FEATURES OF CHROMIUM DOPING OF WEAR-RESISTANT CAST IRON

The aim of this work analysis of the influence of chromium on the process of carbide formation, changes in chemical composition of the metal substrate in the areas adjacent to the carbides and at the hardness of iron while economy nickel and manganesealloying

THE INFLUENCE OF CHEMICAL COMPOSITION ON THE CORROSION RATE OF HIGH-CHROMIUM CAST IRON

The influence of the chemical composition on the corrosion rate of high-chromium cast iron was researched. During the castings’ cooling process the replacement of the atoms of nickel, iron and manganese by the atoms of chromium in the carbides took place. As a result, the areas with reduced chromium content were formed near carbides. After decreasing the chromium content in these areas below 12% the corrosion processes activated. Using the mathematical experimental design techniques the regression dependence between the corrosion rate of the cast irons and content of C, Cr, Mn and Ni in them was established. The conducted research showed that the minimum corrosion rate was observed in the cast iron containing: 1.09% C, 25.57% Cr, 0.6% Mn and 1.87% Ni. The obtained results allow predicting the corrosion rate of the high-chromium cast irons alloyed with Mn and Ni and may be used while establishing the new compositions of wear-resistant materials

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

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

FEATURES OF MANGANESE ALLOYING OF WEAR RESISTANT HIGH CHROME CAST IRON

The influence of alloying by manganese on the structure and hardness of high-chromium wear-resistant cast iron was investigated

ВПЛИВ ХІМІЧНОГО СКЛАДУ ЧАВУНУ НА РОЗПОДІЛ Mn ПОМІЖ ФАЗАМИ

Purpose. This paper focuses on obtaining the dependencies of the manganese content in the metallic base (Mno) and its interphase distribution coefficient (KPMn) on the cast iron’s chemical composition in the system Fe–C–Cr – Ni –Mn. Methodology. The cast irons containing 1.09…3.91% С, 0.6…5.4 % Mn, 11.43…25.57 % Crand 0.19…3.01 % Ni have been studied. The active experiment design techniques were applied to build a mathematical model of manganese distribution. Cast iron was smelted in the induction furnace with the capacity of 60 kg, with basic lining.Findings.Manganese, being a carbide-forming element, distributed between carbides and the metallic base. With the use of the mathematical statistics methods, regression dependencies of the manganese concentration in the base and its interphase distribution coefficient on the С, Mn, Cr and Ni content in the cast iron were established. The manganese concentration in the base varied from 0.37 % at 1.09 % С, 0.6 % Mn, 11.43 % Cr and 3.01 % Ni to 5.79 % at1.09% С, 5.4 % Mn, 25.57 % Cr and 0.19 % Ni. The minimum value of the interphase distribution coefficient was 0.16 in the cast iron containing 1.09 % С, 0.6 % Mn, 25.57 % Cr and 3.01 % Ni. When the КРMn coefficient values were lower than 1, manganese concentrated predominantly in the metallic base. The maximum value of the КРMn coefficient was 2.48 at 3.91 % С, 0.6 % Mn, 11.43 % Cr and 0.19 % Ni. The manganese distribution pattern was determined by the carbides’ quantity and chromium and carbon ratio that determined the carbide type. The carbides’ composition was formed as a result of carbide-forming elements contention. Originality. Regression dependencies of the manganese content in the base and its interphase distribution coefficient on the cast iron’s chemical composition in the system Fe–C–Cr – Ni –Mn have been obtained. The dependency of the manganese distribution on the carbide forming processes has been established. Practical value. The obtained dependencies allow predicting the manganese content in the metallic base and may be used during the elaboration of the new wear resistant cast irons compositions.Цель. В научной работе предполагается рассмотреть получение зависимостей содержания марганца в металлической основе (Mno) и коэффициента его межфазного распределения (KPMn) от химического состава чугуна в системе Fe–C–Cr–Ni–Mn. Методика. Исследовали чугуны, содержащие 1,09…3,91 % С, 0,6…5,4 % Mn, 11,43…25,57 % Crи 0,19…3,01 % Ni. Для построения математической модели распределения марганца использовали метод активного планирования эксперимента. Чугун выплавляли в индукционной печи с основной футеровкой емкостью 60 кг. Результаты. Марганец, являясь карбидообразующим элементом, распределялся между карбидами и металлической основой. При помощи методов математической статистики установлены регрессионные зависимости концентрации марганца в основе и коэффициента его межфазного распределения от содержания в чугуне С, Mn, Cr и Ni. Концентрация марганца в основе изменялась от 0,37 % при 1,09 % С, 0,6 % Mn, 11,43 % Cr и 3,01 % Niдо 5,79 % при 1,09 % С, 5,4 % Mn, 25,57 % Cr и 0,19 % Ni. Минимальное значение коэффициента межфазного распределения составило 0,16 в чугуне, содержащем 1,09 % С, 0,6 % Mn, 25,57 % Cr и 3,01 % Ni. При значениях коэффициента КРMnменьше 1, марганец преимущественно концентрировался в металлической основе. Максимальное значение коэффициента КРMn, составило 2,48 при 3,91 % С, 0,6 % Mn, 11,43 % Crи 0,19 % Ni. Характер распределения марганца определялся количеством карбидов и соотношением хрома и углерода, определяющим тип карбида. Состав карбидов формировался в результате конкурирования карбидообразующих элементов. Научная новизна. Получены регрессионные зависимости содержания марганца в основе и коэффициента его межфазного распределения от химического состава чугуна в системе Fe–C–Cr–Ni–Mn. Установлена зависимость распределения марганца от процессов формирования карбидов. Практическая значимость. Полученные зависимости позволяют прогнозировать содержание марганца в металлической основе и могут быть использованы при разработке новых составов износостойких чугунов.Мета. У науковій роботі передбачається розглянути отримання залежностей вмісту марганцю в металевій основі (Mno) та коефіцієнта його розподілу поміж фазами (KPMn) від хімічного складу чавуну в системі Fe–C–Cr–Ni–Mn. Методика. Досліджували чавуни, які містили 1,09…3,91 % С, 0,6…5,4 % Mn, 11,43…25,57 % Cr та 0,19…3,01 % Ni. Для побудови математичної моделі розподілу марганцю застосували метод активного планування експерименту. Чавун плавили в індукційній печі з лужною футеровкою ємністю 60 кг. Результати. Марганець як елемент, що утворює карбіди, розподілявся поміж карбідами та металевою основою. Використовуючи методи математичної статистики, були встановлені регресійні залежності концентрації марганцю в основі та коефіцієнт його розподілу поміж фазами від вмісту в чавуні С, Mn, Cr та Ni. Концентрація марганцю в основі змінювалась від 0,37 % при 1,09 % С, 0,6 % Mn, 11,43 % Cr та 3,01 % Ni до 5,79 % при 1,09 % С, 5,4 % Mn, 25,57 % Cr та 0,19 % Ni. Мінімальна величина коефіцієнту розподілу склала 0,16 в чавуні, якій містив 1,09 % С, 0,6 % Mn, 25,57 % Cr и 3,01 % Ni. Якщо величина коефіцієнту КРMn була менше 1, то марганець переважно концентрувався в металевій основі. Максимальна величина коефіцієнту КРMn склала 2,48 при 3,91 % С, 0,6 % Mn, 11,43 % Cr и 0,19 % Ni. Розподіл марганцю залежав від кількості карбідів та співвідношення хрому до вуглецю, що визначало тип карбіду. Склад карбідів формувався внаслідок конкурування елементів, що утворювали карбіди. Наукова новизна. Отриманні регресивні залежності вмісту марганцю в металевій основі та коефіцієнта його розподілу поміж фазами від хімічного складу чавуну в системі Fe–C–Cr–Ni–Mn. Встановлена залежність розподілу марганцю від процесів формування карбідів. Практична значимість. Отримані залежності дозволяють прогнозувати вміст марганцю в металевій основі та можуть бути використані при розробці зносостійких чавунів нового складу

INFLUENCE OF THE CAST IRON’S CHEMICAL COMPOSITION ON THE CONTENT OF CR IN THE BASE AFTER NORMALIZATION FROM 1050 C

The dependences of the influence of the chemical composition of cast iron in the Fe-Cr-Mn-Ni system on the chromium cotent in the metal base (Cr1050о) and carbides (Cr1050Cr) after normalization from 1050 °C with aging for 4.5 hours were established. During the heat treatment of the castings, a redistribution of the elements between the phases of the cast iron occurred. The maximum chromium concentration in the base after normalization was 19.7% at 1.09% C, 3.1% Mn, 25.5% Cr and 0.19% Ni, and the minimum 2.4% at 3.91% C, 0.6% Mn, 11.43% Cr and 0.19% Ni. The maximum amount of chromium in carbides 78.4% was observed in cast iron containing 1.09% C, 5.4% Mn, 3.01% Ni and 25.57% Cr, and the minimum 43.5% at 3.59% C, 5.4% Mn, 3.01% N and11.43% Cr. The obtained dependencies allow predicting the chromium content in the metallic base and can be used during the elaboration of new compositions for wear-resistant cast iron, as well as at choice of heat treatment regimes

ВПЛИВ ХІМІЧНОГО СКЛАДУ ЧАВУНУ НА РОЗПОДІЛ CR ПОМІЖ ФАЗАМИ ПІСЛЯ ВІДПАЛУ ПРИ 690 °С

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.Цель. В научной работе необходимо установить влияние химического состава Fe–C–Cr–Mn–Ni чугуна на содержание хрома в металлической основе, карбидах, а также коэффициент межфазного распределения хрома после отжига при 690 °С (КРCr690). Методика. Исследовали чугуны, содержащие 1,09–3,91 % С; 11,43–25,57 % Cr; 0,6–5,4 % Mn; 0,19–3,01 % Ni и 0,8–1,2 % Si. Анализ распределения хрома производили с использованием методов математической статистики. Чугун выплавляли в индукционной печи емкостью 60 кг. Результаты. Применение методов активного планирования эксперимента 24-1 позволило установить регрессионные зависимости концентрации хрома в основе и карбидах, а также коэффициент его межфазного распределения от содержания в чугуне С, Cr, Mn и Ni. Хром после отжига преимущественно концентрировался в карбидах. Содержание хрома в основе изменялась от 3,94 % при 3,23 % С, 5,4 % Mn, 11,43 % Cr и 3,01 % Ni – до 17,43 % при 1,09 % С, 0,60 % Mn, 25,57 % Cr и 1,32 % Ni. Минимальное значение коэффициента распределения КРCr690 составило 2,1 в чугуне состава 1,09 % С, 0,6 % Mn, 11,43 % Cr и 0,19 % Ni, а максимальное – 9,4 при 3,91 % С, 0,6 % Mn, 11,43 % Cr и 3,01 % Ni. Распределение хрома определялось количеством и типом образующихся карбидов. В процессе отжига состав карбидов формировался в результате конкурирования карбидообразующих элементов и замещения атомов железа и марганца атомами хрома. Научная новизна. Авторами получены регрессионные зависимости содержания хрома в основе, карбидах и коэффициент его межфазного распределения от химического состава Fe–C–Cr–Mn–Ni чугуна после отжига при 690 °С. Практическая значимость. Полученные зависимости позволяют прогнозировать содержание хрома в металлической основе и могут быть использованы при разработке новых составов износостойких чугунов, а также при выборе режимов термической обработки.Мета. У науковій роботі необхідно встановити вплив хімічного складу Fe–C–Cr–Ni–Mn чавуну на вміст хрому в металевій основі та карбідах, а також коефіцієнт розподілу хрому поміж фазами після відпалу при 690 °С (КРCr690). Методика. Досліджували чавуни, які містили 1,09–3,91 % С; 11,43–25,57 % Cr; 0,6–5,4 % Mn; 0,19–3,01 % Ni та 0,8–1,2 % Si. Аналіз розподілу хрому виконували з використанням методів математичної статистики. Чавун плавили в індукційній печі ємністю 60 кг. Результати. Використання методу активного планування експерименту з матрицею 24-1 дозволило визначити регресійні залежності концентрації хрому в основі та карбідах, а також коефіцієнт його розподілу поміж фазами від вмісту в чавуні С, Cr, Mn та Ni. Хром після відпалу переважно концентрувався в карбідах. Вміст хрому в основі змінювався від 3,94 % при 3,23 % С, 5,4 % Mn, 11,43 % Cr та 3,01 % Ni – до 17,43 % при 1,09 % С, 0,60 % Mn, 25,57 % Cr та 1,32 % Ni. Найменше значення коефіцієнту розподілу КРCr690 дорівнювало 2,1 в чавуні, який містив 1,09 % С, 0,6 % Mn, 11,43 % Cr та 0,19 % Ni, а найбільше – 9,4 при 3,91 % С, 0,6 % Mn, 11,43 % Cr та 3,01 % Ni. Розподіл хрому визначався кількістю та типом карбідів, що утворювались. Під час відпалу склад карбідів змінювався внаслідок конкурування елементів, що утворюють карбіди, і заміщенням атомів заліза та марганцю на атоми хрому. Наукова новизна. Авторами отримані регресивні залежності вмісту хрому в основі, карбідах та коефіцієнт його розподілу поміж фазами від хімічного складу Fe–C–Cr–Ni–Mn чавуну після відпалу при 690 °С. Практична значимість. Отримані залежності дозволяють прогнозувати вміст хрому в металевій основі та можуть бути використані при розробці нових складів зносостійких чавунів, а також при виборі режимів термічної обробки