Вплив режиму відпалу на мікроструктуру і твердість високохромистих чавунів з підвищеним вмістом аустенітообразующіх елементів

The effect of annealing regimes on the microstructural state and hardness of high-chromium cast irons with an increased content of Mn and Ni is investigated. It is shown that when heated to temperatures of 750 and 950 оС and cooled at speeds from 150 to 20 оС / ч in cast iron, the ferrite-carbide matrix with granular carbides does not form. The hardness of cast iron as a result of this annealing is 46-61 HRC, which does not meet the requirements of ensuring high machinability by cutting.В работе исследовано влияние режимов отжига на микроструктурное состояние и твердость высокохромистых чугунов, с повышенным содержанием Mn и Ni. Показано, что при нагреве до температур 750 и 950 оС и охлаждении со скоростями от 150 до 20 оС/ч в чугунах не происходит формирования феррито-карбидной матрицы с зернистыми карбидами. Твердость чугунов в результате такого отжига составляет 46-61 HRC, что не соответствует требованиям обеспечения высокой обрабатываемости резанием.В роботі досліджено вплив режимів відпалу на мікроструктурними стан і твердість високохромистих чавунів, з підвищеним вмістом Mn і Ni. Показано, що при нагріванні до температур 750 і 950 ° С і охолодженні зі швидкостями від 150 до 20 ° С / год в чавунах не відбувається формування ферріто-карбідної матриці з зернистими карбидами. Твердість чавунів в результаті такого відпалу становить 46-61 HRC, що не відповідає вимогам забезпечення високої оброблюваності різанням

Зміна микроструктурного стану чавуну чх16м2 при термічній обробці.

В работе исследовано кинетика высокотемпературной дестабилизирующей термообработки, а также превращения первородного аустенита в области субкритических температур. Показано, что результатом таких обработок являются значительные изменения в структуре и твердости чугуна. Установлено, что кинетика фазово-структурных превращений описывается двумя «С»-образными диаграммами с минимальными областями устойчивости, соответствующими 950 и 600 оС. В роботі досліджено кінетику високотемпературної дестабілізує термообробки, а також перетворення первородного аустеніту в області субкритичних температур. Показано, що результатом таких обробок є значні зміни в структурі і твердості чавуну. Встановлено, що кінетика фазово-структурних перетворень описується двома «С» подібними діаграмами з мінімальними областями стійкості, відповідними 950 і 600 оС

TO SELECTION OF TECHNOLOGICAL SCHEME OF SOFTENING HEAT TREATMENT FOR HIGH CHROMIUM CAST IRON

Purpose. High chromium cast irons with austenitic matrix have low machinability. The aim of work is search of new energy-saving modes of preliminary softening heat treatment enhancing the machinability of castings by forming an optimum microstructure. Methodology. Metallographic analysis, hardness testing and machinability testing are applied. Findings. It was found out that high temperature annealing with continuous cooling yields to martensite-austenite matrix in cast iron 270Х15Г2Н1MPhT, which abruptly affects the machinability of cast iron. Significant improvement of machinability is achieved by forming of structure "ferrite + granular carbides" and by decline of hardness to 37-39 HRC in the case of two-stage isothermal annealing in the subcritical temperature range or by the use of quenching and tempering (two-step or cyclic). Originality. It was found that the formation of the optimal structure of the matrix and achievement of desired hardness level needed for improving machinability of high chromium cast iron containing 3 % austenite-forming elements, can be obtained: 1) due to pearlite original austenite followed by spherodization eutectoid carbides, and 2) by getting predominantly martensite structure followed by the decay of martensite and carbides coagulation at high-temperature tempering. Practical value. The new energy-saving schemes of softening heat treatment to ensure the growth of machinability of high chromium cast iron, alloyed by higher quantity of austenite forming elements, are proposed

ВПЛИВ ЛЕГУВАННЯ НА ТЕМПЕРАТУРУ ПЕРЕТВОРЕННЯ «ПЕРЛИТ – АУСТЕНИТ» У КОМПЛЕКСНО-ЛЕГОВАНИХ БІЛИХ ЧАВУНАХ

Purpose. Pearlite is not accepted in the microstructure of wear resistant steels and cast irons. To prevent the pearlite by means of appropriate selection of mode of quenching requires the knowledge of the temperature of the critical points Ac1 and Ac3 for various steels and cast irons. Purpose of work is determine the effect of V (5-10%) and Cr (up to 9%) on the temperature range of the phase-structural transformation "pearlite®austenite in the complex-alloyed V-Cr-Mn-Ni white cast irons with spheroidal vanadium carbides. Methodology. Nine Mg-treated cast irons smelted in laboratory furnace were used for investigation. The metallographic and optical dilatometric analysis methods as well as energy-dispersive spectroscopy were used. Findings. It is shown that in irons studied the critical point Ac1 is in a temperature range from 710-780 °C (lower limit) up to 730-850 °C (upper limit). The data on the concentrations of chromium and vanadium in a matrix of iron are presented, the regression equation describing the effect of vanadium and chromium on the temperature limits of the transformation «pearlite ® austenite» are obtained. Originality. It is shown that increase the chromium content leads to growth of lower and upper limits of the temperature interval of transformation "pearlite ® austenite"; vanadium increases only the upper limit of the range. It was found that the effect of chromium on the critical point Ac1 is attributed to its solubility in the metallic matrix (concentration of Cr in the austenite reaches 7%); vanadium, due to its slight dissolution in the matrix (vanadium content does not exceed 1.75%), affects the critical point indirectly by increasing of chromium concentration in the matrix due to enhanced carbon sequestration in VC carbides. Practical value. The temperature ranges of heating for quenching of V-Cr-Mn-Ni cast irons with spheroidal vanadium carbides, which provides the formation of austenitic-martensitic matrix without pearlite, is transformation proposed.Цель. В структуре износостойких сталей и чугунов не допускается присутствия перлита. Устранение перлита путем грамотного выбора режима закалки предполагает знание температур критических точек Ас1 и Ас3 дляконкретных сталей и чугунов. Целью работы является определение влияния V (от 5 до 10 %) и Cr (от 0 до 9 %) на температурный интервал фазово-структурного перехода «перлит ® аустенит» (точки Ас1) в комплексно-легированных белых V-Cr-Mn-Ni чугунах со сфероидизированными карбидами ванадия. Методика. Использованы чугуны девяти различных составов, выплавленные в лабораторных условиях и подвергнутые модифицирующей обработке Mg-содержащей лигатурой. В работе применены металлографический метод анализа, оптическая дилатометрия, энергодисперсионная спектроскопия. Результаты. Показано, что в исследованных чугунах критическая точка Ас1 находится в температурном интервале от 710–780 оС (нижняя граница) до 730–850 оС (верхняя граница). Представлены данные по концентрации хрома и ванадия в матрице чугунов, получены регрессионные выражения, описывающие влияние содержания ванадия и хрома на температурные границы превращения «перлит ® аустенит». Научная новизна. Показано, что в исследованных чугунах рост содержания хрома приводит к повышению нижней и верхней границ температурного интервала превращения «перлит ® аустенит»; ванадий повышает лишь верхнюю границу интервала. Установлено, что влияние хрома на критическую точку Ас1 реализуется благодаря его частичному растворению в металлической матрице (концентрация Сr в аустените достигает 7,0 %). Ванадий, ввиду его незначительного растворения в матрице (содержание ванадия в твердом растворе не превышает 1,75 %), влияет на критическую точку опосредованно, за счет увеличения концентрации хрома в матрице вследствие более активного связывания углерода в карбиды VС. Практическая значимость. Предложены температурные интервалы нагрева под закалку белых V-Cr-Mn-Ni чугунов со сфероидизированными карбидами ванадия, обеспечивающие получение в структуре чугунов аустенитно-мартенситной матрицы при полном отсутствии перлита в структуре.Мета. У структурі зносостійких сталей та чавунів не допускається присутності перліту. Запобігання виникненню перліту шляхом грамотного вибору режиму гартування передбачає знання температури критичних точок Ас1 і Ас3 для конкретних сталей і чавунів. Метою роботи є визначення впливу V (від 5 до 10 %) і Cr (від 0 до 9 %) на температурний інтервал фазово-структурного переходу «перліт ® аустеніт» у комплексно-легованих білих V-Cr-Mn-Ni чавунах зі сфероїдізованими карбідами ванадію. Методика. Використано чавуни дев’яти різних складів, які було виплавлено в лабораторних умовах та піддано модифікуванню Mg-вміщуючою лігатурою. В роботі використано металографічний метод аналізу, оптична дилатометрія, енергодисперсійна спектроскопія. Результати. Показано, що в досліджених чавунах критична точка Ас1 знаходиться в температурному інтервалі від 710–780 оС (нижня межа) до 730–850 оС (верхня межа). Представлено дані по концентрації хрому та ванадію в матриці чавунів, отримано регресійні вирази, що описують вплив ванадію та хрому на температурні межі перетворення «перліт ® аустеніт». Наукова новизна. Показано, що в досліджених чавунах зростання вмісту хрому призводить до підвищення нижньої та верхньої меж температурного інтервалу перетворення «перліт ® аустеніт»; ванадій підвищує лише верхню межу інтервалу. Встановлено, що вплив хрому на критичну точку Ас1 реалізується завдяки його розчиненню в металевій матриці (концентрація Сr в аустеніті досягає 7,0 %). Ванадій, зважаючи на його незначне розчинення в матриці (вміст ванадію в твердому розчині не перевищує 1,75 %), впливає на критичну точку опосередковано, за рахунок збільшення концентрації хрому в матриці внаслідок більш активного зв’язування вуглецю в карбіди VС. Практична значимість. Запропоновано температурні інтервали нагріву під загартування білих V-Cr-Mn-Ni чавунів зі сфероїдізованими карбідами ванадію, щоб забезпечити отримання аустенітно-мартен-ситної матриці за повної відсутності перліту в структурі

До вибору технологічної схеми пом’якшувальної термічної обробки високохромистого чавуну

Purpose. High chromium cast irons with austenitic matrix have low machinability. The aim of work is search of new energy-saving modes of preliminary softening heat treatment enhancing the machinability of castings by forming an optimum microstructure. Methodology. Metallographic analysis, hardness testing and machinability testing are applied. Findings. It was found out that high temperature annealing with continuous cooling yields to martensite-austenite matrix in cast iron 270Х15Г2Н1MPhT, which abruptly affects the machinability of cast iron. Significant improvement of machinability is achieved by forming of structure "ferrite + granular carbides" and by decline of hardness to 37-39 HRC in the case of two-stage isothermal annealing in the subcritical temperature range or by the use of quenching and tempering (two-step or cyclic). Originality. It was found that the formation of the optimal structure of the matrix and achievement of desired hardness level needed for improving machinability of high chromium cast iron containing 3 % austenite-forming elements, can be obtained: 1) due to pearlite original austenite followed by spherodization eutectoid carbides, and 2) by getting predominantly martensite structure followed by the decay of martensite and carbides coagulation at high-temperature tempering. Practical value. The new energy-saving schemes of softening heat treatment to ensure the growth of machinability of high chromium cast iron, alloyed by higher quantity of austenite forming elements, are proposed.Цель. Высокохромистые чугуны с аустенитной структурой матрицы обладают плохой обрабатываемостью резанием. Целью работы является поиск новых энергосберегающих режимов предварительной смягчающей термической обработки, обеспечивающих повышение обрабатываемости резанием отливок за счет формирования оптимальной микроструктуры. Методика. Применены металлографический анализ, испытания на твердость и обрабатываемость резанием. Результаты. Установлено, что отжиг от высоких температур с непрерывным охлаждением приводит к получению в чугуне 270Х15Г2Н1МФТ мартенситно-аустенитной матрицы; данный факт резко ухудшает обрабатываемость чугуна резанием. Существенное улучшение обрабатываемости резанием достигается получением структуры «феррит + зернистые карбиды» и снижением твердости до 37-39 HRC в случае использования двухстадийного изотермического отжига в субкритическом интервале температур или за счет применения закалки с высоким отпуском (двухстадийным или циклическим). Научная новизна. Установлено, что формирование оптимальной структуры матрицы и достижение требуемого уровня твердости, необходимых для повышения обрабатываемости резанием высокохромистого чугуна, содержащего 3 % аустенитообразующих элементов, возможно в двух случаях. Это: 1) за счет перлитного превращения первородного аустенита с последующей сфероидизацией эвтектоидных карбидов; 2) путем получения преимущественно мартенситной структуры с последующим распадом мартенсита и коагуляцией карбидов при высоком отпуске. Практическая значимость. Предложены новые экономичные схемы смягчающей термической обработки, обеспечивающие рост обрабатываемости резанием высокохромистых чугунов, легированных повышенным количеством аустенитообразующих элементов.Мета. Високохромисті чавуни з аустенітною структурою матриці мають низьку оброблюваність різанням. Метою роботи є пошук нових енергозберігаючих режимів попередньої пом’якшувальної термічної обробки, які забезпечать підвищення оброблюваності різанням виливків за рахунок формування оптимальної мікроструктури. Методика. Використано металографічний аналіз, випробування на твердість та оброблюваність різанням. Результати. Встановлено, що відпал від високих температур із безперервним охолодженням призводить до отримання в чавуні 270Х15Г2Н1МФТ мартенситно-аустенітної матриці; даний факт різко погіршує оброблюваність чавуну різанням. Істотне поліпшення оброблюваності різанням досягається отриманням структури «ферит + зернисті карбіди» та зниженням твердості до 37-39 HRC у разі використання двохстадійного ізотермічного відпалу в субкритичному інтервалі температур або за рахунок застосування гартування з високим відпуском (двохстадійним або циклічним). Наукова новизна. Встановлено, що формування оптимальної структури матриці й досягнення необхідного рівня твердості, потрібних для підвищення оброблюваності різанням високохромистого чавуну, що містить 3% аустенітоутворюючих елементів, можливо у 2-х випадках. Це: 1) за рахунок перлітного перетворення первородного аустеніту з подальшою сфероідізацією евтектоїдних карбідів; 2) шляхом отримання переважно мартенситної структури з наступним розпадом мартенситу й коагуляцією карбідів при високому відпуску. Практична значимість. Запропоновано нові економічні схеми пом’якшувальної термічної обробки, які забезпечують зростання оброблюваності різанням високохромистих чавунів, легованих підвищеною кількістю аустенітоутворюючих елементів

EFFECT OF ALLOYING ON TEMPERATURE OF TRANSFORMATION «PEARLITE – AUSTENITE» IN COMPLEX-ALLOYED WHITE CAST IRONS

Purpose. Pearlite is not accepted in the microstructure of wear resistant steels and cast irons. To prevent the pearlite by means of appropriate selection of mode of quenching requires the knowledge of the temperature of the critical points Ac1 and Ac3 for various steels and cast irons. Purpose of work is determine the effect of V (5-10%) and Cr (up to 9%) on the temperature range of the phase-structural transformation "pearlite®austenite in the complex-alloyed V-Cr-Mn-Ni white cast irons with spheroidal vanadium carbides. Methodology. Nine Mg-treated cast irons smelted in laboratory furnace were used for investigation. The metallographic and optical dilatometric analysis methods as well as energy-dispersive spectroscopy were used. Findings. It is shown that in irons studied the critical point Ac1 is in a temperature range from 710-780 °C (lower limit) up to 730-850 °C (upper limit). The data on the concentrations of chromium and vanadium in a matrix of iron are presented, the regression equation describing the effect of vanadium and chromium on the temperature limits of the transformation «pearlite ® austenite» are obtained. Originality. It is shown that increase the chromium content leads to growth of lower and upper limits of the temperature interval of transformation "pearlite ® austenite"; vanadium increases only the upper limit of the range. It was found that the effect of chromium on the critical point Ac1 is attributed to its solubility in the metallic matrix (concentration of Cr in the austenite reaches 7%); vanadium, due to its slight dissolution in the matrix (vanadium content does not exceed 1.75%), affects the critical point indirectly by increasing of chromium concentration in the matrix due to enhanced carbon sequestration in VC carbides. Practical value. The temperature ranges of heating for quenching of V-Cr-Mn-Ni cast irons with spheroidal vanadium carbides, which provides the formation of austenitic-martensitic matrix without pearlite, is transformation proposed

Pulsed plasma deposition of Fe-C-Cr-W coating on high-Cr-cast iron: Effect of layered morphology and heat treatment on the microstructure and hardness

application/pdfPulsed plasma treatment was applied for surface modification and laminated coating deposition on 14.5 wt%-Cr cast iron. The scopes of the research were: (a) to obtain a microstructure gradient, (b) to study the relationship between cathode material and coating layer microstructure/hardness, and (c) to improve coating quality by applying post-deposition heat treatment. An electrothermal axial plasma accelerator with a gas-dynamic working regime was used as plasma source (4.0 kV, 10 kA). The layered structure was obtained by alternation of the cathode material (T1 - 18 wt% W high speed steel and 28 wt% Cr-cast iron). It was found that pulsed plasma treatment led to substrate sub-surface modification by the formation of an 11–18 μm thick remelted layer with very fine carbide particles that provided a smooth transition from the substrate into the coating (80–120 μm thick). The as-deposited coating of 500–655 HV0.05 hardness consisted of “martensite/austenite” layers which alternated with heat-affected layers (layers the microstructure of which was affected by the subsequent plasma pulses). Post-deposition heat treatment (isothermal holding at 950 °C for 2 h followed by oil quenching) resulted in precipitation of carbides M7C3, M3C2, M3C (in Cr-rich layers) and M6C, M2C (in W-rich layers). These carbides were found to be Cr/W depleted in favor of Fe. The carbide precipitation led to a substantial increase in the coating hardness to 1240–1445 HV0.05. The volume fraction of carbides in the coating notably increased relatively to the electrode materials