Published October 11, 2021 | Version v1
Publication Open

Ultrafine Ductile and Austempered Ductile Irons by Solidification in Ultrasonic Field

Creators

  • 1. Otto-von-Guericke University Magdeburg
  • 2. Central Metallurgical Research and Development Institute

Description

Abstract In this research, ultrasonic melt treatment (UST) was used to produce a new ultrafine grade of spheroidal graphite cast iron (SG iron) and austempered ductile iron (ADI) alloys. Ultrasonic treatment was numerically simulated and evaluated based on acoustic wave streaming. The simulation results revealed that the streaming of the acoustic waves propagated as a stream jet in the molten SG iron along the centerline of the ultrasonic source (sonotrode) with a maximum speed of 0.7 m/s and gradually decreased to zero at the bottom of the mold. The metallographic analysis of the newly developed SG iron alloy showed an extremely ultrafine graphite structure. The graphite nodules' diameter ranging between 6 and 9 µm with total nodule count ranging between 900 to more than 2000 nodules per mm 2 , this nodule count has never been mentioned in the literature for castings of the same diameter, i.e., 40 mm. In addition, fully ferritic matrix was observed in all UST SG irons. Further austempering heat treatments were performed to produce different austempered ductile iron (ADI) grades with different ausferrite morphologies. The dilatometry studies for the developed ADI alloys showed that the time required for the completion of the ausferrite formation in UST alloys was four times shorter than that required for statically solidified SG irons. SEM micrographs for the ADI alloys showed an extremely fine and short ausferrite structure together with small austenite blocks in the matrix. A dual-phase intercritically austempered ductile iron (IADI) alloy was also produced by applying partial austenitization heat treatment in the intercritical temperature range, where austenite + ferrite + graphite phases coexist. In dual-phase IADI alloy, it was established that introducing free ferrite in the matrix would provide additional refinement for the ausferrite.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في هذا البحث، تم استخدام العلاج بالذوبان بالموجات فوق الصوتية (UST) لإنتاج درجة جديدة متناهية الصغر من الحديد الزهر الجرافيتي الكروي (SG iron) وسبائك الحديد المطيل (ADI). تمت محاكاة المعالجة بالموجات فوق الصوتية عدديًا وتقييمها بناءً على تدفق الموجات الصوتية. كشفت نتائج المحاكاة أن تدفق الموجات الصوتية ينتشر كنفث تيار في حديد SG المنصهر على طول الخط المركزي للمصدر فوق الصوتي (sonotrode) بسرعة قصوى تبلغ 0.7 م/ث وانخفض تدريجيًا إلى الصفر في قاع القالب. أظهر التحليل المعدني لسبيكة الحديد SG المطورة حديثًا بنية جرافيت متناهية الصغر. يتراوح قطر عقيدات الجرافيت بين 6 و 9 ميكرومتر مع إجمالي عدد العقيدات الذي يتراوح بين 900 إلى أكثر من 2000 عقدة لكل مم 2 ، ولم يتم ذكر عدد العقيدات هذا في الأدبيات الخاصة بالمسبوكات التي لها نفس القطر، أي 40 مم. بالإضافة إلى ذلك، لوحظت مصفوفة حديدية بالكامل في جميع مكواة UST SG. تم إجراء المزيد من المعالجات الحرارية لتهدئة الأوستيمبيرد لإنتاج درجات مختلفة من حديد الدكتايل الأوستيمبيرد (ADI) مع أشكال أوسفريت مختلفة. أظهرت دراسات قياس التمدد لسبائك ADI المطورة أن الوقت اللازم لإكمال تكوين الأوسفريت في سبائك UST كان أقصر بأربع مرات من الوقت المطلوب لمكواة SG الصلبة بشكل ثابت. أظهرت الصور المجهرية SEM لسبائك ADI بنية أوسفيريت دقيقة وقصيرة للغاية مع كتل أوستنيت صغيرة في المصفوفة. كما تم إنتاج سبيكة ثنائية الطور من حديد الدكتايل المقاوم للصدأ (IADI) من خلال تطبيق المعالجة الحرارية للأوستنيت الجزئي في نطاق درجة الحرارة بين الحرجة، حيث تتعايش أطوار الأوستينيت + الفريت + الجرافيت. في سبيكة IADI ثنائية الطور، ثبت أن إدخال الفريت الحر في المصفوفة سيوفر صقلًا إضافيًا للأوسفريت.

Translated Description (French)

Résumé Dans cette recherche, le traitement de fusion par ultrasons (UST) a été utilisé pour produire une nouvelle qualité ultrafine d'alliages de fonte à graphite sphéroïdal (SG) et de fonte ductile austempérée (ADI). Le traitement par ultrasons a été simulé numériquement et évalué en fonction du flux d'ondes acoustiques. Les résultats de la simulation ont révélé que le flux des ondes acoustiques se propageait sous la forme d'un jet de flux dans le fer SG fondu le long de l'axe de la source ultrasonore (sonotrode) avec une vitesse maximale de 0,7 m/s et diminuait progressivement jusqu'à zéro au fond du moule. L'analyse métallographique de l'alliage de fer SG nouvellement développé a montré une structure de graphite extrêmement ultrafine. Le diamètre des nodules de graphite étant compris entre 6 et 9 µm avec un nombre total de nodules compris entre 900 et plus de 2000 nodules par mm 2 , ce nombre de nodules n'a jamais été mentionné dans la littérature pour des coulées de même diamètre, soit 40 mm. De plus, une matrice entièrement ferritique a été observée dans tous les fers SG UST. D'autres traitements thermiques d'austrempe ont été effectués pour produire différentes qualités de fonte ductile austrempe (DJA) avec différentes morphologies d'ausferrite. Les études de dilatométrie pour les alliages ADI développés ont montré que le temps nécessaire pour l'achèvement de la formation d'ausferrite dans les alliages UST était quatre fois plus court que celui requis pour les fers SG solidifiés statiquement. Les micrographies MEB pour les alliages ADI ont montré une structure d'ausferrite extrêmement fine et courte ainsi que de petits blocs d'austénite dans la matrice. Un alliage de fonte ductile à austénitisation intercritique à deux phases (IADI) a également été produit en appliquant un traitement thermique d'austénitisation partielle dans la plage de température intercritique, où coexistent des phases austénite + ferrite + graphite. Dans l'alliage IADI biphasé, il a été établi que l'introduction de ferrite libre dans la matrice apporterait un raffinement supplémentaire à l'ausferrite.

Translated Description (Spanish)

Resumen En esta investigación, se utilizó el tratamiento ultrasónico de fusión (UST) para producir un nuevo grado ultrafino de hierro fundido de grafito esferoidal (hierro SG) y aleaciones de hierro dúctil austemplado (ADI). El tratamiento ultrasónico se simuló numéricamente y se evaluó en función de la transmisión de ondas acústicas. Los resultados de la simulación revelaron que la transmisión de las ondas acústicas se propagó como un chorro de corriente en el hierro SG fundido a lo largo de la línea central de la fuente ultrasónica (sonotrodo) con una velocidad máxima de 0.7 m/s y disminuyó gradualmente a cero en el fondo del molde. El análisis metalográfico de la aleación de hierro SG recientemente desarrollada mostró una estructura de grafito extremadamente ultrafina. El diámetro de los nódulos de grafito oscila entre 6 y 9 µm con un recuento total de nódulos que oscila entre 900 y más de 2000 nódulos por mm 2 , este recuento de nódulos nunca se ha mencionado en la literatura para fundiciones del mismo diámetro, es decir, 40 mm. Además, se observó matriz completamente ferrítica en todos los hierros UST SG. Se realizaron tratamientos térmicos de austemperado adicionales para producir diferentes grados de hierro dúctil austemperado (ida) con diferentes morfologías de ausferrita. Los estudios de dilatometría para las aleaciones ADI desarrolladas mostraron que el tiempo requerido para completar la formación de ausferrita en aleaciones UST fue cuatro veces más corto que el requerido para los hierros SG solidificados estáticamente. Las micrografías SEM para las aleaciones ADI mostraron una estructura de ausferrita extremadamente fina y corta junto con pequeños bloques de austenita en la matriz. También se produjo una aleación de hierro dúctil austemplado intercríticamente (IADI) de doble fase mediante la aplicación de tratamiento térmico de austenitización parcial en el rango de temperatura intercrítica, donde coexisten fases de austenita + ferrita + grafito. En la aleación IADI de fase dual, se estableció que la introducción de ferrita libre en la matriz proporcionaría un refinamiento adicional para la ausferrita.

Files

s40962-021-00683-8.pdf.pdf

Files (3.4 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:cdce817a8b15c5991520e1eed694d02c
3.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مكواة فائقة الصغر قابلة للطي ومقاومة للصدأ عن طريق التصلب في مجال الموجات فوق الصوتية
Translated title (French)
Fers ductiles ultrafins et ductiles austempérés par solidification en champ ultrasonique
Translated title (Spanish)
Hierros dúctiles ultrafinos y dúctiles templados por solidificación en campo ultrasónico

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3206772537
DOI
10.1007/s40962-021-00683-8

Is supplement to
https://openalex.org/W4385567314 (Other)
https://openalex.org/W371673730 (Other)
https://openalex.org/W2739102703 (Other)
https://openalex.org/W2573891192 (Other)
https://openalex.org/W2561565067 (Other)
https://openalex.org/W2386375319 (Other)
https://openalex.org/W2295790034 (Other)
https://openalex.org/W2183363887 (Other)
https://openalex.org/W2129846951 (Other)
https://openalex.org/W2023768807 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1968349220
  • https://openalex.org/W1999531205
  • https://openalex.org/W2003066388
  • https://openalex.org/W2003631629
  • https://openalex.org/W2007647293
  • https://openalex.org/W2015985883
  • https://openalex.org/W2017910636
  • https://openalex.org/W2062895421
  • https://openalex.org/W2065746288
  • https://openalex.org/W2066156785
  • https://openalex.org/W2074140948
  • https://openalex.org/W2075438086
  • https://openalex.org/W2102474579
  • https://openalex.org/W2113713146
  • https://openalex.org/W2167537322
  • https://openalex.org/W2260063851
  • https://openalex.org/W2298066301
  • https://openalex.org/W2318465170
  • https://openalex.org/W2342087276
  • https://openalex.org/W2530614476
  • https://openalex.org/W2548398895
  • https://openalex.org/W2564581004
  • https://openalex.org/W2605077573
  • https://openalex.org/W2801059632
  • https://openalex.org/W2898158275
  • https://openalex.org/W2899107305
  • https://openalex.org/W2904531335
  • https://openalex.org/W2909820344
  • https://openalex.org/W2944777599
  • https://openalex.org/W2957077041
  • https://openalex.org/W2957383816
  • https://openalex.org/W2990230002
  • https://openalex.org/W2994856922
  • https://openalex.org/W2995641182
  • https://openalex.org/W2999666542
  • https://openalex.org/W3014916048
  • https://openalex.org/W3026087560
  • https://openalex.org/W3043893270
  • https://openalex.org/W3125171974
  • https://openalex.org/W870902582
  • https://openalex.org/W973948578