성을 모두 나타내는 전차 바퀴의 주조에 사용될 수 있는 강철을 찾고 있었다. 강철은 급속 냉각에 의해 굳어질 수 있지만, 강인함을 잃어 부서지기 쉽다. 강철 주조물은 보통 빠르게 냉각될 수 없다. 불규칙한 모양은 뒤틀리거나 갈라질 수 있기 때문이다. 만갈로이는 '블로우홀'이라는 가스주머니를 형성하지 않았고, 다른 캐스팅의 극도의 몰입도를 보여주지 않아 캐스팅에 극히 적합한 것으로 입증됐다.[18][12]

해드필드는 벤자민 헌츠먼, A.H.알렌과 같은 다양한 요소들을 강철과 섞어서 실험한 다른 사람들의 결과를 연구해 오고 있었다. 당시 강철의 제조는 과학이라기 보다는 예술이었으며, 종종 매우 비밀스러운 숙련된 기술자들에 의해 생산되었다. 따라서 1860년 이전에는 철강에 관한 야금학 자료가 존재하지 않았기 때문에, 다양한 합금에 대한 정보는 산발적이고 종종 신뢰할 수 없는 것이었다. 해드필드는 망간과 실리콘의 첨가물에 관심을 갖게 되었다. 테레 누아르 회사는 최대 80%의 망간을 함유한 "페로망간"이라는 합금을 만들었다. 해드필드는 페로망간을 도가니강과 실리콘에 섞어 7.45%의 망간 합금을 생산하는 것으로 시작했지만, 그 재료는 그의 목적에 맞지 않았다. 그는 다음 시도에서 실리콘을 빼고 혼합물에 페로망간을 더 넣어 탄소 1.35%와 망간 13.76%의 합금을 달성했다. 망갈로이를 만들자마자, 해드필드는 결과가 잘못되었을 것이라고 생각하면서 그 물질을 시험했다. 그것은 무미건조하고 부드러워 보였는데, 납과 비슷한 외모를 가진 수중 광택이 있었지만, 그의 파일에서 이를 벗겨냈다. 절삭 도구로서 가장자리를 잡지는 못했지만 톱으로 자르거나 선반 위에 가공할 수는 없었다. 80%가 넘는 철을 함유했음에도 불구하고 비자기적이었으며 전기저항도 매우 높았다. 그것을 갈려는 시도는 단순히 표면에 유약을 칠하고 광을 냈다. 가장 인상적인 것은, 열을 가하거나 눅눅해졌을 때, 그것은 일반 탄소강과 거의 정반대의 행동을 했다.[12] 수백 번의 시험을 치른 후, 그는 비록 경도와 강인함의 조합의 이유는 그 당시 어떤 설명도 거역하지 않았지만, 그것들이 정확해야 한다는 것을 깨달았다. 해드필드는 "합금이라는 용어가 사용될 수 있다면 다른 철 합금 중에서 이와 유사한 사례가 있는가? 어떤 야금 치료법도 그들을 언급하지는 않는다... 아마도 합금을 지배하는 법의 본질이 더 잘 이해될 때, 이것은 다른 사례들 중 하나일 것이다..".[19]

해드필드의 발명은 탄소강과 비교하여 상당한 성질의 차이를 보인 최초의 강철 합금이었다.[12] 현대에 망간은 경화과정에서 담금질할 때 보통강에서 일어나는 단단하고 부서지기 쉬운 마텐사이트로의 변형을 억제하는 것으로 알려져 있다. 해드필드강의 오스테나이트는 열역학적으로 불안정하며 기계적 충격을 받으면 마텐사이트로 변하여 단단한 표면층을 형성한다.

해드필드는 1883년에 그의 강철을 특허로 냈지만, 그 다음 5년을 혼합물을 완성하는 데 보냈기 때문에 1887년까지 대중에게 그것을 발표하지 않았다. 그는 마침내 12-14%의 망간과 1.0%의 탄소를 함유한 합금으로 정착했는데, 이것은 움푹 들어갈 정도로 연성이었지만 너무 단단해서 잘라낼 수 없었다. 그것은 상업적으로 실용화된 최초의 합금 철강이 되었다. 해드필드는 원래 철도와 전차에 사용하기 위해 그의 강철을 판매했지만, 톱판부터 금고에 이르기까지 모든 것을 위해 재빨리 그것을 생산하기 시작했다.[12]

사용하다

망갈로이는 광업, 시멘트 믹서, 암석 파쇄기, 철도 스위치와 건널목, 트랙터용 크롤러 디딤판, 기타 높은 충격과 연마성 환경에서 사용되어 왔다. 그것은 또한 샷 페닝 머신 내부와 같은 높은 충격 환경에서도 사용된다. 이 합금은 매우 낮은 온도에서 높은 강도로 인해 극저온 강철로서 새로운 용도를 찾고 있다.

참고 항목

  • 페로망간, 망간 함량이 훨씬 높은 페로망간(보통 80% 정도)으로, 강철을 만드는 데 쓰이는 재료가 아니라 강철을 만드는 데 쓰이는 재료다.

참조

  1. ^ a b Oberg, Erik; Jones, F. D., eds. (1970). Machinery's Handbook (18th ed.). Industrial Press Inc. p. 1917.
  2. ^ "AR400 BAR PRODUCTS". allmetalssupply. Archived from the original on 2010-08-28. Retrieved 2009-05-05.
  3. ^ a b "Manganese and Steelmaking". manganese.org. Archived from the original on 2019-05-28. Retrieved 2015-05-05.
  4. ^ a b c Schwartz, Mel, ed. (2002). Encyclopedia of Materials, Parts and Finishes (2nd ed.). CRC Press. p. 392. ISBN 9781420017168.
  5. ^ Campbell, Flake C., ed. (2008). Elements of Metallurgy and Engineering Alloys. ASM International. p. 376. ISBN 9781615030583.
  6. ^ 망간이 강철에 미치는 야금적 영향. 아크메알로이
  7. ^ a b Šalak, Andrej; Selecká, Marcela, eds. (2012). Manganese in Powder Metallurgy Steels. Cambridge International Science Publishing. p. 274. ISBN 9781907343759.
  8. ^ "Austenitic Manganese Steels". keytometals. Archived from the original on 2009-03-27. Retrieved 2009-05-05.
  9. ^ 티투스 망간강(망가날) 티투스틸
  10. ^ a b Kent, William, ed. (1904). The mechanical engineer's pocket-book. John Wiley and Sons. p. 407.
  11. ^ a b "Ford Steel Co: AR steel, heat-treated, abrasion resistant, impact resistant steel".
  12. ^ a b c d e f Tweedale, Geoffrey, ed. (1987). Sheffield Steel and America: A Century of Commercial and Technological Independence. Cambridge University Press. pp. 57–62.
  13. ^ Beck, Ludwig (1884). Die Geschichte des Eisens in Technischer und kulturgeschichtlicher Beziehung. Braunschweig: F. Vieweg und sohn. pp. 31–33.
  14. ^ "History of Manganese". International Manganese Institute. 2005. Archived from the original on 2011-04-25. Retrieved 2009-05-05.
  15. ^ Hadfield, Robert Abbott; Forrest, James (1888). Manganese-steel. Institution. p. 5.
  16. ^ 콜린 맥컬러(1990), "강철" (1990), "영광" (Glossary), "The First Man in Roma", 1991년 재인쇄, 뉴욕: Avon, 페이지 1030.
  17. ^ Campbell, Flake C., ed. (2008). Elements of Metallurgy and Engineering Alloys. ASM International. p. 376. ISBN 9781615030583.
  18. ^ Hadfield & Forrest (1888), 페이지 1-12
  19. ^ Hadfield & Forrest (1888), 페이지 5-12