In this work a strip of a transformation induced plasticity (TRIP) steel was welded using gas metal arc welding (GMAW) and Laser CO2 welding (LBW) processes and the resultant strength and ductility of the welded joints evaluated. It was found that LBW lead to relatively high hardness in the fusion zone, FZ where the resultant microstructure was predominantly martensite. The relative volume fractions of phases developed in the welded regions were quantitatively measured using color metallography combined with X-ray diffraction analyses. It was found that the heat affected zone, HAZ developed the maximum amount of martensite (up to 32%) in the steel welded using LBW besides a mixture of bainite, retained austenite and ferrite phases. In contrast, a relatively low percent of martensite (10.8%) was found in the HAZ when the GMAW process was implemented.
PL
Pas ze stali typu TRIP poddano spawaniu elektrodą topliwą oraz spawaniu laserowemu i oceniono wytrzymałość i plastyczność uzyskanych połączeń spawanych. Stwierdzono, że spawanie laserowe prowadzi do uzyskania stosunkowo wysokiej twardości w strefie łączenia, gdzie powstała mikrostrukturę stanowi głównie martenzyt. Względne udziały objętościowe faz w spawanych obszarach zmierzono ilościowo za pomocą barwnej metalografii w połączeniu z dyfrakcyjną analizą rentgenowską. Stwierdzono, że w przypadku stali spawanej laserowo strefa wpływu ciepła zawiera najwięcej martenzytu (do 32%), a oprócz tego mieszanine bainitu, resztkowego austenitu i ferrytu. Natomiast w strefie wpływu ciepła uzyskanej podczas spawania elektrodą topliwą stwierdzono stosunkowo niską zawartość martenzytu (10,8%).
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In this work an analytical solution of general validity is used to explain mechanism of the silicon influence on the absolute chilling tendency (CT) and chill (w) of cast iron. It is found that CT can be related to nucleation potential of graphite (Nv), growth parameter (μ) of eutectic cells, temperature range (ΔTsc), where ΔTsc = Ts - Tc (Ts is graphite eutectic equilibrium temperature and Tc is cementite eutectic formation temperature) and the pre-eutectic austenite volume fraction (fϒ). It has been shown that silicon addition: 1) impedes the growth of graphite eutectic cells through decreasing the graphite eutectic growth coefficient (μ), 2) expands the temperature range (ΔTsc), 3) increases the nucleation potential of graphite (Nv), 4) lowers the pre-eutectic austenite volume fraction, (fϒ). In a consequence, the absolute chilling tendency (CT) decreases. The minimum wall thicknesses for chilled castings, or chill width (w) in wedge shaped castings is related to CT and as Si content increases, the chill width, w value decreases.
PL
W pracy przedstawiono wyniki rozwiązania analitycznego mechanizmu wpływu krzemu na bezwzględną skłonność żeliwa do zabieleń (CT) i zabielenia (w) w żeliwie. Wykazano, że CT jest uzależnione od potencjału zarodkowania grafitu (Nv), parametru wzrostu (μ) ziaren eutektycznych, zakresu temperatury (ΔTsc), gdzie ΔTsc = Ts - Tc (Ts jest równowagowa temperatura krystalizacji eutektyki grafitowej, a Tc jest temperatura tworzenia eutektyki cementowej) oraz udział przedeutektycznego austenitu (fϒ). Z przedstawionych badan wynika, ze dodatek krzemu: 1) utrudnia wzrost ziaren eutektycznych poprzez zmniejszenie współczynnika wzrostu eutektyki grafitowej (μ), 2) rozszerza zakres temperatury (ΔTsc), 3) zwieksza potencjał zarodkowania grafitu (Nv, 4) zmniejsza udział przedeutektycznego austenitu (fϒ) a w konsekwencji zmniejsza bezwzgledną skłonność żeliwa do zabieleń (CT). Wykazano ponadto, że minimalna grubość ścianki, powyżej której w odlewie występują zabielenia lub szerokość zabielenia klina (w) w odlewie o kształcie klina zależy od CT oraz zwiększenie zawartości krzemu prowadzi do zmniejszenia szerokości zabielania klina.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In this work, a model is proposed for heterogeneous nucleation on substrates whose size distribution can be described by the Weibull statistics. It is found that the nuclei density, N_[nuc�] can be given in terms of the maximum undercooling, [...]. When nucleation occurs on all the possible substrates, the graphite nodule density, N_V,n or eutectic cell density N_V after solidification equals N_s. In this work, measurements of N_V,n and N_V values were carried out on experimental nodular and flake graphite iron castings processed under various inoculation conditions. The volumetric nodule N_V,n or graphite eutectic cell N_V count, were estimated from the area nodule count, N_A,n or eutectic cell count N_A on polished cast iron surface sections by stereological means. In addition, maximum undercoolings [...]
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In this paper a theoretical structural analysis of super thin walled casting made of ductile iron is presented. Analysis shows that such castings have inhomogenius gradient structure, manifested by different: number of graphite nodules and ferritte and cementite fraction as a result of altered cooling rate along casting length. Critical distance above which the chills will be presents and graditent of graphite nodule count is inteoduced. Theoretical investigations were experimentally verified for a casting with 1.6 mm wall thickness where graphite nodule count N, ferrite ff and cementite eutectic fc fraction and gradients GN, Gff, Gfc as a function of distance from runner were estimated. Finally rather a good agreement was found between the theoretical predictions and the experimental outcome.
PL
W pracy przedstawiono teoretyczna analizę strukturalną super cienkosciennych odlewów z żeliwa sferoidalnego. Analiza wykazuje, że takie odlewy mają niejednorodną strukturę gradientową, przejawiającą się: różną liczbą kulek grafitu, udziałem ferrytu oraz eutektyki cementytowej jako efekt zmiennej szybkości stygnięcia. W pracy przedstawiono wyrażenie na krytyczną odległość, powyżej której wystepują zabielenia w odlewie oraz gradient liczby kulek grafitu. Badania teoretyczne zostały zweryfikowane dla odlewu o grubości ścianki 1.6 mm gdzie określono liczbę kulek grafitu, udział ferrytu ff i cementytu fc oraz gradienty GN, Gff, Gfc w funkcji odległości od belki wlewowej. Wykazano, że przedstawiona teoria dobrze opisuje wyniki eksperymentalne.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
It has been presented theory which enable to determine cooling rate of casting Qt at the transition from solidification according to stable (grey cast iron) to metastable (white and mottled cast iron) Fe-C-X equilibrium system. It has been proved that this transition is a function of chilling tendency CT and depends on physicochemical state of liquid cast iron which is characterized by the temperature range ΔTsc = Ts -Tc (where Ts, Tc are equilibrium temperature of the graphite and cementite eutectic, respectively) and grain density of graphite eutectic Nt . In particular it has been shown that cooling rate of casting Qt depends on excess temperature range ΔTc = Tm - Tc (where Tm is minimal temperature at the onset of eutectic solidification), which can be experimentally determined by the thermal analysis. Derived relationships can be applied in foundry practice because calculation based on them are in accordance with experimental results.
PL
Przedstawiono teorię, pozwalającą określić szybkość stygnięcia odlewu Qt przy której następuje przejście od krystalizacji według stabilnego (żeliwo szarego) do metastabilnego (żeliwo białe i połowiczne) układu równowagi fazowej stopów Fe-C-X. Wykazano, że to przejście jest funkcją skłonności żeliwa do zabieleń CT i zależy od fizykochemicznego stanu ciekłego żeliwa charakteryzowanego przez zakres temperatury ΔTsc = Ts - Tc (gdzie Ts, Tc oznaczają odpowiednio równowagową temperaturę krystalizacji eutektyki grafitowej i cementytowej) oraz gęstość ziaren eutektyki grafitowej Nt . W szczególności wykazano również, że szybkość stygnięcia odlewu Qt zależy od nadmiaru temperatury ΔTc = Tm - Tc, (gdzie Tm oznacza minimalną temepraturę eutektyki grafitowej na początku krystalizacji), który można określić doświadczalnie za pomocą analizy termicznej żeliwa. Wyprowadzone zależności mogą być stosowane w praktyce odlewniczej, gdyż uzyskane zgodnie z nimi wyniki obliczeń są w dobrej zgodności z wynikami doświadczalnymi.
In this work, an experimental verification of the theoretical principles for the transition from gray to mottled and white cast iron solidiflcation is presented. Experimental tests have been implemented using plate and wedge shaped castings of various sizes. The experiments inctuded inoculated and non-inoculated cast irons of different chemical compositions and time after the inoculation treatment. In addition, thermal analysis tests were employed to determine the degree of undercooling of graphite eutectic deltaTm. This included microstructural evaluations in order to establish the density of eutectic grain (cells). This procedure enabled the calculation of the theoretical grain density (cell count) N, the wedge value w, as well as the chilling tendency CT of cast iron. It was found that the predietions of the theoretical analysis are in good agreement with the experimental outcome for the chill exhibited in wedge and plate shaped castings.
PL
W pracy przedstawiono wyniki badań mających na celu doświadczalną weryfikację teoretycznego modelu przejścia od krystalizacji żeliwa szarego do połowicznego i białego. W badaniach doświadczalnych wykorzystano odlewy w kształcie płyt o zróżnicowanej grubości ścianki oraz odlewy w kształcie klina. Badaniami objęto żeliwo nie modyfikowane oraz modyfikowane, o różnym składzie chemicznym i różnym czasie po modyfikowaniu. Dodatkowo wykonano analizę termiczną żeliwa oraz badania struktury w celu określenia odpowiednio: stopnia przechłodzenia eutektyki grafitowej deltaTm oraz gęstości ziaren (komórek) eutektyki grafitowej. Zastosowana procedura pozwoliła obliczyć teoretyczną gęstość ziaren (liczbę komórek) N, liczbę klinową w, a także skłonność żeliwa do zabieleń CT. Wykazano dobrą zgodność wyników obliczeń z danymi doświadczalnymi, które uzyskano dla odlewów w kształcie płyt i klinów.
The present work is based on a heat balance during the solidification of cast iron. Accordingly, an analytical expression was derived to relate the chilling tendency (CT) of cast iron with nucleation and growth processes associated with eutectic graphite and cementite constituents. A relationship is found between the CT and factors such as the physical-chemical state of liquid, the distribution of nucleation sites, and the density of nucleation sites for eutectic grains. In particular, it is found that the casting modulus (M), enabling determinations of minimum wall thickness for chilled castings or chill widths in wedge shaped castings can be related to the CT. Finally, the present work provides a rationatization for the effect of technological factors such as the chemistry of the melt, inoculation practice, holding temperature and time on the resultant CT and chill of the cast iron.
PL
Na podstawie bilansu ciepła podczas krystalizacji żeliwa wyprowadzono równanie, które wiąże skłonność żeliwa do krystalizacji eutektyki cementytowej (skłonność do zabieleń CT) z procesem zarodkowania i wzrostu eutektyki grafitowej oraz cementytowej. Znaleziono zależność pomiędzy CT i takimi czynnikami, jak fizykochemiczny stan ciekłego metalu, rozkład i gęstość miejsc do zarodkowania. W szczególności wykazano, że moduł odlewu M, przy którym krystalizuje eutektyka cementytowa i szerokość zabielenia klina, zależą od CT. Podano również wpływ czynników technologicznych, to jest składu chemicznego kąpieli, praktyki modyfikowania, a także czasu i temperatury wytrzymywania kąpieli na skłonność żeliwa do zabieleń CT oraz na zabielenia.
W pracy przedstawiono weryfikację doświadczalną określania liczby kulek grafitu, zabieleń i skłonności do zabieleń w żeliwie sferoidalnym na podstawie teorii opracowanej w części I. Weryfikacja doświadczalna obejmuje żeliwo sferoidalne otrzymane w wyniku stosowania różnych wariantów modyfikacji w celu osiągnięcia różnych stanów fizykochemicznych ciekłego żeliwa. Liczbę kulek grafitu oraz skłonność żeliwa do zabieleń określono na podstawie badań metalograficznych odlewów płyt o różnej grubości ścianki. W celu określenia maksymalnego stopnia przechłodzenia deltaTm wykonano analizę termiczną. Równania analityczne wyprowadzone w części I pozwoliły na określenie teoretycznej liczby kulek grafitu, skłonności żeliwa do zabieleń i krytycznej grubości ścianki, poniżej której występują zabielenia. Z przeprowadzonej analizy wynika, że istnieje dobra zgodność analizy teoretycznej oraz wyników doświadczanych.
EN
In this work the predictions of a proposed analytical theory aimed at elucidating factors influencing on the nodule counts, the chill and the chilling tendency of nodular cast iron were experimentally verified. The experimental work was focussed on processing nodular cast iron under various inoculation conditions in order to achieve various physicochemical states of the experimental melts. In addition, plates of various wall thicknesses were cast and the resultant chilling tendency was established. Metallographic evaluations were made to determine the exhibited nodule counts in the experimental plates. Moreover, thermal analysis of these nodular cast irons was used to find out the degree of maximum undercooling for the graphite eutectic deltaTm. Finally, calculations were made using previously derived analytical expressions to determine graphite nodule counts, chilling tendency and critical wall thicknesses, below which the chill appears. From this analysis, it was found that there is good agreement between the theoretical predictions and the experimental outcome.
In the present paper, heat balance is incorporated in developing expressions for the solidiflcation kinetics of divorced eutectic in ductile cast iron taking into account nucleation and growth processes for spheroidal graphite. Accordingly, a new analytical equations were derived that describe the nodule count N and the chill and chilling tendency CT of ductile cast iron. From this analysis, it is viable to predict cast nodule counts as well as the chill and CT for ductile iron from experimental data on cooling rates, chemical composition and other factors. Finally, the effect of technological factors on the resultant nodule counts the chill and chilling tendency is considered in this work.
PL
W artykule przedstawiono analizę teoretyczną opartą na bilansie ciepła z uwzględnieniem zarodkowania i wzrostu kulek grafitu, która prowadzi do równań kinetyki krystalizacji eutektyki w żeliwie z grafitem kulkowym. Wyprowadzono nowe analityczne równania opisujące liczbę kulek grafitu N, zabielenia i skłonność do zabieleń CT żeliwa sferoidalnego. Z przedstawionej analizy wynika, że na podstawie danych doświadczalnych dotyczących szybkości stygnięcia, składu chemicznego oraz innych czynników jest możliwe przewidywanie liczby kulek grafitu oraz zabieleń i skłonności do zabieleń w żeliwie sferoidalnym. Na koniec przedstawiono analizę wpływu czynników technologicznych na końcową liczbę kulek grafitu, zabielenia i skłonność do zabieleń.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
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.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
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.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
A model of the process and a simulation program were developed to trace the cooling of a nodular graphite iron casting from the beginning of solidification till the ambient temperature. The model uses the previously developed model of solidification (allowing for the nucleation and growth of eutectic grains), the heat transfer and mass diffusion equations for transient conditions pertinent to Fe-C-Si system. The kinetics of graphite and ferrite growth controlled by carbon diffusion was taken into consideration. The possibility of pearlite precipitation was assumed using a relationship of Avrami type, based on the general empirical data. The developed simulation program enables determination of the kinetics of growth of graphite, austenite, ferrite and possibly also pearlite on the casting cross-section as well as grain density related to boundary conditions of the casting cooling. The computed values of the temperature of a plate casting poured in sand mold, of the volume fraction of graphite, ferrite and pearlite, and of the grain density on the casting cross-section were compared with the experimental results.
PL
Opracowano model procesu i program symulacyjny pokazujący przebieg stygnięcia odlewu z żeliwa sferoidalnego od początku krystalizacji do zakończenia przemiany eutektoidalnej. Wykorzystano opracowany wcześniej model krystalizacji, uwzględniający zarodkowanie i wzrost ziaren, przewodzenie ciepła i dyfuzję masy dla warunków nie-ustalonych wraz z warunkami brzegowymi na granicach grafit-ferryt-austenit, determinowanych układem Fe-C-Si. Uwzględniono kinetykę wzrostu grafitu i ferrytu kontrolowaną przez dyfuzję węgla. Przewidziano możliwość wydzielania się perlitu z wykorzystaniem zależności typu Avramiego, opartej na uogólnionych danych empirycznych. Opracowany program symulacyjny umożliwia wyznaczenie kinetyki wzrostu grafitu, austenitu, ferrytu i ewentualnie perlitu w przekroju odlewu, a także gęstości ziaren w połączeniu z warunkami brzegowymi stygnięcia odlewu. Temperatura w odlewie płyty wykonanej w formie piaskowej, objętości grafitu, ferrytu i perlitu oraz gęstość ziaren w przekroju odlewu zostały skonfrontowane z eksperymentem.
A low temperature variant of the self-propagating high temperature synthesis (SHSB. Where the B stands for bath was described and applied to processing "in-situ" AI-TiC composites. It was established that during the SHSB, the undesirable Al4C3 compound, which tends to react with the environment, accompanies the appearance of the TiC one. The Al carbides arc responsible for the degradation of the composite properties by increasing its volume to a large extent. In order to reduce the amounts of the Al4C3 a method has been proposed. The results of structure analysis, as well as strength and abrasion properties have been reported.
PL
W pracy opisano nowy wariant procesu syntezy kompozytów Al/TiC za pomocą samorozprzestrzeniającej się wysokotemperaturowej reakcji egzotermicznej (SHS). Powyższy wariant otrzymywania kompozytów zrealizowano z wykorzystaniem kąpieli aluminiowej i nazwano jako metodę SHSB, gdzie B oznacza kąpiel. Stwierdzono, że podczas syntezy kompozytów metodą SHSB nie tylko otrzymuje się węglik tytanu umacniający aluminum lecz również węgliki aluminium. Węgliki aluminium są niepożądanym składnikiem struktury kompozytów, gdyż wskutek reakcji z atmosferą, jej produkty powiększają swą objętość co prowadzi do rozsypywania się kompozytów. Opracowano metodę minimalizacji ilości niepożądanego węglika aluminium. W pracy podano również wyniki badań strukturalnych, wytrzymałościowych oraz zużycia abrazyjnego otrzymanych kompozytów.