Mangan
Mangan to jeden z najważniejszych pierwiastków stopowych stosowanych w metalurgii stali. W żelazie α jego rozpuszczalność sięga do 5%, natomiast w żelazie γ – jest praktycznie nieograniczona. Jest tani, łatwo dostępny i bez problemu wprowadzany do ciekłego metalu. W stalach stopowych często zastępuje drogi nikiel, a jako dodatek technologiczny działa odtleniająco i siarkofiksacyjnie – wiąże siarkę w formie siarczku manganu, który przechodzi do żużla. Szczególnie wysoką zawartość manganu – do 12% – posiada stal manganowa, znana jako stal Hadfielda, czyli gatunek 1.3401 – X120Mn12.
Dzięki zjawisku samoutwardzania w trakcie eksploatacji, stal ta wykazuje znakomitą odporność na ścieranie i udary, co czyni ją niezastąpioną m.in. w przemyśle wydobywczym, kolejowym i cementowym.
Mangan jako dodatek stopowy
Dodatek stopowy manganu w znacznym stopniu poprawia jakość stali ,czyni ją bardziej ścisłą, zwiększa twardość, wytrzymałość na rozciąganie, zwiększa granicę plastyczności. Mn jest pierwiastkiem który najintensywniej zwiększa hartowność stali. W stalach narzędziowych w ilości około 2% zmniejsza ich podatność na odkształcanie przy hartowaniu a w stalach niskowęglowych przy 2% zawartości zwiększa się ich plastyczność. W stalach średnio węglowych zwiększenie ilości tego składnika do 4-6% powoduje pogorszenie się plastyczności i kruchość.
Stale o niewielkiej zawartości manganu ( chłodzone na powietrzu ) mają strukturę ferrytyczno – perlityczną, lub perlityczną – przy czym uzależnione jest to od zawartości węgla w stopie. Stale o średniej zawartości tego pierwiastka, mają strukturę martenzytyczną, natomiast z dużą zawartością Mn – strukturę austenityczną.
Najpopularniejsze są stopy stali manganowej zawierające do 3% Mn, oraz stale austenityczne o zawartości manganu 10-18%. Stal zawierająca 12-14% manganu jest bardzo odporna na ścieranie – stal Hadfielda ( X120Mn12, X120Mn13,1.3401, PN 110G12, PN 11G12, AFNOR Z120Mn12 etc.)
Mangan – liczba atomowa 25, masa atomowa 54.93, temperatura topnienia 1260°C, wrzenia 2150°C, gęstość 7,200 g/cm3 ( Encyklopedia Techniki, Wydawnictwo „Śląsk”)
Odkrycie manganu
Istnienie nowego pierwiastka zaczęli sygnalizować Johann Heinrich Pott (1692-1777) – niemiecki chemik, oraz odkrywca wolframu – chemik i aptekarz szwedzkiego pochodzenia, Wilhelm Scheele ( 1742 -1786), jednak Mangan po raz pierwszy został otrzymany przez innego Szwedzkiego chemika Johana Gottlieba Gahna (1745 – 1818) w roku 1774.
Dwutlenek manganu w starożytności uznawany był, jako jeden z wielu tlenków żelaza, a stosowany był między innymi do barwienia szkła na odcienie fioletu. Mangan jest naturalnie występującym składnikiem stali i żeliwa, zawsze występuje w ilości 0,1 – 0,8 % – w tej ilości nie jest uważany, jako dodatek stopowy.
W 1860 roku Sir Henry Bessemer (1813-1898), chcąc jeszcze bardziej udoskonalić proces, nad którym pracował ( proces Bessemera), zwrócił uwagę, iż dodatek stopowy manganu oraz węgla do stali, usuwa z niej nadmierne ilości szkodliwej siarki i niepotrzebnego tlenu.
Natomiast zastosowanie techniczne dla manganu odkrył brytyjski inżynier metalurg, Robert Hadfield (1858-1940). W roku 1882 rozpoczął próby nad stalą wysokomanganową, by w roku 1888 wprowadzić do produkcji pierwszą na świecie stal stopową, zawierającą ponad 1 % węgla i około 12% manganu.
Stal wysokomanganowa odporna na ścieranie
popularnie nazywana do dzisiaj stalą Hadfielda (np DIN 1.3401, X120Mn12, PN 110G12 ), odznacza się bardzo ciekawymi właściwościami. Odporność na ścieranie wykazuje tylko wtedy, kiedy trące części znajdują się w tym samym czasie pod dużym naciskiem np. ( gąsienice czołgu i beton). Kiedy nie ma nacisku, manganowa stal Hadfielda nie wykazuje większej odporności na ścieranie niż inne przeciętne gatunki stali.
Inną ciekawą własnością tego rodzaju metalu, jest utwardzanie się pod wpływem nacisku noży tokarskich, frezów itd. Przez tą właściwość jest bardzo trudno obrabialna i do niedawna większość podzespołów i części wytwarzanych z tego rodzaju stali było wyłącznie produkowane, jako staliwo ( np: L120G13, L120G13H, GX120Mn12, GX120MN13, 1.3403) i odlewane.
Trudnościeralna Stal Hadfielda (X120Mn12, 1.3401, 11G12, 10G12, A 128, Z120Mn12, ), produkowana jest jako walcowane pręty płaskie ( płaskowniki ), pręty walcowane okrągłe, kwadraty, pręty kute, odkuwki, blachy.
Żelazo Węgiel Chrom Nikiel Wanad Mangan Krzem Molibden Wolfram Miedź Tytan Glin Kobalt Niob Fosfor Siarka Tlen Azot