Peculiarities of Alloying Effect on the Eutectic Cementite Behavior Under Hot Rolling
Loading...
Date
2019
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Sciendo
Abstract
EN: Abstract
Currently, cast iron remains one of the major modern casting materials in metallurgy and machine-building industry and is sure to take the lead in the future. Chilled cast iron has high hardness and wear resistance due to a large number of carbide phases in its structure. However, low ductility and impact hardness essentially limit its applicability in terms of processing.
Hot plastic working, under which the eutectic net crushing is observed, appears to be one of the most effective means of the eutectic alloy products shape and microstructure transformation. Chilled cast iron properties fundamentally improve after hot plastic working:ductility, strength and impact hardness increase by 2-3 times on retention of the high hardness factor. Chilled cast iron ductility increase can be attained when using phase transformations in eutectic cementite under lean alloying with carbide forming elements.
The purpose of the paper is to study alloying effect on the chilled cast iron ductility as well as eutectic cementite behavior under hot rolling.
In the paper hardening and softening of the structural components in chilled cast iron under hot working have been studied. The deformation texture forming in eutectic cementite under hot rolling has been revealed, which is connected with the dynamic softening and depends on the degree and the nature of its alloying.
The mechanism and regularities of the phase transformation effect in cementite on its behavior under plastic deformation and on the alloys ductility in general have been studied. In cementite chromium alloying initiates processes, that can be characterized as the pre-precipitation stage of the new phases, and this way it contributes to the cast iron ductility reduction and embrittles cementite. Carbide transformation, that occurs in eutectic cementite under alloying with vanadium, stimulates softening of the alloy and increases its ductility level. Moreover, the multiple glide planes {130},{011},{112} in cementite have been determined. It has been found out, that in supersaturated cementite vanadium carbides precipitation stimulates the extra glide plane {111} occurrence under hot rolling.
The essence of the carbide transformation phenomenon is that under hot working there occurs the lubricating effect at the transition of the metastable iron carbide condition, which is strengthened with vanadium supersaturation and mechanical hardening, to a more stable condition due to precipitation of the proeutectoid constituents on the one hand, and because of the dynamic softening processes on the other hand. At that, the autocatalyticity effect is observed: there is precipitation of carbides with hardening and softening, similar to the processes that arise as a result of the superplastic effect induced by phase transformations.
UK: Анотація Нині чавун продовжує залишатися одним з основних ливарний сучасних матеріалів металургії та машинобудування, залишаючи за собою першість і в майбутньому. Білі чавуни мають високу твердість і зносостійкість завдяки наявності в структурі великої кількості карбідних фаз. Проте низька пластичність і ударна в'язкість істотно обмежують можливості їх застосування з технологічної точки зору. Однією з тих, що найбільш перетворюють як форму виробів зі сплавів евтектичного типу, так і їх мікроструктуру, є гаряча обробка тиском, в процесі якої відбувається дроблення евтектичної сітки. Після обробки тиском властивості білих чавунів кардинально покращуються: при збереженні високих показників твердості підвищується у 2…3 рази пластичність, міцність і ударна в'язкість. Підвищення пластичності білих чавунів може бути досягнуте при використанні фазових перетворень в евтектичному цементиті при зниженому економному легуванні карбідоутворюючими елементами. Метою роботи є вивчення впливу легування на пластичність білих чавунів і поведінку евтектичного цементиту в процесі гарячої прокатки. У роботі досліджені процеси зміцнення і знеміцнення структурних складових у білих чавунах при гарячій деформації. Виявлено формування текстури деформації в евтектичному цементиті при гарячій прокатці, яке пов'язане з механізмом динамічного знеміцнення і залежить від ступеню і природи його легування. Вивчені механізм і закономірності впливу фазового перетворення в цементиті на його поведінку при пластичній деформації і в цілому на пластичність сплавів. Легування хромом, викликаючи в цементиті процеси, які можна охарактеризувати як стадії передвиділення нових фаз, сприяє зниженнюпластичності чавуну, збільшуючи крихкість карбіду заліза. Карбідне перетворення, яке протікає в евтектичному цементиті при легуванні ванадієм, сприяє знеміцненню сплаву і підвищує рівень його пластичності. Визначені площини множинного ковзання в цементиті -{130},{011},{112}. Встановлено, що виділення карбідів ванадію в пересиченому цементиті в процесі гарячої прокатки стимулює появу додаткової площини ковзання {111}. Феномен карбідного перетворення полягає в тому, що при гарячій деформації виникає ефект пластифікування під час переходу метастабільного стану карбіду заліза, посиленого пересиченням ванадієм і деформаційним зміцненням, в стабільніший стан за рахунок виділення надмірних фаз, з одного боку, і процесами динамічного знеміцнення - з іншого. Виникає ефект автокаталітичності: виділення карбідів – зміцнення - знеміцнення, подібне до процесів при ефекті надпластичності, викликаному фазовими переходами.
RU: Аннотация В настоящее время чугун продолжает оставаться одним из основных литейный современных материалов металлургии и машиностроения, оставляя за собой первенство и в будущем. Белые чугуны имеют высокую твердость и износостойкость благодаря наличию в структуре большого количества карбидных фаз. Однако низкая пластичность и ударная вязкость существенно ограничивают возможности их применения с технологической точки зрения. Одной из наиболее преобразующих как форму изделий из сплавов эвтектического типа, так и их микроструктуру, является горячая обработка давлением, в процессе которой происходит дробление эвтектической сетки. После обработки давлением свойства белых чугунов кардинально улучшаются: при сохранении высоких показателей твердости повышается в 2…3 раза пластичность, прочность и ударная вязкость. Повышение пластичности белых чугунов может быть достигнуто при использовании фазовых превращений в эвтектическом цементите при пониженном экономном легировании карбидообразующими элементами. Целью работы является изучение влияния легирования на пластичность белых чугунов и поведение эвтектического цементита в процессе горячей прокатки. В работе исследованы процессы упрочнения и разупрочнения структурных составляющих в белых чугунах при горячей деформации. Обнаружено формирование текстуры деформации в эвтектическом цементите при горячей прокатке, которое связано с механизмом динамического разупрочнения и зависит от степени и природы его легирования. Изучены механизм и закономерности влияния фазового превращения в цементите на его поведение при пластической деформации и в целом на пластичность сплавов. Легирование хромом, вызывая в цементите процессы, которые можно охарактеризовать как стадии предвыделения новых фаз, способствует снижению пластичности чугуна, охрупчивая карбид железа. Карбидное превращение, которое протекает в эвтектическом цементите при легировании ванадием, способствует разупрочнению сплава и повышает уровень его пластичности. Определены плоскости множественного скольжения в цементите – {130},{011},{112}. Установлено, что выделение карбидов ванадия в пересыщенном цементите в процессе горячей прокатки стимулирует появление дополнительной плоскости скольжения {111}. Феномен карбидного превращения состоит в том, что при горячей деформации возникает эффект пластифицирования при переходе метастабильного состояния карбида железа, усиленного пересыщением ванадием и деформационным упрочнением, в более стабильное состояние за счет выделения избыточных фаз, с одной стороны, и процессами динамического разупрочнения - с другой. Возникает эффект автокаталитичности: выделение карбидов-упрочнение–разупрочнение, подобное процессам при эффекте сверхпластичности, вызванном фазовыми переходами.
UK: Анотація Нині чавун продовжує залишатися одним з основних ливарний сучасних матеріалів металургії та машинобудування, залишаючи за собою першість і в майбутньому. Білі чавуни мають високу твердість і зносостійкість завдяки наявності в структурі великої кількості карбідних фаз. Проте низька пластичність і ударна в'язкість істотно обмежують можливості їх застосування з технологічної точки зору. Однією з тих, що найбільш перетворюють як форму виробів зі сплавів евтектичного типу, так і їх мікроструктуру, є гаряча обробка тиском, в процесі якої відбувається дроблення евтектичної сітки. Після обробки тиском властивості білих чавунів кардинально покращуються: при збереженні високих показників твердості підвищується у 2…3 рази пластичність, міцність і ударна в'язкість. Підвищення пластичності білих чавунів може бути досягнуте при використанні фазових перетворень в евтектичному цементиті при зниженому економному легуванні карбідоутворюючими елементами. Метою роботи є вивчення впливу легування на пластичність білих чавунів і поведінку евтектичного цементиту в процесі гарячої прокатки. У роботі досліджені процеси зміцнення і знеміцнення структурних складових у білих чавунах при гарячій деформації. Виявлено формування текстури деформації в евтектичному цементиті при гарячій прокатці, яке пов'язане з механізмом динамічного знеміцнення і залежить від ступеню і природи його легування. Вивчені механізм і закономірності впливу фазового перетворення в цементиті на його поведінку при пластичній деформації і в цілому на пластичність сплавів. Легування хромом, викликаючи в цементиті процеси, які можна охарактеризувати як стадії передвиділення нових фаз, сприяє зниженнюпластичності чавуну, збільшуючи крихкість карбіду заліза. Карбідне перетворення, яке протікає в евтектичному цементиті при легуванні ванадієм, сприяє знеміцненню сплаву і підвищує рівень його пластичності. Визначені площини множинного ковзання в цементиті -{130},{011},{112}. Встановлено, що виділення карбідів ванадію в пересиченому цементиті в процесі гарячої прокатки стимулює появу додаткової площини ковзання {111}. Феномен карбідного перетворення полягає в тому, що при гарячій деформації виникає ефект пластифікування під час переходу метастабільного стану карбіду заліза, посиленого пересиченням ванадієм і деформаційним зміцненням, в стабільніший стан за рахунок виділення надмірних фаз, з одного боку, і процесами динамічного знеміцнення - з іншого. Виникає ефект автокаталітичності: виділення карбідів – зміцнення - знеміцнення, подібне до процесів при ефекті надпластичності, викликаному фазовими переходами.
RU: Аннотация В настоящее время чугун продолжает оставаться одним из основных литейный современных материалов металлургии и машиностроения, оставляя за собой первенство и в будущем. Белые чугуны имеют высокую твердость и износостойкость благодаря наличию в структуре большого количества карбидных фаз. Однако низкая пластичность и ударная вязкость существенно ограничивают возможности их применения с технологической точки зрения. Одной из наиболее преобразующих как форму изделий из сплавов эвтектического типа, так и их микроструктуру, является горячая обработка давлением, в процессе которой происходит дробление эвтектической сетки. После обработки давлением свойства белых чугунов кардинально улучшаются: при сохранении высоких показателей твердости повышается в 2…3 раза пластичность, прочность и ударная вязкость. Повышение пластичности белых чугунов может быть достигнуто при использовании фазовых превращений в эвтектическом цементите при пониженном экономном легировании карбидообразующими элементами. Целью работы является изучение влияния легирования на пластичность белых чугунов и поведение эвтектического цементита в процессе горячей прокатки. В работе исследованы процессы упрочнения и разупрочнения структурных составляющих в белых чугунах при горячей деформации. Обнаружено формирование текстуры деформации в эвтектическом цементите при горячей прокатке, которое связано с механизмом динамического разупрочнения и зависит от степени и природы его легирования. Изучены механизм и закономерности влияния фазового превращения в цементите на его поведение при пластической деформации и в целом на пластичность сплавов. Легирование хромом, вызывая в цементите процессы, которые можно охарактеризовать как стадии предвыделения новых фаз, способствует снижению пластичности чугуна, охрупчивая карбид железа. Карбидное превращение, которое протекает в эвтектическом цементите при легировании ванадием, способствует разупрочнению сплава и повышает уровень его пластичности. Определены плоскости множественного скольжения в цементите – {130},{011},{112}. Установлено, что выделение карбидов ванадия в пересыщенном цементите в процессе горячей прокатки стимулирует появление дополнительной плоскости скольжения {111}. Феномен карбидного превращения состоит в том, что при горячей деформации возникает эффект пластифицирования при переходе метастабильного состояния карбида железа, усиленного пересыщением ванадием и деформационным упрочнением, в более стабильное состояние за счет выделения избыточных фаз, с одной стороны, и процессами динамического разупрочнения - с другой. Возникает эффект автокаталитичности: выделение карбидов-упрочнение–разупрочнение, подобное процессам при эффекте сверхпластичности, вызванном фазовыми переходами.
Description
S. Proidak: ORCID 0000-0003-2439-3657
Keywords
cast iron, cementite, deformation, phase transformations, ductility, чавун, цементит, деформація, фазові перетворення, пластичність, чугун, цементит, деформация, фазовые превращения, пластичность, КПММ
Citation
Mironova, Т., Proidak S. Peculiarities of Alloying Effect on the Eutectic Cementite Behavior Under Hot Rolling. New Trends in Production Engineering. 2019. Vol. 2, iss. 2. P. 289–300. DOI: 10.2478/ntpe-2019-0093.