Que sont les pièces moulées en acier à haute teneur en manganèse ?
Les pièces moulées en acier à haute teneur en manganèse, également connues sous le nom de pièces moulées en acier Hadfield, sont des composants en acier à haute teneur en manganèse (supérieure ou égale à 10 %) produits par des procédés de coulée.
Avant 1882, il n’existait pas d’acier idéal pour une application dans des conditions d’usure et d’impact élevées. Bien que les gens aient découvert qu'une teneur plus élevée en manganèse dans l'acier au carbone peut améliorer sa dureté, si la teneur est supérieure à 3 %, l'acier deviendra extrêmement cassant et dur, et facile à casser.
Pour obtenir un acier à la fois dureté et ténacité, Robert Abbott Hadfield, un métallurgiste britannique de 24-ans a fait de nombreuses expériences avec différentes teneurs en carbone, silicium et manganèse, pour finalement inventer un matériau magique (12,76 % de teneur en manganèse) qui plus il s'use, plus il devient dur, ainsi qu'une bonne ténacité. Nous appelons cet acier Hadfield Steel.
Remarque : La fonte à haute teneur en chrome-a été fondée en 1928, soit près de 50 ans plus tard que l'acier à haute teneur en manganèse.
Avantages des pièces moulées en acier à haute teneur en manganèse
Les pièces moulées en acier Hadfield constituent la catégorie la plus représentative parmi les pièces moulées en acier à haute teneur en manganèse. En raison de sa teneur élevée en carbone et en manganèse et de son traitement thermique de trempe à l'eau, les pièces moulées en acier à haute teneur en manganèse présentent les avantages évidents ci-dessous :
- Fort écrouissage :En l'absence d'impact, la dureté des pièces moulées en acier à haute teneur en manganèse n'est que d'environ 200HBW. Après un impact ou une usure, la dureté de la surface sera rapidement améliorée jusqu'à plus de 500HBW. Pendant ce temps, la zone interne conserve une bonne ténacité.
- Résistance aux chocs ultra-élevée :Les structures austénitiques monophasées-protègent les pièces moulées en acier à haute teneur en manganèse de la rupture.
- Excellente résistance aux chocs et à l'usure
- Non magnétique :Choix idéal pour les conditions de travail avec interférence de champ magnétique.
Nuances d'acier à haute teneur en manganèse
Acier chinois à haute teneur en manganèse (GB/T 5680) :
Composition chimique :
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Grade① |
Composition chimique/% |
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C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Mo |
Ni |
W |
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|
ZG120Mn13 |
1.05-1.35 |
0.3-0.9 |
11-14 |
Inférieur ou égal à 0,06 |
Inférieur ou égal à 0,04 |
||||
|
ZG120Mn13Cr2 |
1.05-1.35 |
0.3-0.9 |
11-14 |
Inférieur ou égal à 0,06 |
Inférieur ou égal à 0,04 |
1.5-2.5 |
|||
|
ZG120Mn13W |
1.05-1.35 |
0.3-0.9 |
11-14 |
Inférieur ou égal à 0,06 |
Inférieur ou égal à 0,04 |
0.9-1.2 |
|||
|
ZG120Mn13CrMo |
1.05-1.35 |
0.3-0.9 |
11-14 |
Inférieur ou égal à 0,04 |
Inférieur ou égal à 0,04 |
0.4-1.2 |
0.4-1.2 |
||
|
ZG120Mn13Ni3 |
1.05-1.35 |
0.3-0.9 |
11-14 |
Inférieur ou égal à 0,04 |
Inférieur ou égal à 0,04 |
3-4 |
|||
|
ZG120Mn18 |
1.05-1.35 |
0.3-0.9 |
16-19 |
Inférieur ou égal à 0,06 |
Inférieur ou égal à 0,04 |
||||
|
Z120GMn18Cr2 |
1.05-1.35 |
0.3-0.9 |
16-19 |
Inférieur ou égal à 0,06 |
Inférieur ou égal à 1,5-2,50,04 |
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Propriétés mécaniques :
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Grade |
Propriétés mécaniques |
|||
|
Résistance à la traction/MPa |
Limite d'élasticité/MPa |
Élongation/% |
Énergie d'impact/J |
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|
ZG120Mn13 |
Supérieur ou égal à 370 |
Supérieur ou égal à 700 |
Supérieur ou égal à 25 |
Supérieur ou égal à 118 |
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ZG120Mn13Cr2 |
Supérieur ou égal à 390 |
Supérieur ou égal à 735 |
Supérieur ou égal à 20 |
Supérieur ou égal à 96 |
|
ZG120Mn13W |
Supérieur ou égal à 370 |
Supérieur ou égal à 700 |
Supérieur ou égal à 25 |
Supérieur ou égal à 118 |
|
ZG120Mn13CrMo |
Supérieur ou égal à 390 |
Supérieur ou égal à 735 |
Supérieur ou égal à 20 |
Supérieur ou égal à 96 |
|
ZG120Mn13Ni3 |
Supérieur ou égal à 370 |
Supérieur ou égal à 700 |
Supérieur ou égal à 25 |
Supérieur ou égal à 118 |
|
ZG120Mn18 |
Supérieur ou égal à 370 |
Supérieur ou égal à 700 |
Supérieur ou égal à 25 |
Supérieur ou égal à 118 |
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ZG120Mn18Cr2 |
Supérieur ou égal à 390 |
Supérieur ou égal à 735 |
Supérieur ou égal à 20 |
Supérieur ou égal à 96 |
Remarque : Les nuances d'acier au manganèse ZGMn13-1, ZGMn13-2, ZGMn13-3, ZGMn13-4 et ZGMn13-5 dans l'ancienne norme GB/T 5680-1998 ont déjà été remplacées par les nouvelles nuances ci-dessus.
Acier à haute teneur en manganèse provenant d'autres pays et régions :
ISO 13521 / EN 10349
- GX120MnMo7-1 / 1.3415
- GX110MnMo13-1/1.3416
- GX100Mn13 / 1.3406
- GX120Mn13 / 1.3802
- GX120MnCr13-2 / 1.3410
- GX120MnNi13-3 / 1.3425
- GX120Mn18 / 1.3407
- GX90MnMo14 / 1.3417
- GX120MnCr18-2 / 1.3411
ASTM A128/A128M
- Catégorie A (UNS J91109)
- Catégorie B-1 (UNS J91119)
- Catégorie B-2 (UNS J91129)
- Catégorie B-3 (UNS J91139)
- Catégorie B-4 (UNS J91149)
- Catégorie C (UNS J91309)
- Catégorie D (UNS J91459)
- Catégorie E-1 (UNS J91249)
- Catégorie E-2 (UNS J91340)
Japon JIS G5131
- SCMnH1
- SCMnH2 (ASTM A128, qualité B-1/B-2)
- SCMNH2X1 / GX100Mn13 (ASTM A128 qualité B-1)
- SCMnH2X2 / GX120Mn13 (ASTM A128 qualité A/B-2/B-3/B-4)
- SCMnH3
- SCMnH4/Gx120Mn17
- SCMnH11 (ASTM A128 catégorie C)
- SCMnH11X / GX120MnCr13-2 (ASTM A128 catégorie C)
- SCMnH12 / GX120MnCr17-2
- SCMnH21
- SCMnH31 / GX120MnMo7-1 (ASTM A128 catégorie F)
- SCMnH32 / GX110MnMo13-1 (ASTM A128 qualité E-1)
- SCMnH33 / GX120MnMo14
- SCMnH41 / GX120MnNi13-3 (ASTM A128 catégorie D)
Applications industrielles des pièces moulées en acier à haute teneur en manganèse
Les pièces moulées en acier à haute teneur en manganèse sont largement utilisées dans les industries des mines et carrières, des machines d'ingénierie, de la métallurgie, de la construction, des ports et de la manutention.
- Concasseurs / Casseurs :Plaques à mâchoires, liners, têtes de marteau, parois de concassage, liners concaves
- Moulins :Revêtements de broyeur à boulets, revêtements de broyeur à barres
- Cribles vibrants :Plaques de tamisage et barres de tamisage
- Convoyeur: Revêtements de convoyeur, grattoirs, rouleaux, rouleaux et entonnoirs
- Excavatrices :Dents de godet d'excavatrice, plaques d'usure, patins de chenille
- Chargeurs :Dents de godet de chargeur, revêtements résistants à l'usure
- Bulldozers :Lames de bulldozer, tranchant de bulldozer
- Fours de sidérurgie :Bouches de four (nez), chapeaux de four, bouchons de laitier
- Louches :Doublures de louche, buses de poche
- Machines de coulée continue (CCM) :Cristalliseur, plaques de guidage, rouleaux pinceurs
- Machines de frittage :Revêtements de chariot, barres de grille
- Moulins à ciment :Manchons à rouleaux, doublures
- Concasseurs de ciment :Têtes de marteaux, revêtements pour concasseur à ciment
- Machines de fabrication de sable :Liners et blocs d'impact
- Équipement de meulage de matières premières en céramique :Doublures
- Déchargeurs de navires portuaires :Trémies et doublures
- Broyeurs de charbon :Marteaux, liners
- Séparateurs magnétiques :Doublures
Durcissement à l'eau des pièces moulées en acier à haute teneur en manganèse
Les pièces moulées en acier à haute teneur en manganèse doivent être traitées thermiquement pour améliorer leurs performances avant utilisation.
Le traitement de trempe à l’eau est un traitement essentiel pour les pièces moulées en acier à haute teneur en manganèse. Sa procédure principale consiste à chauffer les pièces moulées en acier à 1 050 -1 100 degrés et à les maintenir pendant 2 à 4 heures, puis à effectuer une trempe rapide à l'eau pour obtenir une structure austénitique sursaturée monophasée, qui est la base d'un écrouissage et d'une ténacité élevés.

Pourquoi des fissures sur les pièces moulées en acier à haute teneur en manganèse ? Comment prévenir les fissures ?
Vous trouverez ci-dessous la liste de toutes les raisons qui peuvent provoquer des fissures sur les pièces moulées en acier à haute teneur en manganèse, tandis que les raisons les plus probables sont dues à un traitement thermique inapproprié.
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Catégorie de cause |
Causes |
Mesures de prévention |
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Conception structurelle |
Changement important d'épaisseur de paroi |
Contrôler la différence d'épaisseur inférieure à 3 mm, ajouter des congés suffisamment grands (R interne supérieur ou égal à 5 mm, R externe supérieur ou égal à 3 mm) |
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Fonderie |
Température de coulée excessivement élevée ou basse |
Contrôlez avec précision la température de coulée avec une plage correcte |
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Mauvaise vitesse de versement |
Ajuster la vitesse de versement |
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Conception inexpérimentée de la porte de coulée et des colonnes montantes |
Optimisez la conception du moule en utilisant des contremarches latérales au lieu de la contremarche supérieure |
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Mauvais fonctionnement de la coupe du portail et de la contremarche |
Utilisation d'une colonne montante de coupe facile ; utiliser le découpage à la scie au lieu du coupage à la flamme |
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Traitement thermique |
Changement de température rapide, grande différence de température entre les pièces moulées et le four |
Préchauffer 1 à 1,5 heure en dessous de 650 degrés, puis augmenter la température. Chauffage plus lent : inférieur ou égal à 30-40 degrés/h lorsque la température est inférieure ou égale à 650 degrés ; Inférieur ou égal à 50-60 degrés/h lorsque la température est >650 degrés Immergez rapidement les pièces moulées dans l'eau |

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Références :
GB/T 5680-2023 « Pièces moulées en acier au manganèse austénitique »
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