Technologiczne aspekty przemiany odkształceniowej w żeliwie sferoidalnym ausferrytycznym

Myszka, D.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Technologiczne aspekty przemiany odkształceniowej w żeliwie sferoidalnym ausferrytycznym

Autorzy

Myszka D.

Identyfikatory

Warianty tytułu

Technological aspects of deformation-induced transformation in austempered ductile iron

Języki publikacji

Abstrakty

Austenit w żeliwie sferoidalnym ausferrytycznym jest fazą krystaliczną, która od lat wzbudza zainteresowanie naukowców na całym świecie. Może mieć zarówno pozytywny, jak i negatywny wpływ na właściwości żeliwa. Z jednej strony, austenit jest utożsamiany z uzyskiwaniem dużej plastyczności, z drugiej strony, powoduje duże kłopoty z obróbką skrawaniem odlewów. Na pytanie, jaki jest rzeczywisty wpływ tej fazy na właściwości żeliwa sferoidalnego ausferrytycznego, można szukać odpowiedzi w postodlewniczej niejednorodności chemicznej i morfologicznej jego mikrostruktury oraz w przemianie odkształceniowej austenitu. W niniejszym opracowaniu analizie poddane zostały wyniki prac zrealizowanych w kilku ośrodkach naukowych, dotyczące austenitu niestabilnego mechanicznie oraz jego przemiany w martenzyt pod wpływem różnych oddziaływań – naprężenia lub odkształcenia. Ma to szczególne znaczenie w procesach technologicznych, jakim poddawane jest żeliwo sferoidalne ausferrytyczne, np.: podczas obróbki skrawaniem, podczas procesów ścierania bądź kulowania. W ausferrytycznej osnowie żeliwa zachodzi wówczas zjawisko przemiany części austenitu w martenzyt, zwany martenzytem odkształceniowym. Powoduje ono umocnienie materiału oraz zmianę właściwości magnetycznych żeliwa. Cechy te zostały potwierdzone przez autora opracowania wieloma wynikami badań doświadczalnych, co umożliwiło ocenę wpływu austenitu na właściwości żeliwa sferoidalnego ausferrytycznego oraz opracowanie metody technologicznej określającej szacunkowo udział austenitu niestabilnego mechanicznie w mikrostrukturze tego materiału.

Austenite in austempered ductile iron is a crystalline phase which for years has attracted interest of researchers around the world. It can have both positive and negative effects on the properties of cast iron. On the one hand, austenite is identified with high plastic properties that it confers to cast iron, while on the other hand, it causes great problems with the machining of castings. An answer to the question what is the real impact of this phase on the properties of austempered ductile iron should be looked for in the post-casting chemical and morphological heterogeneity of the microstructure and in the deformation-induced transformation of austenite. In this study, the analysis included the results of the work carried out in a number of research centres regarding mechanically unstable austenite and its transformation to martensite under the influence of various impacts like stress or strain. It is of particular importance in the technological processes to which the austempered ductile iron is subjected, including, for example, machining, the process of abrasion or shot peening. Then, in the ausferritic cast iron matrix, the phenomenon occurs which involves partial austenite transformation to martensite, called deformation-induced martensite. Its result is hardening of the material and changing of the cast iron magnetic properties. Numerous experimental results obtained by the author of the study confirmed those features and allowed an assessment of the impacts of austenite on the properties of austempered ductile iron and the development of a technological method to determine the estimated share of mechanically unstable austenite in microstructure of this material.

Słowa kluczowe

żeliwo sferoidalne ausferrytyczne austenit przemiana odkształceniowa martenzyt procesy technologiczne

austempered ductile iron austenite transformation deformation-induced martensite technological processes

Wydawca

Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej

Czasopismo

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

Rocznik

2014

Tom

z. 265

Strony

3--101

Opis fizyczny

Bibliogr. 105 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Myszka D.

Wydział Inżynierii Produkcji

Bibliografia

[1] A. Nofal, Advances in the metallurgy and applications of ADI, Journal of Metallurgical Engineering, 2013, 2/1, 1-18.
[2] E. Guzik, Procesy uszlachetniania żeliwa – wybrane zagadnienia, Archiwum Odlewnicwa PAN, monografia nr 1, Katowice 2001.
[3] K.H. Hayrynen, J.R. Keough, Austempered Ductile Iron-The State of the Industry in 2003, Keith D. Millis Symposium, Livonia 2003.
[4] A. Kowalski, Żeliwo ADI: właściwości i zastosowanie w gałęziach przemysłu, Forum Inżynierskie “Rozwój technologi żeliwa ADI w Polsce”, Instytut Odlewnictwa – Kraków, 2009.
[5] PN-EN 1564/2000, Odlewnictwo – żeliwo sferoidalne hartowane z przemianą izotermiczną.
[6] E. Guzik, Stopy wysokojakościowe ADI odporne na zużycie konkurencyjne dla staliwa, XX Konferencja Odlewników Staliwa, Raba Niżna, 1997, 63-69.
[7] J. Aranzabal, I. Guitierrez, J.M. Rodriguez-Ibabe, J.J. Urcola, Influence of the amound and morphology of retained austenite on the mechanical properties of an austempered ductile iron, Metallurgical and Materials Transactions A, 1997, vol. 28A, 1143-1156.
[8] Srinivasmurthy Daber, P. Prasad Rao, Formation of strain-induced martensie in austempered ductile iron, Journal of Materials Science, 2008, 43, 357-367.
[9] J.L. Garin, R.L. Mannheim, Strain-induced martensite in ADI, Journal of Materials Processing Technology 2003, 143-144, 347-351.
[10] www.ductile.org
[11] E. Guzik, W. Kapturkiewicz, J. Lelito, Zasady otrzymywania żeliwa ausferrytycznego. Międzynarodowa Konferencja Naukowa “Żeliwo ADI – oferta odlewnictwa dla konstruktorów i użytkowników odlewów”, Kraków – Instytut Odlewnictwa, I/11 – I/18.
[12] E. Guzik, Żeliwo ADI i jego odmiany jako nowoczesne stopy konstrukcyjne, Forum Inżynierskie “Rozwój technologii żeliwa ADI w Polsce”, Instytut Odlewnictwa – Kraków, 2009, 37-49.
[13] Masashi Ymanaca, Ryo Tamura, Katsumi Inoue, Yukihito Narita, Bending fatigue strenght of austempered ductile iron spur Sears, Journal of Advanced Mechanical Design, Systems and Manufacturing, 2009, vol. 3, nr 3, 203-211.
[14] D. Myszka, Austenite-martensite transformation in austempered ductile iron, Archives of Metallurgy and Materials, 2007, vol. 52, 475-480.
[15] U. Ritha Kumari, P. Prasad Rao, Study of wear behaviour of austempered ductile iron, Journal of Materials Science, 2009, 44, 1082-1093.
[16] H.K.D.H. Bhadeshia, Bainite in Steels, The Institute of Materials, Cambridge 2001.
[17] R. Biernacki, J. Kozłowski, D. Myszka, M. Perzyk, Prediction of properties of ductile iron assisted by artificial neural networks, Material Science - Medziagotyra, 2006, vol. 12, no 1, 11-15.
[18] Cz. Podrzucki, Żeliwo - struktura, właściwości, zastosowanie, Wyd. ZG Stop, Tom I, Kraków 1991.
[19] A. Janus, Wpływ wartości ekwiwalentu niklowego na strukturę żeliwa Ni-Mn-Cu, Archiwum Odlewnictwa, 2006, vol. 6/18, 159-164.
[20] D. Myszka, M. Kaczorowski, J. Tybulczuk, Żeliwa sferoidalne ausferrytyczne – bezpośrednio hartowane izotermicznie, Wyd. Instytutu Odlewnictwa, Kraków 2003.
[21] K. Sękowski, Niejednorodność składu chemicznego osnowy metalowej żeliwa sferoidalnego, Przegląd Odlewnictwa, 1973, 8-9, 250-255.
[22] W. Kapturkiewicz, E. Fraś, A.A. Burbelko, Modeling of austenitizing process in cast iron with pearlitic matrix, Materials Science and Engineering: A, 2005, vol. 413-414, 352-357.
[23] Cz. Podrzucki, Problemy produkcji odlewów z żeliwa sferoidalnego ADI, Przegląd Odlewnictwa, 1996, 10, 260-265.
[24] St. Pietrowski, Żeliwo sferoidalne o strukturze ferrytu bainitycznego z austenitem lub bainitycznej, Archiwum Nauki o Materiałach, t. 18/4, 253-273.
[25] Srinivasmurthy Daber, K.S. Ravishankar, P. Prasad Rao, Influence of austenitising temperature on the formation of strain-induced martensie in austempered ductile iron, Journal of Materials Science, 43 (2008), 4929-4937.
[26] R.C. Voigt, C.R. Loper, Austempered ductile iron-process control and quality assurance, Journal of Heat Treating, 1984, 3/4, 291-309.
[27] L.C. Chang, An analysis of retained austenite in austempered ductile iron, Metallurgical and Materials Transactions A, 2003, 34A, 211-217.
[28] St. Dymski, Kształtowanie struktury i właściwości mechanicznych żeliwa sferoidalnego podczas izotermicznej przemiany bainitycznej, Wyd. Uczelniane ATR, Bydgoszcz 1999.
[29] N. Darwish, R. Elliot, Austempering of low manganese ductile irons. Part 1. Processing window, Material Science and Technology, 1993, t. 9, nr 7 , 572-586.
[30] B.V. Kovacs, On the terminology and structure of ADI, AFS Trans., 1994, 417-420.
[31] H. Bayati, R. Elliot, The concept of an austempered heat treatment processing window, Int. J. Cast Metals Res., 1999, 11, 413-417.
[32] G. Cinceros, L. Perez, C. Campos, C. Valdes, The role of Cu, Mo and Ni on the kinetics of the bainitic reaction during the austempering of ductile irons, Int. J. Cast Metals Res., 1999, 11, 425-430.
[33] St. Dymski, Niektóre aspekty umocnienia osnowy niestopowego żeliwa ADI, II Pomorska Konferencja Naukowa "Inżynieria Materiałowa 2001”, Gdańsk 2001.
[34] T.N. Rouns, K.B. Rundman, D.M. Moore, On the structure and properties of austempered ductile cast iron, AFS Transations, 84-121, 815-840.
[35] A. Trudel, M. Gangne, Effect of composition and heat treatment parameters on the characteristics of austmpered ductile iron, Canadian Metallurgical Quarterly, 1997, vol. 36, nr 5, 289-298.
[36] K.B. Rundman, J.R. Parolini, D.J. Moore, Relationship Between Tensile Properties and Matrix Microstructure in Austempered Gray Iron, AFS Transactions, 2005, 05-145, 1-15.
[37] Jianghuai Yang, S.K. Putatunda, Influence of a novel two-step austempering process on the strain-hardening behavior of austempered ductile cast iron (ADI), Materials Science and Engineering A, 2004, 382, 285-279.
[38] D. Myszka, T. Borowski, Wymrażanie żeliwa sferoidalnego ausferrytycznego, Inżynieria Materiałowa, 2006, 3, 2210-224.
[39] D. Myszka, T. Borowski, T. Babul, Influence of cryogenic treatment on microstructure and hardness of austempered ductile iron, 5th WSEAS Int. Conf. on Heat Transfer, Thermal Engineering and Environment, Greece 2007.
[40] St. Dymski, M. Trepczyńska-Łent, Z. Ławrynowicz, Badanie wpływu temperatury hartowania na udział austenitu w osnowie żeliwa ADI, Archiwum Odlewnictwa, 6/21, 125-134,
[41] Z. Ławrynowicz, St. Dymski, Zastosowanie mechanizmu przemiany bainitycznej do modelowania okna obróbczego żeliwa ADI, 2006, 6/19, 177-182.
[42] J. Jeleńkowski, Kształtowanie struktury stali Fe-26Ni-2Ti z wykorzystaniem przemiany martenzytycznej, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 2005.
[43] M. Naili Ahmadabadi, Bainitic transformations in austempered ductile iron with reference to untransformed austenite volume phenomenon, Metallugical and Materials Transactions A 1997, 28A, 2159-2162.
[44] R. Boschen, H. Bomas, P. Mayr, H. Vetters, Martensite formation in austempered ductile iron with unidirectional and cyclic loading, I'st European Symp. on Martensitic Transformations in Science and Technology, Germany 1989.
[45] J. Tybulczuk, A. Kowalski, Characteristic of ADI with additions of 1.5% Ni and 0.8% Cu, Prace Instytutu Odlewnictwa, 1997, t. XLVII, 4, 403-440.
[46] R.E. Campos-Cambranis, L. Navarez Hernandez, M.M. Ciseros-Guerrero, M.J. Perez-Lopez, Effect of initial microstructure on the activation energy of secon stage during austempering of ductile iron, Scripta Materialia, 1998, 38/8, 1281-1287.
[47] Rivera G., Boeri R., Sikora J.: “Influence of the inoculation process, the chemical composition and the cooling rate, on the solidification macro and microstructure of ductile iron”, Seventh Int. Symposium SPCI7', Barcelona 2002, Pre Pints.
[48] St. Pietrowski, Przemiana austenit → bainit, martenzyt w żeliwie sferoidalnym, Inżynieria Materiałowa, 1990, 5, 115-120.
[49] D. Myszka, Struktura i właściwości żeliwa ADI otrzymanego przez bezpośrednie hartowanie izotermiczne w złożu fluidalnym, Praca doktorska, Politechnika Warszawska 2003.
[50] J. Adamczyk, Engineering of Metallic Materials, The Silesian University of Technology Publishers, Gliwice 2004.
[51] K.W. Andrews, Hardenability of steels, Journal of the Iron and Steel Institute 7, 1965.
[52] A. Grajcar, Determination of the stability of retained austenite in TRIP-aided bainitic steel J. of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 2007, 20/1-2, 111-114.
[53] D. Myszka, J. Senatorski, The determination of MD temperature in austempered ductile iron, Problemy Budowy Maszyn i Automatyzacji, 2010, 104, 104-109.
[54] TH. Hollomon, Trans AIME, 1945, 162-268.
[55] K.L. Hayrynen, D.J. Moore, K.B. Rundman, AFS Transations, 1990, 98-471.
[56] A.S.H. Ali, K.I. Uzlov, N. Darwish, R. Elliot, Materials Science Engineering, 1994, 10-35.
[57] D. Myszka, Austenite transformation during plastic deformation of austempered ductile iron matrix, Journal of the Japan Society for Heat Treatment, 2009, Special Issue, vol. 49, no 2, 446-449.
[58] D. Myszka, L. Olejnik, M. Kłębczyk, Microstructure transformation during plastic deformation of austempered ductile iron, Archives of Foundry Engineering, 2009, vol. 79, no 1, 157-162.
[59] D. Myszka, T. Cybula, The comparison of microstructure and mechanic characteristics of astempered ductile iron and steel subject to dynamic deformation in Taylor test, Prace Instytutu Odlewnictwa, 2013, 4, 1-8.
[60] J. Janiszewski, J. Gacek, M. Burdek, J. Stępień, Badania dynamicznych właściwości materiałów stosowanych na korpusy, Prace IMŻ, 2010, nr 1, 118-123.
[61] M. Grązka, Analiza numeryczna deformacji walcowej próbki w zderzeniowym teście Taylora, Postępy Nauki i Techniki, 2011, nr 7, 186-194.
[62] D. Myszka, I. Pokorska, G. Mońka, Umocnienie warstwy wierzchniej odlewów z żeliwa sferoidalnego ausferrytycznego poddanych kulowaniu, Inżynieria Materiałowa, 2011, 4(182), 616-619.
[63] A. Zammit, S. Abela, L. Wagner, M. Mhaede, M. Grech, Tribological behaviour of shot pened Cu-Ni austempered ductile iron, Wear, 2013, 302, 829-836.
[64] E. Satoru, H. Muneto, A. Ichiro, T. Yasuo, Effect of shot peening and heat treatment on endurance limits of austempered ductile cast iron gears, ICSP-6, Japan 1996, 14-23.
[65] A. Nakonieczny, Dynamiczna powierzchniowa obróbka plastyczna kulowanie - shot peeling. Wyd. Instytutu Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa 2002.
[66] K. Jemielniak, Obróbka skrawaniem, OW Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2012.
[67] J. Górny, Wykonywanie części maszyn w procesach obróbki skrawaniem, Instytut Technologii Eksploatacji - Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2005.
[68] B. Avishan, S. Yazdani, D. Jalali Vahid, The influence of depth of cut on the machinability of an alloyed austempered ductile iron, Materials Science and Engineering A 523 (2009) 93-98.
[69] K. Katuku, A. Koursaris, I. Sigalas, Wear, cutting forces and chip characteristics when dry turning ASTM Grade 2 austempered ductile iron with PcBN cutting tools under finishing conditions, Journal of Materials Processing Technology 2009, 209, 2412-2420.
[70] D. Myszka, S. Bombiński, Preliminary evaluation of the applicability of F, V and AE signals in diagnosis of ADI machining process, Archives of Foundry Engineering, 2014.
[71] M.C. Cakir, A. Bayrama, Y. Isik, B. Salar, The effects of austempering temperature and time onto the machinability of austempered ductile iron, Materials Science and Engineering A 407 (2005) 147-153.
[72] U. Seker, H. Hasirci, Evaluation of machinability of austempered ductile irons in terms of cutting forces and surface quality, Journal of Materials Processing Technology 173 (2006) 260-268.
[73] J. Jóźwik, Termograficzna ocena rozkładu temperatury na powierzchni przedmiotu obrabianego podczas skrawania ortogonalnego, Eksploatacja i Niezawodność, 2-3/2001, 74-78.
[74] Jianghuai Yang, S.K. Putatunda, Effect of microstructure on abrasion wear behaviour of austempered ductile cast iron (ADI) processed by a novel two-step austempering process, Materials Science and Engineering A 406 (2005) 217-228.
[75] K. Narasimha Murthy, P. Sampathkumaran, S. Seetharamu, Abrasion and erosion behaviour of manganese alloyed permanent moulded austempered ductile iron, Wear 267 (2009) 1393-1398.
[76] R.C. Dommarco, M.E. Sousa, J.A. Sikora, Abrasion resistance of high nodule count ductile iron with different matrix microstructures, Wear 257 (2004) 1185-1192.
[77] Y. Sahin, O. Durak, Abrasive wear behaviour of austempered ductile iron, Materials and Design 28 (2007) 1844-1850.
[78] J. Zimba, D.J. Simbi, E. Navara, Austempered ductile iron: an alternative material for earth moving components, Cement & Concrete Composites 25 (2003) 643-649.
[79] L.C. Chang, I.C. Hsui, L.H. Chen, T.S. Lui, Effects of heat treatment on the erosion behavior of austempered ductile irons, Wear 260 (2006) 783-793.
[80] A. Refaey, N. Fatahalla, Effect of microstructure on properties of ADI and low alloyed ductile iron, Journal of Materials Science 38 (2003) 351-362.
[81] M. Marciniak, Proces szlifowania w ujęciu fenomenologicznym, OW Politechniki warszawskiej, Warszawa 1999.
[82] Kragielski W.I., Trenije i iznos, Moskwa, Maszinostrojenie, 1968.
[83] D. Myszka, A. Wieczorek, An assessment of the applicability of austempered ductile iron containing Mo and Ni for mining machines parts, Archives of Metallurgy and Materials, 2013, vol. 58/3, 967-970.
[84] D. Myszka, A. Wieczorek, Studying the effect of wear caused by corundum abrasive material on the properties and microstructure of austempered ductile iron with additions of Cu and Ni, Inżynieria Materiałowa, 2013, 4/194, 332-335.
[85] M.J. Perez, M.M. Cisneros, H.F. Lopez, Wear resistance of Cu-Ni-Mo austempered ductile iron, Wear 260 (2006) 879-885.
[86] Y. Sahin, M. Erdogan, V. Kilicli, Wear behavior of austempered ductile irons with dual matrix structures, Materials Science and Engineering A 444 (2007) 31-38.
[87] J. Zimba, M. Samandi, D. Yu, T. Chandra, E. Navara, D.J. Simbi, Un-lubricated sliding wear performance of unalloyed austempered ductile iron under high contact stresses, Materials and Design 25 (2004) 431-438.
[88] D. Myszka, T. Babul, K. Stoberska, Detonation sprayed coatings Al2O3-TiO2 AND WC/Co on ADI investment castings, Archives of Metallurgy and Materials, 2009, vol. 54, 217-223.
[89] T. Babul, Podstawy procesu natryskiwania detonacyjnego powłok NiCrBSi i WC/Co, Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa 2012.
[90] T. Chmielewski, Wykorzystanie energii kinetycznej tarcia i fali detonacyjnej do metalizacji ceramiki, OW Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2012.
[91] M. Kaczorowski, A. Krzyńska, M. Psoda, Badania strukturalne żeliwa sferoidalnego po dwustopniowym hartowaniu izotermicznym, Archives of Foundry, 2004, 4/12, 127-138.
[92] D, Myszka, T. Giętka, Comparing the possibilities of austenite content determination in austempered ductile iron, Archives of Foundry Engineering, 3/2011, vol. 11, 135-141.
[93] R.A.Young, The Rietveld method, Oxford University Press, Oxford 1996.
[94] B.D. Cullity, Elements of X-ray diffraction, Addison-Wesley, Reading, MA, 1978, p. 411.
[95] R. Jenkins, R.L. Snyder, X-ray powder diffractometry, Wiley, New York, 1996, p. 355.
[96] R.J. Hill, C.J. Howard, Journal of Applied Crystallography, 1987, 20, p. 467.
[97] R.J. Hill, Powder diffraction, 1997, 6, p. 74.
[98] J.L. Garin, R.L. Mannheim, Zeitschrift für Metallkunde, 2000, 91, p. 842.
[99] P. Thompson, D.E. Cox, J.B. Hasting, Journal of Applied Crystallography, 1987, 20, p. 79.
[100] A. Kowalski, M. Kuder, Zastosowanie komputerowego programu analizy obrazu LUCIA do ilościowej oceny struktury żeliwa ADI, Innowacje w Odlewnictwie, cz. I, Kraków 2007.
[101] A. Kowalski, M. Kuder, Zastosowanie inteligentnych metod komputerowych do analizy obrazów mikrostruktury żeliwa sferoidalnego w celu oceny właściwości użytkowych wyrobów, Innowacje w Odlewnictwie, cz. II, Kraków 2008.
[102] M.A. Yescas, H. Bhadeshia, D.L. MacKay, Estimation of the amount of retained austenite in austempered ductile irons using neural networks, Mater. Sci. Eng A, 2001, 311, 162-173.
[103] Z. Ławrynowicz, St. Dymski, Oszacowanie zawartości austenitu szczątkowego w żeliwie ADI za pomocą sztucznych sieci neuronowych, 2006, 6/19, 183-188.
[104] D. Myszka, Ocena przemian mikrostruktury w żeliwie sferoidalnym ausferrytycznym metodą prądów wirowych, Inżynieria Powierzchni, 3/2012, 23-26.
[105] D. Myszka, W. Presz, Microstructure transfomations in austempered ductile iron during defomation by dynamic hardness test, Journal Computer Methods in Materials Science, 2012, vol. 12/4, 259-263.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-095d1b34-bc69-4a33-ba38-aa262bd1a9ef