منگنز

منگنز

فلزی سفید –خاکستری رنگ است که شباهت هایی با آهن دارد.فلزی سخت و بسیار ترد می باشد که به آسانی به حالت مذاب در نمی آید ولی بسیار آسان اکسید می شود. منگنز تنها بعد از عملیات خاصی فرومغناطیس می شود. اکسید منگنز IV در سلول های باطری خشک استفاده می شود. اکسید منگنز در شیمی آلی به عنوان واکنش گر برای اکسیداسیون الکل بنزیلیک نقش ایفا می کند. در شیشه سازی برای حذف رنگ استفاده می شود و اگر مقدارش زیاد باشد، رنگ شیشه را به بنفش تغییر می دهد. اکسید منگنز رنگدانه قهوه ای است که در رنگ سازی بکار می رود. پرمنگنات پتاسیم اکسید کننده بسیار قوی ای است که در صنایع شیمیایی و پزشکی به عنوان ماده ضدعفونی کننده بکار می رود.

 

واژه منگنز از واژه لاتین Magnes به معنای مغناطیس گرفته شده است. استفاده از این عنصر به دوران کهنی بر می گردد که رنگی کردن رنگ ها با دی اکسید منگنز به ۱۷۰۰۰ سال پیش می رسد. مصری ها و یونانی ها از آن در تولید شیشه ها بهره برده و می توانستند برای رنگی کردن آن و یا پاک کردن رنگ از آن استفاده کنند.

 

در قرن ۱۷ میلادی برای اولین بار شیمیدان آلمانی به نام یوهان گلوبر(Johann Glaubar) پرمنگنات پتاسیم را تولید کرد. در اوسط قرن هیجدهم، دی اکسید منگنز در تولید کلرین استفاده شد. شیل (Sheel) شیمیدان سوئدی برای نخستین بار خاطرنشان ساخت که منگنز یک عنصر است و هم دانشگاهی ایشان، یوهان گوتلیب گان (Johan Gottlieb Gahn) در سال ۱۷۷۴ میلادی با احیای دی اکسید توسط کربن توانست منگنز عنصری را بدست آورد. تقریبا اوایل قرن نوزدهم میلادی بود که منگنزدر تولید فولادها بکار گرفته شد.

در ۱۸۱۶، به این نکته مهم دست یافتند که افزودن منگنز به فولاد بدون آنکه آن را ترد نماید، باعث افزایش سختی فولاد می شود.

 

این فلز معمولاً به صورت پیرولوسیت (MnO2) و تا حد کمی به شکل رودوکروسیت (MnCO3) وجود دارد. منابع زمینی آن معمولاً زیاد است اما گستردگی و توزیع آن یکسان نمی باشد. در ایالات متحده، گریدهای نامرغوب آن وجود دارد که استخراج آن هزینه زیادی را می طلبد. بیش از ۸۰ درصد منابع شناخته شده این فلز در جهان در آفریقای جنوبی و اوکراین قرار دارد.

 

وزن اتمی منگنز ۵۴.۹ و نقطه ذوبش ۱۲۴۵ درجه سانتیگراد است. ساختار کریستالی آن دردماهای مختلف متفاوت است. از دمای اتاق تا دمای ۷۱۰ درجه سانتیگراد ساختار مکعبی ساده داشته و از آن بالاتر تغییر می کند. شعاع اتمی آن ۲.۲۴ انگستروم بوده در حالیکه شعاع اتمی آهن برابر ۲.۵۸ انگستروم است. بنابراین در آهن تشکیل محلول جامد جانشینی می دهد. هر دو عنصر الکتروپوزیتیو بوده و در لایه ظرفیتشان دو الکترون دارند.

 

ویژگی های شیمیایی و متالورژیکی این عنصر سبب شده کاربرد وسیعی در فولادسازی پیدا کنند. (انواع فلزات و کاربردهای آن)

در مذاب آهن، منگنز با اکسیژن ترکیب شده و MnO تشکیل می دهد. این واکنش درصد اکسیژن را تا حد تعادلی می کاهد. بنابراین می توان گفت که یک عنصر اکسیژن زُداست. اما در مقایسه با عناصر اکسیژن زدای قوی مثل Al,Si ضعیف بوده و به عنوان یک اکسیژن زدا کاربرد ندارد. آنچه که در فولادهای خوش تراش مهم است، تمایل این عنصر به تر کیب با گوگرد است. MnS تشکیل شده در مذاب سعی دارد وارد سرباره شود. در حالت جامد، سولفیدهای منگنز موجود در ریزساختار حلالیت کمی داشته و آخالهای غیر فلزی را ایجاد می کند. با حذف سولفید آهن در هنگام ذوب و انتقال آن به سرباره، این عنصر قادر است خطر سرخ شکنندگی را کاهش دهد. هم با انتقال دماغه منحنی TTT به سمت راست،  باعث کاهش سرعت سرد کردن برای رسیدن به ساختار مارتنزیت می شود بنابراین سختی پذیری را افزایش می دهد. میزان اضافی منگنز با کربن واکنش می دهد و کاربید منگنز Mn3C بوجود می آید.این فلز در تمامی انواع فولادهای کربنی و کم آلیاژی و نیز در جوشکاری به عنوان مواد پرکننده بکار می رود.

 

در فولادهای زنگ نزن، منگنز داکتیلیتی در حالت گرم را بهبود می دهدو تاثیر آن بر توازن ساختار فریتی و آستنیتی با دما تغییر می کند. در دماهای پایین پایدار کننده آستنیت است ولی در دماهای بالا پایدار کننده فریت خواهد بود.

 

نمودار های آهن – منگنز نشان دهنده گسترش منطقه پایداری آستنیت با افزایش منگنز است. در برخی از فولادهای پرآلیاژی، وجود منگنز در حضور کروم زیاد باعث افت دمای استحاله دلتا به آستنیت شده بنابراین در دمای اتاق نیز می توان درصدی از فریت دلتا را در ریزساختار مشاهده کرد. در فولادهای کربنی درصد تا ۱.۵% است. فولادهای از ۱.۵ تا ۲.۵% جزو فولادهای کم آلیاژ بوده و از ۲.۵% بالا، فولاد پرآلیاژی محسوب می شود. نوع خاصی از فولادهای پرمنگنزی آستنیتی بنام فولاد هادفیلد با در صد ۱۰-۱۴% وجود دارد. این فولاد خاصیت کارسختی داشته و سطح آن سخت می شود. در حالیکه مغز آن نرم و چقرمه است.

 

با افزودن این عنصر به فولاد، داکتیلیتی آن کاهش می یابد ولی با کم کردن میزان کربن می توان این اثر را تا حدی کم کرد. در فولادهای کربنی که در محدوده ۰.۲۵-۱.۰% کربن دارند، منگنز استحکام کششی را افزایش داده و داکتیلیتی را بهبود می بخشد. افزودن این فلز به فولادهای ساده کربنی سختی پذیری و قابلیت ماشینکاری را افزایش می دهد.

 

فولادهای منگنز دار حساسیت زیادی نسبت به تردی تمپر بالاخص در مقاطع بزرگ دارند بنابراین بعد از تمپر در دمای ۶۰۰ درجه سانتیگراد باید سریعا سرد شوند.

 

Mnبا نیتروژن موجود ترکیب شده و نیترید منگنز بسیار سخت را تشکیل میدهند که در حضور عناصر دیگر مثل Al,Cr,Ti و Mo یکی از اجزای مهم در فولادهای نیتریدی هستند.

 

فولادهای حاوی ۰.۳۵% کربن، ۱.۵% Mn و ۰.۳۵% مولیبدن استحکام تسلیم بالا همراه با قابلیت جذب ارتعاش بالایی دارند و بدین لحاظ در میل لنگ های موتور کاربرد زیادی دارند. بخاطر افزایش سخت گردانی عمقی با افزایش منگنز، حساسیت به ترک برداری در حین جوشکاری این فولادها زیاد است بنابراین قبل از جوشکاری باید پیش گرم شوند.

 

وقتی درصد منگنز از ۱۰% فراتر رود، تغییرات فازی و رسوب کاربید خیلی آهسته می شود بطوریکه در غیاب هرگونه درصد تغییر شکلی می توان درصد آنها را نادیده انگاشت. فولادهای منگنز هادفیلد آستنیتی بوده و دارای ۱.۰-۱.۴%  کربن و ۱۰-۱۴%  Mn هستند. وقتی این فولاد از دمای ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد کوئنچ می شود، منگنز بالای این فولادها از استحاله معمولی سخت گردانی جلوگیری کرده و باعث می شود که آستنیت در دمای اتاق پایدار بماند. علیرغم استحکام بالا و داکتیلیتی خوب این فولاد ها از چقرمگی قابل قبولی نیز برخوردارند. بدلیل کارسختی که در این فولادها اتفاق می افتد، مقاومت به سایش این فولادها زیاد بوده و بیشتر در تیغه های لودر کاربرد دارد. تغییر درصد منگنز در محدوده ۱۰-۱۴% تاثیر ناچیزی بر استحکام تسلیم داشته ولی در مقادیر پایین تر از ۸%، تنها تقریبا نصف استحکام کششی فولاد در حالت بالا رادارد.

 

هر مقداری از این فلز که در محلول جامد باقی مانده است، متناسب با درصد کربن فولاد استحکام فولاد را افزایش می دهد. در کربن مشخصی، افزودن این عنصر باعث کاهش داکتیلیتی فولاد می شود که این را می توان با کم کردن درصد کربن اصلاح کرد. فولاد های با ۰.۲۵% کربن و ۱.۰%  Mn دارای استحکام کششی بالا و داکتیلیتی عالی هستند.

 

فولادهای سیلیکو منگنزی فنر دارای ۰.۸ تا ۰.۹% منگنز دارند. فولادهای ابزار منگنز سخت شونده در روغن دارای ۰.۸ تا ۱.۰% کربن و ۱ تا ۲%  Mn هستند. این فولادها دمای استحاله مارتنزیتی پایینی داشته و لذا تمایل به باقی ماندن آستنیت در ریزساختار بیشتر می شود. سختی پذیری این فولادها با تغییر مقدار منگنز و یا افزودن تا ۰.۵% کروم به ترکیب فولاد کنترل می شود. افزودن تنگستن و وانادیم مقاومت سایشی را بهبود داده و تمایل به رشد ترک در عملیات حرارتی بعدی را کاهش میدهد. این فولادها در ابزار برش سرد استفاده می شوند.

 

تمایل به پایدارسازی آستنیت متوسط عنصر منگنز همراه با تمایل به ترکیب با نیتروژن، باعث شده در ترکیب فولادهای کروم–نیکل، این دو عنصر جایگزین درصدی از نیکل شود. به عنوان مثال، فولاد با ۰.۱% کربن، ۱۸% کروم، ۵% نیکل، ۸% منگنز و ۰.۱۲ تا ۰.۱۸% نیتروژن فولادی کاملا آستینتی بوده که مقدار تنش لازم برای شکست بهتری در دماهای بالا در مقایسه با فولادهای ۸-۱۸ عادی دارد. استحکام بالا و داکتیلیتی خوب هم در دمای معمولی و هم در دماهای پایین داشته و مقاومت به خوردگی آن در شرایط اکسیدکنندگی قابل مقایسه با فولاد زنگ نزن ۸/۱۸ است. قابلیت جوشکاری خوبی نیز دارد.

 

این عنصر در فولادهای پرلیتی، هیچگونه تاثیری بر مقاومت اکسیداسیون، خوردگی و سایش ندارد.

 

این فلز در چدن ها یکی از عناصر مهم بشمار می رود. که یا بصورت محلول و یا به شکل آخالهای آبی خاکستری سولفید منگنز ظاهر می شود.

برای مشاهده ی آگهی های خرید و فروش منگنز کلیک کنید

start campaign

کسب‌و‌کار خود را در فضای آنلاین گسترش دهید.

آهن 20 سامانه ثبت آگهی رایگان

بیشتر بدانید

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *