Endre søk
RefereraExporteraLink to record
Permanent link

Direct link
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annet format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annet språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Particles precipitation in Ti and Al deoxidized Hadfield steels
Högskolan i Jönköping, Tekniska Högskolan, JTH. Forskningsmiljö Material och tillverkning – Gjutning.ORCID-id: 0000-0002-3671-8087
Högskolan i Jönköping, Tekniska Högskolan, JTH. Forskningsmiljö Material och tillverkning – Gjutning.ORCID-id: 0000-0003-2929-7891
Högskolan i Jönköping, Tekniska Högskolan, JTH. Forskningsmiljö Material och tillverkning – Gjutning.ORCID-id: 0000-0002-0101-0062
Swerea SWECAST AB.
Vise andre og tillknytning
2016 (engelsk)Inngår i: Steel Research International, ISSN 1611-3683, E-ISSN 1869-344X, Vol. 87, nr 10, s. 1344-1355Artikkel i tidsskrift (Fagfellevurdert) Published
Abstract [en]

The characteristics and precipitation mechanism of particles in titanium and aluminum treated Hadfield steel casted during pilot scale experiments have been studied. Light Optical Microscopy (LOM), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) were utilized for the particle analysis and characterization. Additionally, thermodynamic equilibrium calculations were performed using Thermo-Calc software. Aluminum oxides, titanium carbon nitrides, titanium carbides and manganese sulfides were the main types of particles found. The order of precipitation during solidification and chemical composition range of each type of particle was determined. Aluminum Oxides were found to act as nucleation sites fortitanium carbon nitrides. Thermodynamic equilibrium calculation for particles characteristics were in good agreement with the experimental findings. Titanium carbides were found to form during initial stages of the Ferro-titanium additions dissolution.

sted, utgiver, år, opplag, sider
John Wiley & Sons, 2016. Vol. 87, nr 10, s. 1344-1355
Emneord [en]
Hadfield steel; particles; Titanium; Aluminum; Deoxidation
HSV kategori
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:hj:diva-29401DOI: 10.1002/srin.201500400ISI: 000387017200011Scopus ID: 2-s2.0-84959496093OAI: oai:DiVA.org:hj-29401DiVA, id: diva2:903244
Prosjekter
InDeGrainS
Forskningsfinansiär
Knowledge Foundation, 20130149Tilgjengelig fra: 2016-02-15 Laget: 2016-02-15 Sist oppdatert: 2019-05-08bibliografisk kontrollert
Inngår i avhandling
1. On deoxidation practice and grain size of austenitic manganese steel
Åpne denne publikasjonen i ny fane eller vindu >>On deoxidation practice and grain size of austenitic manganese steel
2017 (engelsk)Licentiatavhandling, med artikler (Annet vitenskapelig)
Abstract [en]

The exceptional wear resistance and work hardenability, place Hadfield steel as one of themost important materials for manufacturing cast components used in the mining, crashing,drilling, and excavation industries. In all metallic alloys used for component casting, themechanical properties are highly influenced by the microstructure of the material. Castcomponents with finer microstructural characteristics are known to present bettermechanical properties and reduced risk of defects when compared with components witha coarser microstructure. A reduced grain size in Hadfield steel can increase the strengthof the material up to 30% and reduce the risk of porosity formation during solidification.The practice of adding selected compounds or alloying elements in a metal melt to modifyand refine the microstructure is called inoculation. It is currently one of the trendingmethods utilized in light-metal alloys and cast-iron components production but has not,yet, gained adequate acceptance in the steel casting industry because researchers have notbeen able to find proper inoculants.The main objective of this work is to investigate the qualitative and quantitativecharacteristics of the by-products of deoxidation of Hadfield steel that remain in thematerial after solidification and their positive or negative effect on the coarseness of thefinal as-cast microstructure. This type of research can help to identify the type of particlesor alloying elements that are most effective for refining the microstructure of austeniticsteels and pave the way for developing new or improving conventional deoxidation andinoculation processes that will, in turn, result in the improvement of the properties of thecomponent.The precipitation of particles and the as-cast grain size are studied in aluminum andtitanium deoxidized Hadfield steel samples acquired under pilot scale experimentalconditions. In the first part of this work, the qualitative and quantitative characteristics ofparticles such as type, morphology, composition amount and size are identified. Thesequence of precipitation is established. A model for predicting particle size and growth isdeveloped. The experimental results are compared against thermodynamic equilibriumcalculations and the precipitation mechanisms for each type of particles are described. Inthe second part, the as-cast grain size of samples with varying deoxidation treatments ismeasured. Then, the grain-size is correlated with certain particle characteristic and theparticles are ranked according to their ability to refine the microstructure. The particledisregistry with austenite is calculated and compared to the experimentally acquiredranking.

Abstract [sv]

Hadfieldstålen exceptionella slitstyrkan och deformationshårdnande har gjort dessa till ettav de viktigaste materialen för tillverkning av gjutna komponenter som används inomgruv-, kross-, borr-och gruvindustrin. I alla metallegeringar som används för tillverkningav gjutna komponenter styrs de mekaniska egenskaperna av materialets mikrostruktur.Gjutna komponenter med fin mikrostruktur presentera bättre mekaniska egenskaper ochminskad risk för defekter jämfört med komponenter med grov mikrostruktur. En minskadkornstorlek i Hadfieldstål kan öka materialets hållfasthet upp till 30% och minska riskenför porositetsbildning vid stelning.Tillsatsning av spårämnen eller legeringselement i en metallsmälta för att modifiera ochförbättra mikrostrukturen kallas ympning. Denna metod används i lättmetaller och vidtillverkning av gjutjärnskomponenter, men har ännu inte fått acceptans i stålindustrineftersom forskningen inte har funnit effektiva kärnbildare att användas som ympmedel.Huvudsyftet med detta arbete är att undersöka kvalitativa och kvantitativa egenskaper hosde desoxideringsprodukter som skapas under tillverkningen av Hadfield stål och hur deunder och efter stelning påverkar mikrostrukturens grovlek. Arbetet syftar till att identifierapartikeltyper och legeringselement som är effektiva för att förfina den austenitiskamikrostrukturen och bana väg för utveckling nya och förbättra desoxiderings- ochympningsprocesser som i sin tur kommer att resultera i en förbättring av den gjutnakomponentens egenskaper.Partiklarnas utskiljning och materialet resulterande kornstorlek studerades i aluminiumochtitan-desoxidiserade Hadfieldstål, tillverkade i pilotskala. Den första delen av dettaarbete var att identifiera kvalitativa och kvantitativa egenskaper hosdesoxidationspartiklar, som typ, morfologi, sammansättning och storlek.Utskiljningssekvensen fastställdes. En modell för att förutsäga partikelstorlek och derastillväxt utvecklades. De experimentella resultaten jämfördes med termodynamiskajämviktberäkningar och utskiljningen för varje typ av partikel beskrevs. I den andra delenstuderades kornstorleken och hur denna varierade desoxideringsbehandlingen. Därefterkorrelerades kornstorleken med partikeltyp och dess karaktäristika och rangordnades efterderas förmåga att förfina mikrostrukturen. Partiklarnas kristallografiska missanpassningmot austenitens kristallstruktur beräknades och jämfördes med experimentellt fastställdarangordningen.

sted, utgiver, år, opplag, sider
Jönköping: Jönköping University, School of Engineering, 2017. s. 47
Serie
JTH Dissertation Series ; 29
Emneord
Hadfield steel, deoxidation, grain size, inoculation, particles, carbides, oxides, Hadfield stål, desoxidering, kornstorlek, ympning, partiklar, karbider, oxider
HSV kategori
Identifikatorer
urn:nbn:se:hj:diva-37788 (URN)978-91-87289-30-9 (ISBN)
Presentation
2017-11-10, E1405 (Gjuterisalen), Gjuterigatan 5, Högskolesområdet, Hus E, 551 11, Jönköping, 09:32 (engelsk)
Opponent
Veileder
Prosjekter
InDeGrainS I
Forskningsfinansiär
Knowledge Foundation, 20130149
Tilgjengelig fra: 2017-10-30 Laget: 2017-10-27 Sist oppdatert: 2017-10-30bibliografisk kontrollert
2. On particles and slags in steel casting
Åpne denne publikasjonen i ny fane eller vindu >>On particles and slags in steel casting
2019 (engelsk)Doktoravhandling, med artikler (Annet vitenskapelig)
Abstract [en]

Hadfield steel is widely accepted as one of the most important steel alloys utilized in industrial applications where high impact strength and wear resistance is required. Like in most metallic alloys used for component casting, the mechanical properties of Hadfield steel are directly connected with the microstructure of the material. It has been reported that Hadfield steel components with fine microstructure can present up to 30% increased strength and reduced risk of porosity formation during solidification when compared with their coarser microstructure counterparts.

In the light-metal alloy and cast-iron industry, one of the most widely used methods for achieving refinement of the microstructure of the material is known as inoculation. As the name implies, inoculation is the practice ofadding selected compounds or alloying elements in a metal melt that have the ability to promote rapid grain nucleation during solidification. Even though it has been proved that inoculation is one of the most efficient methods for the refinement of a wide variety of metallic alloys, it has not yet gained adequate acceptance in the steel casting industry because researchers have not yet been able to identify proper inoculants for steel.

The efficiency of the microstructural refinement when inoculating is influenced by several factors like the type of inoculant used and the processing conditions during melting, deoxidation, casting and heat treatment. Following proper deoxidation methods and application of tailored oxidic slags during melting could significantly promote the precipitation of desired inclusions that can act as potent nucleation sites for grains or as grain growth inhibitors.

In any case, efficient inoculation is influenced by the complex interaction between the inoculant, the oxide slag, and the melt. The way this interaction happens is in many ways dictated by the chemical and thermophysical properties of the substances involved. Therefore, obtaining accurate values of basic thermophysical properties like viscosity and interfacial tension by improving current and utilizing novel measurement methods could significantly help in the effort of identifying and efficiently utilizing potent inoculants for austenitic steels.

Considering the above, this work has a dual objective. The primary aim is to investigate if any of the by-products of deoxidation of Hadfield steel that remain in the material after solidification can act as potent inoculants by examining their qualitative and quantitative characteristics and their influence on the as-cast microstructure of the steel. The secondary aim is to acquire accurate values for oxide slag viscosity and slag-iron interfacial tension at high temperatures using different measurement methods and investigate how thermophysical properties are influenced by thermal and compositional conditions. This type of research is important because not only it can help to identify which substances are potent inoculants for austenitic steels but also pave the way for developing new or improving conventional deoxidation and inoculation processes with the ultimate goal of improving the cast component’s mechanical properties.

The work is divided into 3 different stages. The first stage is dedicated to high-temperature oxide slag viscosity measurements. The viscosity of oxide slags with varying composition is measured in a wide temperature range utilizing the rotational bob and aerodynamic levitation methods. The systematic error is defined, and the compositional and thermodynamic dependence of viscosity is explained. In the second stage, the precipitation of particles in aluminum and titanium deoxidized Hadfield steel is investigated. The characteristics of particles, including type, size, morphology, composition, population, and sequence of precipitation are identified. The results are then compared against thermodynamic equilibrium calculations, a particle growth mathematical model is developed and the precipitation mechanism of each type of particle is described. Finally, in the third stage, the as-cast grain size of samples produced with varying deoxidation procedures is measured and the relationship between particle characteristics and grain size is determined. The particles are ranked according to their refining potency and compared to a ranking based on their disregistry with austenite.

Abstract [sv]

Hadfieldstål är allmänt accepterade som en av de viktigaste stållegeringarna för industriella användning där hög slaghållfasthet och slitstyrka krävs. Liksom i de flesta metalliska legeringar som används för komponentgjutning, är de mekaniska egenskaperna hos Hadfield stål direkt kopplade till materialets mikrostruktur. Det har rapporterats att Hadfieldstålkomponenter med fin mikrostruktur kan visa upp till 30% ökad styrka och minskad risk för porositetsbildandning under stelnandet, jämfört med ett motsvarande material med grövre mikrostruktur.

I lättmetallsindustrin och inom gjutjärnsindustrin är en av de mest använda metoderna för att uppnå rätt sorts och finare mikrostruktur så kallad ympning. Som namnet antyder, är ympning en metod som genom tillsats av särskilda masterlegeringar och föreningar till i en smälta som har förmågan att främja kärnbildningen av korn under stelnandet. Det finns även metoder som kan begränsa korntillväxt under sekundär värmebehandling som även har en kornförfinande effekt. Även om det har bevisats att ympningen är en av de effektivaste metoderna för förfining av en mängd olika metalllegeringar, har den ännu inte fått acceptans inom stålgjutningsindustrin eftersom forskarna ännu inte har kunnat identifiera en lämplig kärnbildare för stål och då särskilt för austenitiska stål.

Effektiviteten vid ympning påverkas av flera faktorer som typ av kärnbildare som används och processbetingelserna vid smältning, desoxidation, gjutning och värmebehandling. Efter en korrekt desoxidation och i kombination med en skräddarsydd oxidisk slagg under smältprocessen skulle kunna främja utskiljning av lämpliga inneslutningar som även kan fungera som potent kärnbildare och som korntillväxthämmare.

I vilket fall som helst påverkas en effektiv inympning av den komplexa interaktionen mellan kärnbildare, oxidslaggen och smältan. Hur denna interaktion sker är på många sätt dikterad av de kemiska och termofysikaliska egenskaperna hos de inblandade ämnena. Därför är fastställandet av korrekta värden hos grundläggande termofysikaliska egenskaper som viskositet och ytspänning viktigt. Detta kan åstadkommas genom att förbättra nuvarande ochatt nyttja nya mätmetoder och därigenom förbättra möjligheten till att identifiera och effektivt utnyttja potenta kärnbildare för austenitiska stål.

Med ovanstående i tank har detta arbete ett dubbelt mål definierat. Det primära syftet är att utreda om någon av de biprodukter som bildas vid desoxidation av Hadfield stål har potential som kärnbildare för ett austenitiskt Hadfieldstål genom att undersöka deras kvalitativa och kvantitativa egenskaper och deras inflytande på den gjutna mikrostrukturen av stålet. Det sekundära syftet är att mäta mer exakta värden för oxidiskaslaggers viskositet och ytspänningen i gränsytan mellan slagg och järn vid höga temperaturer med hjälp av olika mätmetoder och undersöka hur termofysikaliska egenskaper påverkas av temperature och sammansättning hos slaggen. Denna typ av forskning är viktig då den inte bara det kan bidra till att identifiera vilka ämnen är potenta kärnbildare för austenitiska stål utan även kan bereda väg för att utveckla nya och förbättra konventionella desoxidation och ympningsprocesser med det slutliga målet att förbättra den gjutna komponentens mekaniska egenskaper.

Arbetet är uppdelat i 3 olika delar. Den första delen är tillägnad viskositetsmätning av oxidslagger vid hög temperatur. Viskositeten hos enoxidslagg med olika sammansättning har mätts i ett brett temperaturintervall genom en roterande bob viskosimeter och och genom en metod baserad på aerodynamisk levitation. Det systematiska felet definieras och inverkan av sammansättning förklaras genom en strukturell termodynamisk inverkan på viskositeten. I den andra delen studeras utskiljning av partiklar i aluminium- och titan-desoxiderat Hadfieldstål. Egenskaperna hos partiklar, som typ, storlek, morfologi, sammansättning, population (antal) och utskiljningssekvens identifieras. Resultaten jämförs sedan med termodynamiska jämviktberäkningar, en matematisk partikeltillväxt modell utvecklades och utskiljning och tillväxtmekanismen för varje typ av partikel beskrivs. Slutligen, i den tredje delen mäts kornstorleken för de material som framställs med olika deoxidationsförfaranden och förhållandet mellan partikelegenskaper och kornstorlek fastställs. Partiklarna rangordnas enligt deras kärnbildningspotential och jämförs med en rangordning baserad på deras gitters missanpasning med austenit.

sted, utgiver, år, opplag, sider
Jönköping: Jönköping University, School of Engineering, 2019. s. 45
Serie
JTH Dissertation Series ; 043
Emneord
Hadfield steel, deoxidation, grain size, inoculation, particles, viscosity, slag
HSV kategori
Identifikatorer
urn:nbn:se:hj:diva-43605 (URN)978-91-87289-46-0 (ISBN)
Disputas
2019-05-31, E1405, School of Engineering, Jönköping, 10:00 (engelsk)
Opponent
Veileder
Tilgjengelig fra: 2019-05-08 Laget: 2019-05-08 Sist oppdatert: 2019-05-08bibliografisk kontrollert

Open Access i DiVA

Fulltekst mangler i DiVA

Andre lenker

Forlagets fulltekstScopus

Personposter BETA

Siafakas, DimitriosMatsushita, TaishiJarfors, Anders

Søk i DiVA

Av forfatter/redaktør
Siafakas, DimitriosMatsushita, TaishiJarfors, Anders
Av organisasjonen
I samme tidsskrift
Steel Research International

Søk utenfor DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetric

doi
urn-nbn
Totalt: 280 treff
RefereraExporteraLink to record
Permanent link

Direct link
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annet format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annet språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf