A dependency between undercooling and eutectic grain density in nodular cast iron - modelling research and their experimental verification

• Autorzy: Fraś E. , Górny M. , Lopez H. F.

Warianty tytułu

PL

Zależność pomiedzy przechłodzeniem a gęstością ziaren eutektycznych w żeliwie sferoidalnym - badania modelowe i ich weryfikacja doswiadczalna

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this work, analytical expressions for grain density were derived for the globular eutectic transformation that occurs during the solidification of nodular cast iron. The model incorporates heat and mass balance equations in considering nucleation and growth of nodular eutectic grains. In particular, an expression in proposed to correlate the volumetric density of nodular eutectic grain to the maximum degree of undercooling. The proposed expression avoids the use of fitting parameters, frequently employed to correlate the experimental outcome with the relevant nucleation mechanisms involved. Experimentally, 0.6 cm, 1.0 cm, 1.6 cm and 2.2 cm thick plates, respectively were used in this work. The plates were made of nodular graphite cast iron of hypereutectic composition. Measurements of the degree of undercooling versus the eutectic grain density were carried out and good agreement was found to exist between the experimental and predicted data.

PL

W pracy wyprowadzono analityczną zależność na gęstość ziaren eutektyki kulkowej, która powstaje podczas krystalizacji żeliwa sferoidalnego. gestość ziaren eutektyki kulkowej i prędkość jej wzrostu zgodnie z opracowanym modelem wynika z bilansu masy i ciepła. W szczególności, zaproponowany model teoretyczny pozwala otrzymać zależność między maksymalnym stopniem przechłodzenia żeliwa sferoidalnego a objętościową gestością ziaren. W zależności tej nie wystepują, tzw. parametry dopasowania, stosowane w innych pracach, celem uzyskania zgodności wyników badań doswiadczalnych z opracowanymi modelami teoretycznymi. Otrzymana zależność zweryfikowano doświadczalnie na przykladzie odlewów płyt o grubości scianki: 0.6 cm, 1.0 cm, 1.6 cm i 2.2 cm. Płyty wykonano z żeliwa sferoidalnego o składzie nadeutektycznym. pomiary stopnia przechłodzenia żeliwa sferoidalnego oraz gestości ziaren eutektyki kulkowej potwierdziły dość dobrą ich zgodność z wynikami obliczeń według opracowanego modelu.

Słowa kluczowe

EN

nodular cast iron; eutectic grain density

PL

żeliwo sferoidalne; gestość ziaren eutektyki kulkowej

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 49, iss. 1
• Strony: 93--111
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab,.

Twórcy

autor

Fraś E.

• Katedra Odlewnictwa Żeliwa, AGH, 30-059 Kraków, ul. Reymonta 23

autor

Górny M.

• Katedra Odlewnictwa Żeliwa, AGH, 30-059 Kraków, ul. Reymonta 23

autor

Lopez H. F.

• Materials Department, University of Wisconsin Milwaukee, P.O.Box 784, Milwaukee, USA

Bibliografia

• [1] D. K. Banerjee, D. M. Stefanescu, Structural Transformations and Solidification Kinetics of SG Cast Iron During directional Solidification Experiments. Transactions of the American Foundryman Society 99, 747-759 (199l).
• [2] E. Fraś, Krystalizacja żeliwa. Skrypt AGH, Kraków, 1976.
• [3] E. Guzik, Cz. Podrzucki, Nowoczesne metody obróbki uszlachetniającej ciekłego żeliwa. Ill Seminarium nlt „Prognozy rozwoju odlewnictwa w Polsce na tle tendencji światowych". s. 10.1 Szczyrk, 1996.
• [4] G. Lesoult, M. Castro, J. Lacaze, Solidification of Spheroidal Graphite Cast Iron: III Microsegregation related effects. Acta Materialia 47, 3779-3792 (1999).
• [5] M. N. Achmadabadi, E. Niyama, T. Ohide, Structural control of 1% Mn ADI aided by modeling of microsegregation. Transactions of the American Foundrymans Society 97, 269-278 (1994).
• [6] H. Bayati, R. Elliot, A stepped austempering heat treatment for a Mn alloyed ductile cast iron. In: Physical Metallurgy of Cast Iron V. Editors: G. Lesoult and J. Lacaze, Scitec Publication. 399-406. Switzerland (1997).
• [7] J . Lacaze, Solidification of Spheroidal Graphite Cast Iron: III. Microsegregation related effects. Acta Materialia 47, 3779-3792 (1999).
• [8] E. Fraś, H. F. Lopez, A theoretical analysis of the chilling susceptibility of hypoeutectic Fe-C alloys. Acta Metalurgica and Materialia 41, 12, 3575-3583 (1993).
• [9] E. Fraś, H. Lopez, Generation of International Pressure During Solidification of Eutectic Cast Iron. Transactions of the American Foundryman Society 102, 597-601 (1994).
• [10] E. Fraś, C. Podrzucki, Żeliwo modyfikowane. Skrypt AGH. wyd. II, Kraków, 1981.
• [11] D. Venugopalan, A Kinetic Model of the γ→ α + Gr Eutectoid Transformation in Spheroidal Graphite Cast Iron. Metallurgical and Materials Transactions 21 A, 913-918 (1990).
• [12] D. Turnbull, J. C. Fisher, w: Journal of Chemical Physics 17 (1949).
• [13] D. Turnbull, Principals of solidification. Thermodynamics in Physical Metallurgy, American Society for Metals. Cleveland, 1950.
• [14] B. Chalmers. Principles of Solidification. New York, John Wiley, 1964.
• [15] G. Daves, Solidification and Casting. Applied Science Publishers Ltd. London, 1973.
• [16] J. Frayley, W. Childs, Transactions of the Metallurgical Society of AIME 242. 256 (1969).
• [17] W. Oldfield, Quantitative Approach to Casting Solidification. Frazing of Cast Iron., ASM 59, 945-961 (1966).
• [18] D. M. Stefanescu, G. Upadhya, D. Bandyopadhyay, Heat transfer-solidification kinetics modeling of solidification of casting. Metallurgical Transactions A 21 A, 997-1005 (1990).
• [19] E. Fraś, H. F. Lopez, A theoretical and Experimental Study of the Dependence Between Undercooling and Nodular Eutectic Grains Density. Archives of Metallurgy. PWN Krak6w 43, 227-240(1999).
• [20] W. Longa, Krzepnięcie odlewów, Wyd. Śląsk, Katowice, 1985.
• [21] W. Longa, General theoretical background of the differential analysis of the casting cooling curves (in Polish). Arch. Metall. 28, 281 (1983).
• [22] B. Lux, W. Kurz, Solidification of Metals, The Iron and Steel Institute. London 110, 193 (1967).
• [23] C. Charbon, M. Rappaz, 3D Stochastic Modeling of Nodular Cast Iron Solidification. Physical Metallurgy of Cast Iron V, Ed. Lesoult G., Lacaze J., Scitec Publication 453-460, Nancy (1994).
• [24] W. Kurz, D. J. Fisher, Fundamentals of Solidification. Trans., Tech., Aedermannsdorf, Switzerland, 1986.
• [25] Smitells, Metals Reference Books, 6-th edition. London, 1983.