Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
On deoxidation practice and grain size of austenitic manganese steel
Högskolan i Jönköping, Tekniska Högskolan, JTH. Forskningsmiljö Material och tillverkning – Gjutning.ORCID-id: 0000-0002-3671-8087
2017 (Engelska)Licentiatavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
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.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Jönköping: Jönköping University, School of Engineering , 2017. , s. 47
Serie
JTH Dissertation Series ; 29
Nyckelord [en]
Hadfield steel, deoxidation, grain size, inoculation, particles, carbides, oxides
Nyckelord [sv]
Hadfield stål, desoxidering, kornstorlek, ympning, partiklar, karbider, oxider
Nationell ämneskategori
Metallurgi och metalliska material
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:hj:diva-37788ISBN: 978-91-87289-30-9 (tryckt)OAI: oai:DiVA.org:hj-37788DiVA, id: diva2:1153020
Presentation
2017-11-10, E1405 (Gjuterisalen), Gjuterigatan 5, Högskolesområdet, Hus E, 551 11, Jönköping, 09:32 (Engelska)
Opponent
Handledare
Projekt
InDeGrainS I
Forskningsfinansiär
KK-stiftelsen, 20130149Tillgänglig från: 2017-10-30 Skapad: 2017-10-27 Senast uppdaterad: 2017-10-30Bibliografiskt granskad
Delarbeten
1. Particles precipitation in Ti and Al deoxidized Hadfield steels
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Particles precipitation in Ti and Al deoxidized Hadfield steels
Visa övriga...
2016 (Engelska)Ingår i: Steel Research International, ISSN 1611-3683, E-ISSN 1869-344X, Vol. 87, nr 10, s. 1344-1355Artikel i tidskrift (Refereegranskat) 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.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
John Wiley & Sons, 2016
Nyckelord
Hadfield steel; particles; Titanium; Aluminum; Deoxidation
Nationell ämneskategori
Metallurgi och metalliska material
Identifikatorer
urn:nbn:se:hj:diva-29401 (URN)10.1002/srin.201500400 (DOI)000387017200011 ()2-s2.0-84959496093 (Scopus ID)
Projekt
InDeGrainS
Forskningsfinansiär
KK-stiftelsen, 20130149
Tillgänglig från: 2016-02-15 Skapad: 2016-02-15 Senast uppdaterad: 2019-05-08Bibliografiskt granskad
2. A particle population analysis in Ti- and Al-deoxidized Hadfield steels
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>A particle population analysis in Ti- and Al-deoxidized Hadfield steels
Visa övriga...
2018 (Engelska)Ingår i: International Journal of Cast Metals Research, ISSN 1364-0461, E-ISSN 1743-1336, Vol. 31, nr 3, s. 125-134Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

A quantitative analysis of the amount, size and number of particles that precipitate in situ in titanium- and aluminium-treated Hadfield steel cast during pilot-scale experiments has been performed. SEM with EDS and automated particle analysis abilities was utilized for the analysis. Additionally, Thermo-Calc was used for thermodynamic calculations and Magma 5 for solidification and cooling simulations. Predicted particles sizes calculated with a model based on the Ostwald ripening mechanism were compared with the experimental data. The effect of solute availability, cooling rate and deoxidation practice on the particle population characteristics was determined. It was concluded that the amount, size and number of precipitating particles in Hadfield steel castings is possible to be controlled according to certain requirements by a careful selection of proper additives in proper amounts and also by the optimization of the casting process in aspects of deoxidation timing and control of the cooling rate of the castings.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Taylor & Francis, 2018
Nyckelord
Hadfield steel, particles population, deoxidation, casting, titanium, aluminum, inclusion control, particle growth
Nationell ämneskategori
Metallurgi och metalliska material
Identifikatorer
urn:nbn:se:hj:diva-37418 (URN)10.1080/13640461.2017.1379262 (DOI)000437344000001 ()2-s2.0-85019740665 (Scopus ID)
Tillgänglig från: 2017-09-27 Skapad: 2017-09-27 Senast uppdaterad: 2019-05-08Bibliografiskt granskad
3. The Influence of Deoxidation Practice on the As-Cast Grain Size of Austenitic Manganese Steels
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>The Influence of Deoxidation Practice on the As-Cast Grain Size of Austenitic Manganese Steels
Visa övriga...
2017 (Engelska)Ingår i: Metals, ISSN 2075-4701, Vol. 7, nr 6, artikel-id 186Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

The effect of in-situ precipitating particles on the grain size of Al-Ti-treated and untreated Hadfield steel cast in a pilot scale environment was studied. Hadfield steel was melted in an induction furnace and cast in Y-Block samples. Light Optical Microscopy (LOM) and the intercept method were utilized for the grain size measurements. Additionally, Thermo-Calc Software TCFE7 Steels/Fe-alloys database version 7 was used for thermodynamic equilibrium calculations of the mole fraction of particles. The planar disregistry values between the austenite and the precipitating particles were calculated. It was observed that increasing oxide content in samples with low Ti(CN) content resulted in a finer microstructure, while increasing the Ti(CN) content under similar oxide content levels led to a coarser microstructure. The potency of each type of particle to nucleate austenitic grains was determined. Spinel (MnAl2O4, MgAl2O4) particles were characterized as the most potent, followed by olivine (Mn2SiO4), corundum (Al2O3, TiO2), and finally Ti(CN), the least potent particle.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
MDPI, 2017
Nyckelord
Hadfield steel, grain size, austenite, deoxidation, particles, aluminum, titanium, oxides, titanium nitrides
Nationell ämneskategori
Metallurgi och metalliska material
Identifikatorer
urn:nbn:se:hj:diva-35598 (URN)10.3390/met7060186 (DOI)000404056600003 ()2-s2.0-85019680224 (Scopus ID)GOA JTH 2017 (Lokalt ID)GOA JTH 2017 (Arkivnummer)GOA JTH 2017 (OAI)
Tillgänglig från: 2017-05-24 Skapad: 2017-05-24 Senast uppdaterad: 2019-06-07Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

fulltext(17321 kB)646 nedladdningar
Filinformation
Filnamn FULLTEXT01.pdfFilstorlek 17321 kBChecksumma SHA-512
385502937b617700c4b24abe1c52acec1b50c5c021a871300faac2fac9c14dd647993f3867b3a8995f24d8859fbb7e978ad4af850f30bcbff6a84a3196014aad
Typ fulltextMimetyp application/pdf

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Siafakas, Dimitrios
Av organisationen
JTH. Forskningsmiljö Material och tillverkning – Gjutning
Metallurgi och metalliska material

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar
Totalt: 646 nedladdningar
Antalet nedladdningar är summan av nedladdningar för alla fulltexter. Det kan inkludera t.ex tidigare versioner som nu inte längre är tillgängliga.

isbn
urn-nbn

Altmetricpoäng

isbn
urn-nbn
Totalt: 423 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

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