Kinetyka rozpadu struktury ausferrytycznej miedziowo-niklowego żeliwa ADI

• Autorzy: Gazda A.

Warianty tytułu

EN

Kinetics of the decomposition of ausferritic structure in copper-nickel ADI

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Do wyznaczenia kinetyki rozpadu ausferrytu w miedziowo-niklowym żeliwie ADI zastosowano model kinetyczny Johnsona-Mehla-Avramiego (JMA), przystosowany do badań prowadzonych w warunkach nieizotermicznych. Wykorzystując program Netzsch Thermokinetics 3 oraz metodę regresji liniowej dopasowano dane eksperymentalne uzyskane metodą różniczkowej kalorymetrii skaningowej (DSC). Uzyskane wartości energii aktywacji są większe od energii aktywacji dyfuzji węgla w austenicie i mieszczą się w przedziale 150-240 kJ/mol w zależności od temperatury przemiany izotermicznej, wykazując dobrą zgodność z danymi literaturowymi. W badanych stopach, wpływ miedzi i niklu na kinetykę nie jest znaczny, lecz ze wzrostem zawartości niklu przy niskiej koncentracji miedzi w stopie, rośnie energia aktywacji rozpadu termicznego ausferrytu, co świadczy o wzroście jego stabilności. Z punktu widzenia wpływu pierwiastków stopowych na stabilność termiczną ausferrytu zawartość 0,5% wag.Cu i 1,5% wag. Ni w składzie miedziowo-niklowego żeliwa ADI wydaje się optymalna. Uzyskane wyniki prowadzą również do wniosku, że równoczesne powiększanie zawartości Cu i Ni w żeliwie miedziowo-niklowym nie jest celowe.

EN

To determine the kinetics of ausferrite decomposition in copper-nickel ADI, a kinetic model of Johnson-Mehl-Avrami (JMA), designed for the investigations under non-isothermal conditions, was used. Applying the Netzsch Thermokinetics 3 programme and the method of linear regression, the experimental data obtained by differential scanning calorimetry (DSC) were fitted. The obtained activation energy values were higher than the activation energy of carbon diffusion in austenite and were comprised in the range of 150-240 kJ/mole, depending on the temperature of isothermal transformation, thus showing good agreement with the literature data. In the examined alloys, the influence of copper and nickel on the kinetics is not significant, but with increasing nickel content at low concentrations of copper, the activation energy of the thermal decomposition of ausferrite increases, which indicates an increase in its stability. In terms of the alloying elements impact on the thermal stability of ausferrite, the composition of copper-nickel ADI equal to 0.5 wt. % Cu and 1.5 wt. % Ni seems to be optimal. The obtained results also lead to the conclusion that the simultaneous increase of Cu and Ni content in the copper-nickel cast iron is not intentional.

Słowa kluczowe

PL

ADI; DSC; kinetyka; równanie kinetyczne; JMA

EN

ADI; DSC; kinetics; kinetic equation JMA

• Wydawca: Instytut Odlewnictwa
• Czasopismo: Prace Instytutu Odlewnictwa
• Rocznik: 2010
• Tom: T. 50, z. 4
• Strony: 5--15
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Gazda A.

• Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków

Bibliografia

• 1. Bayati H., Elliott R.: The concept of an austempered heat treatment processing window, International Journal of Cast Metals Research (UK), 1999, no. 11, pp. 413-417
• 2. Aranzabal J., Gutierrez I., Rodriguez-lbabe J.M., Urcola J.J.: Influence of the Amount and Morphology of Retained Austenite on the Mechanical Properties of an Austempered Ductile Iron, Metall. Mat. Trans., 1997, Vol. 28, no. 5, pp. 1143-1156
• 3. Hafiz M.: Influence of heat treatment parameters in variable austempering temperature process on mechanical properties and fracture of SG-iron, AFS Transactions, 2003, Vol. 111, pp. 03-035
• 4. Sheng-Fa Liu, Zhong-Fan Wang: Mechanical Property Stability of Cu-Mo-Ni Alloyed Austempered Ductile Iron, Journal of Iron and Steel Research International, 2005, Vol. 12, pp. 34-38
• 5. http://www.ductile.org/didata/section4/4intro.htm. Section IV. Austempered Ductile Iron
• 6. Grech M., Young J.M.: Influence of Austempering Temperature on the Characteristics of Austempered Ductile Iron Alloyed With Copper and Nickel, Transactions of the American Foundrymen’s Society, 1990, Vol. 98, pp. 345-352
• 7. Batra U., Ray S., Prabhakar S.R.: The influence of nickel and copper on the austempering of ductile iron, Journal of Materials Engineering and Performance, 2004, Vol. 13, no. 1, pp. 64-68
• 8. Shelton P.W., Bonner A.A.: The effect of copper additions to the mechanical properties of austempered ductile iron (ADI), Journal of Materials Processing Technology, 2006, Vol. 173, pp. 269-274
• 9. Yescas M.A., Bhadeshia H.K.D.H.: Model for the maximum fraction of retained austenite in austempered ductile cast iron, Materials Science and Engineering A, 2002, Vol. 333, pp. 60-66
• 10. Baricco M., Franzosi G., Battezzati L: Thermal effects due to tempering of austenite and martensite in austempered ductile irons, Materials Science and Technology, 1999, Vol. 15, no. 1-2, pp. 643-646
• 11. Perez M.J., Cisneros M.M., Valdes E., Mancha H., Calderon H.A., Campos R.E.: Experimental Study of the Thermal Stability of Austempered Ductile Irons, Journal of Materials Engineering and Performance (USA), 2002, Vol. 11, no. 5, pp. 519-526
• 12. Perez M.J., Cisneros M.M., Lopez H.F., Calderon H.A., Valdes E.: Microstructural evolution in austempered ductile iron during non-isothermal annealing, International Journal of Cast Metals Research, 2003, Vol. 16, pp. 203-206
• 13. Kapturkiewicz W., Fras E., Lelito J., Burbelko A.A.: Measurement of the Kinetics of Thermal Effects During Phase Transformations in ADI, Materials Science Forum, 2006, Vol. 508, pp. 585-590
• 14. Gazda A.: Determination of thermal effects accompanying the austempering of copper-nickel ductile iron, Therm. Acta, 2010, Vol. 499, pp. 144-148
• 15. Gazda A.: Analysis of decomposition processes of ausferrite in copper-nickel austem-pered ductile iron, J. Therm. Anal. Calorim., 2010, Vol. 102, no. 3, pp. 923-930
• 16. Gazda A.: Określenie efektów cieplnych przemiany izotermicznej zachodzącej w żeliwie ADI. Część 1. Konstrukcja kalorymetru, Odlewnictwo - Nauka i Praktyka, 2007, nr 1/2, s. 14-24
• 17. Opfermann J.R., Kaisersberger E., Flammersheim H.J.: Model-free analysis of thermoanalytical data - advantages and limitations, Therm. Acta, 2002, Vol. 391, pp. 119-127
• 18. Nadkarni G., Gokhale S., Boyd J.D.: Elevated temperature microstructural stability of austempered ductile irons, Transactions of the American Foundrymen’s Society, 1996, Vol. 104, pp. 985-994
• 19. Morra P.V., Bottger A.J., Mittemeijer E.J.: Decomposition of iron-based martensite. A kinetic analysis by means of differential scanning calorimetry and dilatometry, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2001, Vol. 64, no. 3, pp. 905-914