Марганець у сталі та сплавах
На сьогоднішній день такий елемент як марганець у сталі та сплавах використовується дуже широко, можна навіть сказати, що це метал, який постійно використовується при виробництві сталі. І хоча руда, яка так і називалася марганцева, використовувалася людиною ще з 13 століття, але цей метал у ній був виявлений тільки в 1774 році. Зробив це відкриття шведський учений К.-В. Шеєлі. Але до промислового застосування марганцю треба було чекати ще майже сто років.
У 1856 році англійський металург Р. Мюшет отримав патент на наступну ідею - при плавці сталі як розкислювач використовувати марганець. І справді, при додаванні марганцю в розплавлену сталь відновлюються оксиди феруму, видаляється кисень і запобігає утворенню сульфідів феруму. Одержувані оксиди і сульфіди марганцю легко відокремлюються від металу і утворюють шлак. Причому для розкислення достатньо запровадити на 1 тонну сталі близько 6 кг марганцю. Ідея була настільки вдалою, що використовується і досі в металургії.
Але виявилося, що марганець також добрий і як легуюча добавка до сталі. 1882 року інший англійський металург Р.-А. Гадфільд запропонував використовувати для виготовлення залізничних рейок сталь, у складі якої було 12-14% марганцю. Сталь з такою добавкою характеризувалася високою ударною в'язкістю та опором зносу. Вважається, що ця сталь є першою легованою сталлю. Серед інших позитивних ефектів при введенні в сталь марганцю, виявлених пізніше, є поліпшення зварюваності, прожарювання, обробки різанням і тиском.
На особливу увагу заслуговує сталь марки Г13 ("сталь Гадфільда", що містить 1,2% вуглецю та 13 % марганцю). Вона застосовується для виготовлення деталей, що зазнають сильного зношування – траки гусеничних машин, ковші екскаваторів, стрілки рейкових колій, кульові млини, дробарки тощо. Висока зносостійкість такої сталі пояснюється тим, що при дії високих ударних навантажень аустеніт поверхневого шару перетворюється на мартенсит. Технологічно після гарту, наприклад, робочих елементів ковша екскаватора, сталь Г13 отримує аустенітну структуру, твердість та зносостійкість якої невеликі. Однак, як тільки ківш вводиться в експлуатацію і починає інтенсивно працювати, врізаючись у землю, аустеніт, отримавши удар, перетворюється на мартенсит у поверхневому шарі. Виходить чудовий комплекс властивостей – висока твердість та зносостійкість поверхні та висока ударна в'язкість серцевини. Кажуть – сталь наклепується. Цікаво, що при зношуванні поверхні перетворення аустеніту в мартенсит продовжується і просувається вглиб деталі весь час у процесі роботи. Недолік сталі Г13 - механічної обробки вона піддається важко.
Ще один цікавий сплав на основі марганцю - "німий сплав". Це сплав, що містить 70% марганцю та 30% купруму. Він не дзвонить при ударах по ньому.
Як легуючий елемент марганець застосовується також у бронзах та латунях. Як і в сталях, він підвищує міцність та пружність. Наприклад, потрібна пружина, по якій має йти струм. Чистий купрум для цього не підходить – пружні властивості низькі. Але якщо до купруму додати 5% марганцю, то отримаємо гарну струмопровідну пружинну бронзу.
Або такий сплав – 86,8 % срібла, 8,8 % марганцю, 4,4 % алюмінію. Застосовується він виготовлення постійних магнітів. Як так? - Здивуйтеся Ви. Справді, всі три елементи жодного відношення до феромагнетиків не мають. Однак у складі сплаву отримана кристалічна гратка має феромагнітні властивості.
Марганцеві сполуки знаходять широке застосування в різних технологіях - і як барвники, і як окислювачі в органічних сполуках, при виробництві скла, в керамічній промисловості. А скільки застосувань у побуті має звичайна "марганцівка" – перманганат калію!
Після всього перерахованого не дивує, що марганець входить до числа металів, яке світове виробництво обчислюється мільйонами тон.
