Density of eutectic cells in castings of gray cast iron - a theoretical model and experimental verification

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

Warianty tytułu

PL

Gęstość ziaren eutektycznych w odlewach z żeliwa szarego - model teoretyczny i weryfikacja doświadczalna

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

It has been worked out analytical model of solidification, which enables to calculate cells density in casting based only on knowledge of material parameters of metal and mould. Model takes into account process of heterogeneous nucleation of cells on so-called substrates (nucleation sites), which size is of the Weibull distribution as well as heat flux in metal-mould (with small intensity of cooling) system. Mathematical expression were derived which describe the density of eutectic cells in casting as a function of material parameters of metal and mould. Experimental verifications of the presented model were carried out on grey cast iron as an example with flake graphite and with different nucleation tendency, castings with different plates thickness as well as thermal analyses were used. Cells density (N) was calculated based on measured cross-section planar cells density by means of stereological method. From experiment results that process of creation of eutectic cells during solidification of cast iron proceeds according to worked out model.

PL

Opracowano analityczny model krystalizacji, który pozwala obliczyć gęstość ziaren eutektycznych w oparciu wyłąznie o znajomość parametrów materiałowych żeliwa i formy odlewniczej. Model uwzględnia wymianę ciepła w układzie metal—forma jak również proces heterogenicznego zarodkowania ziaren na podkładkach, których wymiar spełnia rozkład Weibulla. Zdefiniowano i opisano matematycznie pojęcie skłonności metalu do zarodkowania oraz wpływ tej skłonności na gęstość ziaren eutektycznych w odlewach. W celu zweryfikowania opracowanej teorii wykonano badania doswiadczalne z wykorzystaniem żeliwa z grafitem płatkowym o zróżnicowanej skłonności do zarodkowania stosując formy odlewnicze o zmiennej grubości ścianek w celu zmiany szybkości stygnięcia metalu oraz analizę termiczną żeliwa. Gęstość ziaren (N) obliczano na podstawie pomiarów liczby ziaren na szlifach metalograficznych z wykorzystaniem metod stereologicznych. Z porównania wyników doświadczalnych i teoretycznych wynika, że opracowany model krystalizacji dość dobrze opisuje fakty doświadczalne.

Słowa kluczowe

EN

density of eutectic cells; castings of gray cast iron

PL

gęstość ziaren eutektycznych; odlewy z żeliwa szarego

• 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: 2005
• Tom: Vol. 50, iss. 4
• Strony: 805--826
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Fraś E.

• Wydział Odlewnictwa, Akademia Górniczo-Hutnicza, 30-059 Kraków, ul. Reymonta 23

autor

Górny M.

• Wydział Odlewnictwa, Akademia Górniczo-Hutnicza, 30-059 Kraków, ul. Reymonta 23

autor

Wiencek K.

• Wydział Metalurgii i Inżynierii Materiałowej, AGH, 30-059 Kraków, Al. Mickiewicza 30

autor

Lopez H. F.

• Materials Department, University of Wisconsin-Milwakuee, P.O. Box 784 53201 Milwakuee, USA

Bibliografia

• [1] E. Fraś, Cz. Podrzucki, Inoculated cast iron (in Polish), AGH 675, Cracow, (1981).
• [2] H. D. Merchant, Solidification of Cast Iron, in: Recent Research on Cast Iron, Gordon and Breach, H. Merchant editors. Science Publishers 1-100, New York, 1968.
• [3] E. Fraś, H. Lopez, Cz. Podrzucki, The influence of oxygen on the inoculation process of cast iron. International Journal of Cast Metals Research 13, 107-121 (2000).
• [4] E. Elliott, Cast Iron Technology. Butterworths, London, 1988.
• [5] E. Fraś. T. Serano, A. Bustos, Fundiciones dc hierro, ILAFA, Chile, (1990).
• [6] M. E. Henderson, Ductile iron handbook. AFS 167, 1992.
• [7] M. N. Achmadabadi, E. Niyama.T. Ohide. Structural control of 1 % Mn ADI aided by modeling of microsegrcgation. Transactions of the American Foundrymans Society 97, 269-278 (1994).
• [8] 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, Switzerland 399-406 1997.
• [9] E. Fraś, H. Lopez, A theoretical analysis of the chilling susceptibility of hypoeutrctic Fe-C alloys. Acta Metallurgica and Materialia 41, 12, 3575-3583 (1993).
• [10] E. Fraś, H. Lopez, Generation of International Pressure During Solidification of Eutectic Cast Iron. Transactions of the American Foundry man Society 102, 597-601 (1994).
• [11] D. Stefanescu, Methodologies for and Performance of Macro Transport- Transformation Kinetics Modeling of Cast Iron. Advanced Materials Research, Physical Metallurgy of Cast Iron V, Editors: Lesoult G, Lacaze J, Scitec Publication, Switzerland 4-5, 89-104 (1997).
• [12) T. S. Piwonka, V. Voller, L. Katgerman. Modelling of casting, welding and advanced processes - VI, Publ. TMS, Warrendale, Pennsylvania, 1993.
• [13] M. Cross, J. Camp be 1, Modelling of casting, welding and advanced processes - VII, Publ. TMS, Warrendale, Pennsylvania, 1995.
• [14] E. Fraś, W. Kapturkiewicz, H. Lopez, Macro and micro modeling of the solidification kinetics of casting. Transactions of the American Foundryman Society 100, 583-591 (1992). [15] E. Fraś Solidification of metals, WNT, Warsaw, 2003.
• [16] E. Fraś, K. Wiencek, M. Górny, H. Lopez, Nucleation and Grain Density-A Theoretical Model and Experimental Verification, Archives of Metallurgy 46, 317-333 (2001).
• [17] J. Ryś Stereology of materials (in Polish), Fotobit, Cracow, 1995.
• [18] D. Stoyan,W. S. Kendall, J. Mecke, Stochastic geometry and its application, J. Wiley & Sons, Chichester, 1995.
• [19] J. Ohser, U. Lorz, Quantitative Gefuegeanalyse, DVG Leipzig-Stuttgart, 1994.
• [20] N. Chvorinov, Theorie der Erstarrung von Gusstucken, Die Giesserei,
• [21] P. Magnin, W. Kurz, Transition from grey to white and to grey in Fe-C-X eu tec tic alloys. In: The physical metallurgy of cast iron, H. Fredrickson and M. Hillert editors, North Holland, New York, 263-272 1985.
• [22] B. Lux, W. Kurz, Solidification of Metals. The Iron and Steel Institute, London, 193 (1967).
• [23] E. J. Kubick, A. Javaid, F. J. Bradley, Investigation on Effect C, Si, Mn, S and P on Solidification Characteristics and Chill Tendency of Gray Iron - Part I: Thermal Analysis Results, AFS Transaction 103, 573-578 (1997).