INFLUENCE OF THE CAST IRON’S CHEMICAL COMPOSITION ON THE INTERPHASE DISTRIBUTION OF CR AFTER ANNEALING AT 690 °C

V. V. Netrebko, I. P. Volchok

Abstract


Purpose. The article is aimed to determine effect of the chemical composition of Fe-C-Cr-Mn-Ni cast iron on the chromium content in the metallic base, carbides and the coefficient of interphase distribution of chromium after annealing at 690 ° С (КРСr690). Methodology. Cast irons containing 1.09–3.91% C; 11.43–25.57% Cr; 0.6–5.4% Mn; 0.19–3.01% Ni and 0.8–1.2% Si were investigated. The analysis of chromium distribution was carried out using mathematical statistics methods. Cast iron was melted in induction furnace with a capacity of 60 kg. Findings. The use of methods of active planning of the experiment 24-1 allowed us to establish regression dependencies of the chromium concentration in the base and carbides, as well as its interphase distribution coefficient on the С, Mn, Cr and Ni content in the cast iron. Chromium, after annealing, was mainly concentrated in carbides. The chromium content of the base varies from 3.94% at 3.23% C, 5.4% Mn, 11.43% Cr and 3.01% Ni to 17.43% at 1.09% C, 0.60% Mn, 25.57% Cr and 1.32% Ni. The minimum value of the distribution coefficient of CRC690 was 2.1 in cast iron, of composition 1.09% C, 0.6% Mn, 11.43% Cr and 0.19% Ni, maximum 9.4 at 3.91% C, 0, 6% Mn, 11.43% Cr and 3.01% Ni. The distribution of chromium was determined by the amount and type of carbides formed. During annealing, the carbides’ composition was formed as a result of carbide-forming elements contention and replacement of iron and manganese atoms by chromium atoms. Originality. Authors obtained regression dependences of the chromium content in the base, carbides and its interfacial distribution coefficient on the chemical composition of Fe-C-Cr-Mn-Ni cast iron after annealing at 690 ° C. Practical value. The obtained dependencies allow predicting the chromium content in the metallic base and may be used during the elaboration of the new wear resistant cast irons compositions, as well as in the choice of heat treatment regimes.


Keywords


cast iron; chromium; distribution; carbide; metallic base

References


Vakulenko, I.O. (2010). Strukturnyi analiz v materialoznavstvi. Dnipropetrovsk: Makovetskyi.

Kutsova, V. Z., Kovzel, M. A., Kravchenko, A. V., & Zhivotovich, A. V. (2007). Vliyaniye rezhemov termicheskoy obrabotki na raspredeleniye legiryshchekh elementov v vysokokhromistom chugune. Metal Science and Heat Treatment, 3 (2), 33-51.

Volchok, I.P., Netrebko, V. V. (2015). Effect of alloying and heat treatment on the distribution of the elements and properties of high chrome cast iron. Scientific bulletin of DSEA, 3 (18Е), 52-59.

Alloy cast iron for castings of special properties. Grades, State Standard 7769-82 (1982).

Gudremon, E. (1966). Spetsialnyye stali (Vol. 1).Moscow: Metallurgiya.

Gulyaev, A. P. (1978). Metallovedeniye.Moscow: Metallurgiya.

Kutsova, V. Z., Kovzel, M. A., & Kravchenko, A. V. (2008). Vliyaniye temperatury nagreva na formirovaniye struktury, fazovyy sostav i svoystva vysokokhromistykh chugunov v iskhodnom i termoobrabotannom sostoyanii. Physical Metallurgy and Heat Treatment of Metals, 1, 35-50.

Malakhov, A. I., & Zhukov, A. P. (1978). Osnovy metallovedeniya i teorii korrozii.Moscow: Vysshaya shkola.

Еfremenko, V. G., Cheiliakh, О. P., Kozarevska, T. V., Shimizu, K., Chabak, Y. G., & Efremenko, О. V. (2014). Phase chemical elements distribution in complex-alloyed white cast iron. Reporter of the Priazovskyi state technical university. Section: Technical sciences, 28, 89-99.

Netrebko, V. V. (2016). About the issue of carbides Fe3C and Fe7C3 formation in high-chromium cast irons. Science and Transport Progress, 3 (63), 138-147. doi: 10.15802/stp2016/74736

Netrebko, V. V., Volchok, I. P. (2016). Peculiarities of heat treatment of high-chromium cast irons alloyed by Mn and Ni. Innovative materials and technologies in metallurgy and mechanical engineering, 1, 53-57.

Silman, G. I. (2005). Diagramma sostoyaniya splavov sistemy Fe-C-Mn i nekotoryye strukturnyye effekty v etoy sisteme. Mezhfaznoye raspredeleniye margantsa. Metal Science and Heat Treatment, 2, 11-15.

Kirillov, A. A., Belov, V. D., Rozhko, Y. V., Diadkova, A. Y., & Zueva, I. E. (2007). Strukturno i nestrukturno chuvstvitelnyye svoystva khromistykh chugunov. Stahl und Eisen, 9, 7-13.

Chabak, Y. G., Еfremenko, V. G., & Stanishevskiy, R. R. (2011). Structure changes in the complex-alloyed white cast iron during destabilizing heating. Bulletin of Dniproperovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, 38, 229-232.

Cheylyakh, A. P. (2003). Ekonomnolegirovannye metastabilnyye splavy i uprochnyayushchiye tekhnologii. Kharkov: National Science Center Kharkov Institute of Physics and Technology.

Tsypin, I. I. (1983). Belyye iznosostoykiye chuguny. Struktura i svoystva. Moscow: Metallurgiya.

Tsypin, I. I. (2000). Belyye iznosostoykiye chuguny – evolyutsiya i perspektivy. Foundry, 9, 15-16.

Kopyciński, D., Kawalec, M., Szczęsny, A., Gilewski, R., & Piasny, S. (2013). Analysis of the Structure and Abrasive Wear Resistance of White Cast Iron with Precipitates of Carbides. Archives of Metallurgy and Materials, 58 (3), 973-976. doi: 10.2478/amm-2013-0113

Belikov, S., Volchok, I., & Netrebko, V. (2013). Manganese influence on chromium distribution in high-chromium cast iron. Archives of Metallurgy and Materials, 58 (3), 895-897. doi: 10.2478/amm-2013-0095

Gierek, A., & Bajka, L. (1976). Zeliwo stopowe jako tworzywo konstrukcyjne.Katowice: Slask Publ.


GOST Style Citations


  1. Вакуленко, І. О. Структурний аналіз в матеріалознавстві / І. О. Вакуленко. – Дніпропетровськ : Маковецький, 2010. – 124 с.
  2. Влияние режимов термической обработки на перераспределение легирующих элементов в высокохромистом чугуне / В. З. Куцова, М. А. Ковзель, А. В. Кравченко, А. В. Животович // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2007. – № 3, ч. 2. – С. 33–51.
  3. Волчок, И. П. Влияние легирования и термической обработки на распределение элементов и свойства высокохромистых чугунов / В. В. Нетребко, И. П. Волчок // Науч. вестн. Донбас. гос. машиностр. акад. : сб. науч. тр. / Донбас. гос. машиностр. акад. – Краматорск, 2015. – № 3 (18Е). – С. 52–59.
  4. ГОСТ 7769-82. Чугун легированный для отливок со специальными свойствами. Марки. – Введ. 1983–01–01. – Москва : Изд-во стандартов,1982. – 15 с.
  5. Гудремон, Э. Специальные стали / Э. Гудремон. – Москва : Металлургия, 1966. – Т. 1. – 736 с.
  6. Гуляев, А. П. Металловедение / А. П. Гуляев. – Москва : Металлургия, 1978. – 648 с.
  7. Куцова, В. З. Влияние температуры нагрева на формирование структуры, фазовый состав и свойства высокохромистых чугунов в исходном и термообработанном состоянии / В. З. Куцова, М. А. Ковзель, А. В. Кравченко // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2008. – № 1. – С. 35–50.
  8. Малахов, А. И. Основы металловедения и теории коррозии / А. И. Малахов, А. П. Жуков. – Москва : Высш. шк., 1978. – 192 с.
  9. Межфазное распределение химических элементов в комплексно-легированном белом чугуне / В. Г. Ефременко, А. П. Чейлях, Т. В. Козаревская, К. Шимидзу, Ю. Г. Чабак, А. В. Ефременко // Вісн. Приазов. держ. техн. ун-ту. Серія: Технічні науки : зб. наук. пр. / Приазов. держ. техн. ун-т. – Маріуполь, 2014. – Вип. 28. – С. 89–99.
  10. Нетребко, В. В. К вопросу образования карбидов Fe3C и Fe7C3 в высокохромистых чугунах / В. В. Нетребко // Наука та прогрес транспорту. – 2016. – № 3 (63). – С. 138–147. doi: 10.15802/stp2016/74736.
  11. Нетребко, В. В. Особенности термической обработки высокохромистых чугунов легированных Mn и Ni / В. В. Нетребко, И. П. Волчок // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. – 2016. – № 1. – С. 53–57.
  12. Сильман, Г. И. Диаграмма состояния сплавов системы Fe–C–Mn и некоторые структурные эффекты в этой системе. Ч. 1. Межфазное распределение марганца / Г. И. Сильман // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2005. – № 2. – С. 11–15.
  13. Структурно и неструктурно чувствительные свойства хромистых чугунов / А. А. Кириллов, В. Д. Белов, Е. В. Рожкова, А. Ю. Дядькова, И. Е. Зуев // Черные металлы. – 2007. – № 9 – С. 7–13.
  14. Чабак, Ю. Г. Структурные изменения в комплекснолегированном белом чугуне при дестабилизирующем нагреве / Ю. Г. Чабак, В. Г. Ефременко, Р. Р. Станишевский // Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Дніпропетровськ, 2011. – Вип. 38. – С. 229–232.
  15. Чейлях, А. П. Экономнолегированные метастабильные сплавы и упрочняющие технологии / А. П. Чейлях. – Харьков : ННЦ ХФТИ, 2003. – 212 с.
  16. Цыпин, И. И. Белые износостойкие чугуны. Структура и свойства / И. И. Цыпин. – Москва : Металлургия, 1983. – 176 с.
  17. Цыпин, И. И. Белые износостойкие чугуны – эволюция и перспективы / И. И. Цыпин //Литейное пр-во. – 2000. – № 9. – С. 15–16.
  18. Analysis of the Structure and Abrasive Wear Resistance of White Cast Iron With Precipitates of Carbides / D. Kopyciński, M. Kawalec, A. Szczęsny, R. Gilewski, S. Piasny // Archives of Metallurgy and Materials / Institute of metallurgy and materials science of Polish academy of sciences. – 2013. – Vol. 58. – Iss. 3. – P. 973–976. doi: 10.2478/amm-2013-0113.
  19. Belikov, S. Manganese influence on chromium distribution in high-chromium cast iron / S. Belikov, I. Volchok, V. Netrebko // Archives of Metallurgy and Materials / Institute of metallurgy and materials science of Polish academy of sciences. – 2013. – Vol. 58. – Iss. 3. – Р. 895–897. doi: 10.2478/amm-2013-0095.
  20. Gierek, A. Zeliwo stopowe jako tworzywo konstrukcyjne / A. Gierek, L. Bajka. – Katowice : Slask, 1976. – 230 p.


DOI: https://doi.org/10.15802/stp2017/109583

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN 2307–3489 (Print)
ІSSN 2307–6666 (Online)