The paper presents results of tests carried out on ausferrite carbide matrix alloyed ductile cast iron. The ausferrite was obtained via addition of Cu and Mo alloying elements. This eliminated heat treatment from the alloy production cycle. The article presents results of tests of the quality of the obtained material. Emphasis was put on metallographic analysis using light and scanning microscopy. Works also included chemical composition tests and EDS analysis. Strength tests were executed in an accredited laboratory. It is possible to create a raw ausferrite carbide matrix without subjecting an alloy to heat treatment. However, it turned out that quality parameters of cast iron were insufficient. The obtained material hardness was 515 HB, while Rm strength and A5 ductility were very low. The low tensile strength of the analyzed alloy resulted from the presence of degenerate graphite secretion (of flake or vermicular shape) in the cast iron. The tests also demonstrated that the alloy was prone to shrinkage-related porosity, which further weakened the material. Alloys made of alloyed ductile iron of ausferrite matrix micro-structure are very attractive due to elimination of the heat treatment process. However, their production process and chemical composition must be optimized.
CADI (Carbidic ADI) – ausferrytyczne żeliwo sferoidalne z węglikami – jest stosunkowo nowym materiałem inżynierskim wykazującym doskonałą odporność na zużycie ścierne i dostateczną udarność. W niniejszej pracy przebadano wpływ dwustopniowego hartowania izotermicznego na wybrane właściwości żeliwa typu CADI. Dwie partie próbek poddano austenityzacji w 900°C przez 60 min. Następnie pierwszą partię poddano konwencjonalnemu jednostopniowemu hartowaniu izotermicznemu w 4 różnych temperaturach kąpieli solnej: 300, 330, 360 i 390°C przez 120 minut. Drugą partię natomiast poddano dwustopniowemu hartowaniu, początkowo przez 10 min w kąpieli solnej o temperaturze 260°C, a następnie w drugiej kąpieli solnej o temperaturze 300, 330, 360 i 390°C przez 120 min. Uzyskane wyniki pokazują, że w porównaniu z konwencjonalną obróbką cieplną dwustopniowy proces ausferrytyzacji poprawia udarność i odporność na ścieranie żeliwa CADI.
EN
CADI (Carbidic ADI) – ausferritic ductile iron containing carbides – is a relatively new engineering material which exhibits excellent wear resistance and adequate impact strength. In this work the influence of two-step austempering process on selected properties of CADI cast iron was examined. Two batches of samples were initially austenitized at 900°C for 60 min. The first batch of the samples was austempered conventionally by single-step process in a salt bath at 4 different temperatures: 300, 330, 360 and 390°C for 120 min. The second batch was processed by twostep austempering process, first in a salt bath at 260°C for 10 min and subsequently in second salt bath at temperatures 300, 330, 360 and 390°C for 120 min. Results show that two-step austempering process improves impact strength and wear resistance of CADI compared to conventional heat treatment process.
W pracy przedstawiono wybrane zagadnienia z zakresu możliwości otrzymania ausferrytu w żeliwie sferoidalnym bez stosowania obróbki cieplnej odlewów. Osnowa ausferrytyczna zapewnia, poza wysokimi właściwościami mechanicznymi, wysoką odporność na zużycie ścierne i adhezyjne. Proponowana technologia zakłada modyfikację składu chemicznego, w wyniku której możliwe jest otrzymanie osnowy ausferrytycznej, przy studzeniu odlewów w formie. Grafit sferoidalny otrzymano w technologii Inmold. Do oceny procesu krystalizacji oraz przemiany w stanie stałym zastosowano analizę termiczną i derywacyjną (ATD). Przedstawiono badania wpływu wybranych dodatków stopowych dodawanych w różnych proporcjach na mikrostrukturę osnowy żeliwa. Wykazano możliwość otrzymania ausferrytu w odlewach z żeliwa sferoidalnego bez konieczności stosowania obróbki cieplnej. Zbadano odporność żeliwa na zużycie ścierne i adhezyjne.
EN
This study presents selected issues regarding the process of obtaining ausferrite from spheroidal cast iron without the application of thermal treatment to the casts. An ausferritic matrix, as well as strong mechanical properties, also ensures high abrasion and adhesion wear resistance. The proposed technology assumes that a change the chemical composition will take place, as a result of which it is possible to obtain an ausferritic matrix when the casts are cooled in the mould. Spheroidal graphite was obtained using Inmold technology. For the evaluation of the process of crystallization and transformation in the as-cast state, a thermal and derivational analysis (ATD) was carried out. Investigations of the effect of selected alloy additions in various proportions on the microstructure of the cast iron matrix were presented. It was demonstrated that it is possible to obtain ausferrite in spheroidal iron casts without the application of thermal treatment. The abrasion and adhesion wear resistance of cast iron was examined.
This paper shows how it is possible to obtain an ausferrite in compacted graphite iron (CGI) without heat treatment of castings. Vermicular graphite in cast iron was obtained using Inmold technology. Molybdenum was used as alloying additive at a concentration from 1.6 to 1.7% and copper at a concentration from 1 to 3%. It was shown that ausferrite could be obtained in CGI through the addition of molybdenum and copper in castings with a wall thickness of 3, 6, 12 and 24 mm. Thereby the expensive heat treatment of castings was eliminated. The investigation focuses on the influence of copper on the crystallization temperature of the graphite eutectic mixture in cast iron with the compacted graphite. It has been shown that copper increases the eutectic crystallization temperature in CGI. It presents how this element influences ausferrite microhardness as well as the hardness of the tested iron alloy. It has been shown that above-mentioned properties increases with increasing the copper concentration.
The aim of the study was to determine the thermophysical characteristics of CuNiMoMn austempered ductile iron (ADI) obtained as a result of standard, one-step heat treatment performed at various temperatures. Temperature-dependent physical properties of structurally differentiated CuNiMoMn ADI were measured using thermal analysis techniques. Coefficient of thermal expansion, specific heat capacity, density, thermal diffusivity and thermal conductivity can be utilized in designing technological applications, developing databases and computer modeling of austempering heat treatment of ductile cast iron. Austempering heat treatment causes a significant decrease in thermal diffusivity of ADI as compared to the initial as-cast ductile iron, in the temperature range of stability of ausferritic structure. It was found that as the temperature of isothermal transformation increases, the thermal diffusivity and thermal conductivity decreases despite an increase in the amount of carbon-enriched austenite. This can be explained by the predominant influence of fine acicular ferritic structure on the properties of heat transport in the ADI under study.
PL
Celem badań było wyznaczenie termofizycznych charakterystyk żeliwa sferoidalnego zawierającego pierwiastki stopowe Cu, Ni, Mo i Mn, hartowanego z przemianą izotermiczną (ADI) i wytworzonego w wyniku standardowej, jednostopniowej obróbki cieplnej w różnych temperaturach. Zależne od temperatury właściwości fizyczne strukturalnie zróżnicowanych stopów ADI były wyznaczone za pomocą technik analizy termicznej. Współczynnik rozszerzalności cieplnej, ciepło właściwe, gęstość, przewodnictwo temperaturowe i przewodność cieplna mogą być wykorzystane w projektowaniu zastosowań technologicznych, rozwoju baz danych i w komputerowej symulacji procesów zachodzących w żeliwie sferoidalnym przy wytwarzaniu ADI. Proces ausferrytyzacji powoduje znaczne zmniejszenie przewodnictwa temperaturowego żeliwa ADI w porównaniu do wyjściowego żeliwa sferoidalnego w stanie po odlaniu, w temperaturowym zakresie stabilności struktury ausferrytycznej. Stwierdzono, że w miarę jak rośnie temperatura przemiany izotermicznej, przewodnictwo temperaturowe i przewodność cieplna maleją, mimo że rośnie ilość austenitu wzbogaconego w węgiel. Można to wyjaśnić wpływem drobnej, iglastej struktury ferrytu na charakterystyki transportu ciepła w badanym żeliwie sferoidalnym.
This article presents the methodology for exploratory analysis of data from microstructural studies of compacted graphite iron to gain knowledge about the factors favouring the formation of ausferrite. The studies led to the development of rules to evaluate the content of ausferrite based on the chemical composition. Data mining methods have been used to generate regression models such as boosted trees, random forest, and piecewise regression models. The development of a stepwise regression modelling process on the iteratively limited sets enabled, on the one hand, the improvement of forecasting precision and, on the other, acquisition of deeper knowledge about the ausferrite formation. Repeated examination of the significance of the effect of various factors in different regression models has allowed identification of the most important variables influencing the ausferrite content in different ranges of the parameters variability.
W pracy przeprowadzono kompleksową procedurę określenia optymalnych parametrów obróbki cieplnej żeliwa sferoidalnego z dodatkiem Ni, Cu, Mo i Mn poddanego hartowaniu z przemianą izotermiczną w celu uzyskania żeliwa ADI. Na podstawie skonstruowanych wykresów CTPc i CTPi wyznaczono podstawowe parametry obróbki – temperaturę i czas austenityzacji, krytyczną szybkość studzenia do temperatury przemiany izotermicznej oraz dla dowolnych, wybranych wartości temperatury ausferrytyzacji – czas ausferrytyzacji. Stwierdzono, że dla temperatury przemiany izotermicznej powyżej 400°C okno procesu jest zamknięte. Analiza wykresu CTPi stwarza możliwość doboru czasu przemiany izotermicznej w złożonych i cyklicznych wariantach obróbki cieplnej ADI.
EN
In the research, a complex procedure was performed to determine the optimal parameters of thermal treatment of ductile iron with Ni, Cu, Mo and Mn additions which underwent austempering in order to obtain the ADI cast iron. Based on the constructed CCT and TTT diagrams, the basic heat treatment parameters were determined, i.e. the austenitizing temperature and time, the critical rate of cooling down to the isothermal transformation temperature and – for the selected values of the austempering temperature – the austempering times. It was established that, for the isothermal transformation temperature above 400°C, the processing window is closed. The analysis of the TTT diagram makes it possible to select the time of the isothermal transformation in complex cyclic variants of the ADI thermal treatment.
Studies were carried out to determine the effect of heat treatment parameters on the plastic properties of unalloyed ausferritic ductile iron, such as the elongation and toughness at ambient temperature and at – 60°C. The effect of austenitizing temperature (850, 900 and 950°C) and ausferritizing time (5 - 180 min.) at a temperature of 360°C was also discussed. The next step covered investigations of a relationship that is believed to exist between the temperature (270, 300, 330, 360 and 390°C) and time (5, 10, 30, 60, 90, 120, 150, 180, 240 min.) of the austempering treatment and the mechanical properties of unalloyed ausferritic ductile iron, when the austenitizing temperature is 950°C. The “process window” was calculated for the ADI characterized by high toughness corresponding to the EN-GJS-800-10-RT and EN-GJS-900-8 grades according to EN-PN 1564 and to other high-strength grades included in this standard. Low-alloyed cast iron with the nodular graphite is an excellent starting material for the technological design of all the ausferritic ductile iron grades included in the PN-EN-1624 standard. The examined cast iron is characterized by high mechanical properties stable within the entire range of heat treatment parameters.
Na podstawie wyników badań dylatometrycznych przeprowadzono optymalizację doboru procesu i parametrów klasycznej jednostopniowej i wielostopniowej (lub nieizotermicznej) obróbki cieplnej ADI. Optymalizacja opiera się na analizie procesów obróbki cieplnej w warunkach laboratoryjnych i wykorzystuje korelację zmian objętościowych towarzyszących dekompozycji struktury ausferrytycznej w zakresie 400−650°C z ilością ferrytu iglastego α i austenitu wysokowęglowego γs (C), których proporcje determinują właściwości mechaniczne stopów. Wyniki analizy optymalizacji pozwoliły na dobór parametrów obróbki ADI rokujących uzyskanie właściwości wytrzymałościowych niemożliwych do uzyskania na drodze klasycznej jednostopniowej obróbki cieplnej ADI. Wyniki testów wytrzymałościowych nie potwierdziły jednak tych oczekiwań; bardzo dobre właściwości wytrzymałościowe Rm i A5, otrzymane na drodze obróbki wielostopniowej i nieizotermicznej, uzyskano również za pomocą obróbki jednostopniowej, przy odpowiednio dobranych parametrach.
EN
Based on the results of dilatometric investigations, parameters of standard single-step and multi-step (or non-isothermal) ADI heat treatment were optimised. The optimisation was based on analysis of the heat treatment processes simulated under laboratory conditions and used correlation between volume changes accompanying the decomposition of an ausferritic structure at 400−650°C and the amount of α acicular ferrite and γs (C) high-carbon austenite, the proportions of which determine the mechanical properties of alloys. Optimisation of the complex heat treatment of nodular cast iron predicts mechanical properties of ADI, impossible to obtain through the standard, single-step heat treatment. The results of mechanical tests have not confirmed the expectations; very good mechanical properties Rm and A5 obtained by multi-step and non-isothermal treatments, were also obtained by standard heat treatment with appropriately selected parameters.
This work presents continuous cooling transformation diagrams for different kinds of carbidic nodular cast iron. We investigated the cast iron, chemical composition of which in nodular cast iron allows the obtainment of a metal matrix which consists of: pearlite, upper bainite and its mixture with lower bainite, ausferrite and martensite when the casts were cooled in the mold. The influence of the rate of cooling on the obtained microstructure and hardness of the casts was shown. The work describes the influence of the alloy additives on the curves of austenite decomposition in the carbidic nodular cast iron. Diagrams were plotted which enable an understanding of the kinetics of the transformations of austenite in carbidic nodular cast iron. The diagrams also indicate the possibility of obtaining pearlite, bainite, martensite and ausferrite with the established chemical composition and the wall thickness of the cast.
PL
W pracy przedstawiono wykresy CTPc różnych rodzajów żeliwa sferoidalnego z węglikami. Zbadano żeliwo o składzie chemicznym zapewniającym uzyskanie w żeliwie sferoidalnym osnowy metalowej złożonej z: perlitu, bainitu górnego oraz jego mieszaniny z dolnym, ausferrytu i martenzytu przy studzeniu odlewów w formie. Pokazano wpływ szybkości studzenia na uzyskiwaną mikrostrukturę i twardość odlewów. Opisano wpływ dodatków stopowych na krzywe rozpadu austenitu w żeliwie sferoidalnym z węglikami. Opracowane wykresy umożliwią poznanie kinetyki przemian austenitu w żeliwie sferoidalnym z węglikami oraz ocenę możliwości uzyskania perlitu, bainitu, martenzytu i ausferrytu przy zadanym składzie chemicznym oraz grubości ściany odlewu.
The here in paper contains the results of investigations on a new type of cellulose blend used for the manufacture of profiles applied in the process of making gating systems in the foundry industry. A standard cellulose profile was subjected to an experiment. During the experiment the profile was filled with a liquid cast iron and at the same time the temperatures of the liquid metal crystallizing inside the profile were measured as well as the temperature of the outer layer of the profile was controlled. Further, the microstructure of the cast iron, which crystallized out inside the cellulose profile, was analysed and the cellulose, thermally degraded after the experiment, was verified with the use of the chemical analysis method. Moreover, a quality analysis of the original as well as the degraded cellulose profile was run with the use of the FTIR infrared spectroscopy. The presented results revealed that the cellulose blend is aluminium silicate enriched and contains organic binder additives. The cast iron, which crystallized out, tended to have an equilibrium pearlitic structure with the release of graphite and carbides. The generation of disequilibrium ausferrite phases was also observed in the structure.
The work presents the results of the studies of the effect of the temperature on the microstructure of ausferritic nodular cast iron. The ausferrite in the matrix was obtained by way of a specific combination of molybdenum and copper. The cast iron underwent annealing at the temperatures of 520, 550 and 580°C. The work presents the effect of the annealing temperature on the fraction of austenite in the cast iron matrix. The annealed and non-annealed cast iron hardness is given. The work also proves that an increase in the temperature up to 580°C causes a drop in the cast iron hardness.
This article presents new kinds of carbidic ductile cast iron with different microstructures of the metal matrix. This cast iron was obtained using the Inmold method nodularisation which guarantees strong refining of graphite and the metal matrix components. A different microstructure of the metal matrix of the cast iron was obtained without any thermal treatment (unwrought) by a suitable composition of alloy additives. It was shown that by adding molybdenum, chromium, nickel and copper it is possible to obtain in the cast iron metal matrix consisting of upper bainite, its mixture with lower bainite or ausferrite in the casts with the wall thickness of 3/25 mm. The process of cast iron crystallization is presented and described with the help of the thermal and derivative analysis (TDA) curves. It also shows the thermal effects from transformation of austenite in solid state.
PL
W arty kule przedstawiono nowe rodzaje żeliwa sferoidalnego z węglikami o różnej mikrostrukturze osnowy metalowej. Żeliwo to otrzymano stosując sferoidyzację metodą Inmold. zapewniającą dużą liczbę kulek grafitu i rozdrobnienie składników osnowy metalowej. Różną mikrostrukturę osnowy metalowej żeliwa otrzymywano bez stosowania obróbki cieplnej (w stanie surowym) poprzez odpowiednią kombinację ilościową dodatków stopowych. Wykazano, że dodatek molibdenu, chromu, niklu i miedzi w żeliwie sferoidalnym pozwala uzyskać osnowę metalową złożoną z bainitu górnego, jego mieszaniny z dolnym lub ausferrytu w odlewach o grubości ściany 3-25 mm. Proces krystalizacji żeliwa przedstawiono i opisano za pomocą krzywych analizy termicznej i derywacyjnej (ATD). Pokazano efekty cieplne od przemiany austenitu w stanie stałym.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The purpose of the present paper is to demonstrate how a thermodynamic method can be used for solving a problem of the decarburisation of bainite laths and carbon diffusion distances in the matrix of ADI. This should in principle enable to examine the partitioning of carbon from supersaturated ferrite laths into adjacent austenite and the carbon content in retained austenite using analytical method. The paper presents an investigation of the time required for the diffusion of carbon out of supersaturated laths of ferrite into the retained austenite. A consequence of the precipitation of cementite from austenite during austempering is that the growth of bainitic ferrite can continue to larger extent and that the resulting microstructure is not an ausferrite but it is a mixture of bainitic ferrite, retained austenite and carbides. In case of this microstructure the product of austempering reaction in ductile iron is rather bainite than “ausferrite”.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono wyniki badań mikrostruktury żeliwa sferoidalnego w stanie odlanym oraz po dwustopniowej obróbce cieplnej (austenityzacja w 900°C i wygrzewanie izotermiczne w 280, 330 i 380°C). Za pomocą programu komputerowego LUCIA oceniono cechy morfologii grafitu oraz osnowy metalowej. Metodą spektroskopii Mössbauera dokonano oceny składu osnowy żeliwa ADI, co umożliwiło określenie udziału austenitu wykazującego właściwości paramagnetyczne. Wyniki tych pomiarów, w połączeniu z wynikami badań kalorymetrycznych pozwoliły na dokonanie opisu procesów przebiegających podczas wygrzewania izotermicznego. Na wykresach kalorymetrycznych podczas nagrzewania żeliwa ADI stwierdzono obecność silnego efektu egzotermicznego, którego początek przemieszcza się od 468°C do 489°C w miarę podwyższania temperatury wygrzewania izotermicznego. Wartość entalpii tego efektu zmienia się proporcjonalnie do zmiany udziału austenitu w żeliwie skutkiem obróbki cieplnej. Na tej podstawie stwierdzono, że proces powstawania osnowy żeliwa, składającej się z ferrytu i stabilnego, przesyconego węglem austenitu, ma charakter endotermiczny i wymaga dostarczenia energii do układu.
EN
This paper gives the results of microstructure investigations of ductile cast iron in as-cast condition and after two-stage heat treatment (austenitisation at 900°C and isothermal soaking at 280, 330 and 380oC). The morphological features of graphite and metallic matrix were determined using LUCIA software. The Mössbauer spectroscopy method was used to determine the composition of ADI cast iron matrix, which enabled the determination of the share of austenite which demonstrated paramagnetic properties. In combination with the results of calorimetric investigations, the results of these measurements enabled the processes occurring during isothermal soaking to be described. While heating ADI cast iron, the presence of strong exothermal effect, the beginning of which transferred from 468°C to 489°C as the isothermal soaking temperature was increasing, was found on calorimetric diagrams. The enthalpy value of this effect changes in proportion to the change in the share of austenite in cast iron as a result of heat treatment. Based on that, it was found that formation of cast iron matrix consisting of ferrite and stable carbon supersaturated austenite is of endothermic nature and requires the supply of energy to the system.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In this paper chromium to 1,00% and copper to 1,50% influence at constant molybdenum content of about 1,50% on the nodular cast iron with carbides microstructure has been presented. It was found, that as a result of synergic addition of above-mentioned elements there is the possibility obtaining an ausferrite in nodular cast iron with carbides castings. Conditions have been given, when in nodular cast iron with carbides at cooling at first in the form, then air-cooling austenite transformation to upper bainite, its mixture with lower bainite, martensite or ausferrite takes place. Transformations proceed during cooling and the crystallization of cast iron have been determined and the casting hardness has been presented.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The investigation was carried out to examine the influence of temperature and times of austempering process on the maximum extend to which the ausferritic reaction can proceed and the carbon content in retained austenite. Specimens prepared from ductile cast iron were austenitised at 950°C for 60 minutes and austempered at four temperatures: 250, 300, 350 and 400°C. The samples were austempered at these temperatures for 15, 30, 60, 120 and 240 minutes and finally quenched to ambient temperature. Volume fractions of retained austenite and carbon concentration in the residual austenite have been observed by using X-ray diffraction. Additionally, carbon concentration in the residual austenite was calculated using volume fraction data of austenite and a model developed by Bhadeshia based on the McLellan and Dunn quasi-chemical thermodynamic model. It was found that the obtained extend of ausferritic transformation is only possible when the microstructure consists of not only ausferrite but additionally precipitated carbides.
Zaprojektowano i wykonano kalorymetr izotermiczny, pozwalający na wytworzenie w skali laboratoryjnej żeliwa ausferytycznego (ADI) oraz na równoczesną rejestrację efektów cieplnych związanych z przemianami fazowymi, zachodzącymi podczas hartowania z przemianą izotermiczną. Przeprowadzono kalibrację urządzenia za pomocą czystych pierwiastków (wzorców) o znanych właściwościach termofizycznych w zakresie temperatury pracy kalorymetru izotermicznego 250-450°C oraz wyznaczono podstawowe charakterystyki aparaturowe nowego urządzenia. Wykonano badania sprawdzające działanie kalorymetru.
EN
An isothermal calorimeter has been designed and made. It allows to produce ausferritic cast iron (ADI) on a laboratory scale and simultaneously to register the thermal effects connected with the phase changes taking place during hardening with isothermal transormation. The calibration of the installation has been carried out by using the pure elements (standards) with the known thermophysical properties in the range of the operating temperature of an isothermal calorimeter, it means 250-450°C and the basic characteristics of the new installation have been determined. Tests controlling the operation of the calorimeter have been carried out.
W pracy przedstawiono terminologie związane z żeliwem poddanym hartowaniu z przemianą izotermiczną (ADI), jego mikrostrukturę oraz właściwości mechaniczne. Omówiono możliwość sterowania strukturą tego żeliwa oraz wynikającymi z niej właściwościami mechanicznymi oraz wskazano na różnice w budowie ausferrytu i bainitu w żeliwie ADI. Pokazano zastosowanie żeliwa ADI na odlewy koła przeznaczonego do pracy suwnicy mechanicznej.
EN
The various the terminology of the austempered ductile iron (ADI) process and microstructure as well as mechanical properties are presented in the work. The steering possibilities of microstructure of ADI and consequential of its mechanical properties such as the different types ausferrite and bainite in cast iron have been described. The application of austempered ductile iron has been shown.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.