Accessible Requires Authentication Published by De Gruyter October 6, 2020

An Integrated Approach for the Characterization of the Solidification Structure of Free Graphite Cast Irons

Ein integrierter Ansatz zur Charakterisierung der Erstarrungsstruktur von Gusseisen mit freiem Graphit
M. G. López, J. M. Massone and R. E. Boeri
From the journal Practical Metallography

Abstract

Over the years, the majority of the studies that addressed the study of the solidification of free graphite cast irons have focused primarily on explaining the influence of graphite morphology on the solidification mechanism, but instead, have dedicated much less attention to the influence of the metallic phase that grows together with graphite, which is the austenite. However, the combined use of the direct autempering after solidification technique and color etching makes it possible today to extend the study of the solidification of these materials by considering the growth of the austenite. The objective of the present study is to demonstrate how these two techniques can be exploited to understand the solidification macro and microstructure and the microshrinkage cavities formation in free graphite cast irons.

The results show that these techniques find potential application in studies aimed at developing procedures to refine both the macroscopic and microscopic solidification structures, such as those investigating the use of inoculants to refine the austenitic grain structure, and its consequences on the microsegregation pattern, the eutectic solidification and the tendency to form microshrinkage.

Kurzfassung

In den Vergangenheit konzentrierte sich der Großteil der Arbeiten, die sich mit der Erstarrung von Gusseisen mit freiem Graphit beschäftigten, in erster Linie mit der Klärung des Einflusses der Graphitmorphologie auf den Erstarrungsmechanismus. Dem Einfluss der Metallphase, die zusammen mit dem Graphit wächst, dem Austenit, wurde dabei allerdings weniger Beachtung Beachtung geschenkt. Heute ist es durch eine kombinierte Anwendung des Bainitisierens (Zwischenstufenvergüten) direkt nach der Erstarrung (Direct Austempering After Solidification, DAAS) und des Farbätzens hingegen möglich, die Untersuchung der Erstarrung dieser Werkstoffe auf das Wachstum des Austenits auszudehnen. In der vorliegenden Arbeit soll aufgezeigt werden, wie diese beiden Verfahren genutzt werden können, um das Erstarrungsmakro- sowie -mikrogefüge und die Bildung von Mikrolunkern in Gusseisen mit freiem Graphit zu verstehen.

Die Ergebnisse zeigen, dass es für die beiden Techniken potenzielle Anwendungsmöglichkeiten in Untersuchungen gibt, in denen Verfahren zur Feinung der makroskopischen sowie der mikroskopischen Erstarrungsstrukturen entwickelt werden sollen. Dazu zählen auch solche Arbeiten, die den Einsatz von Impfmitteln zur Feinung der austenitischen Kornstruktur, entsprechende Auswirkungen auf das Mikroseigerungsmuster, die eutektische Erstarrung und die Neigung zur Bildung von Mikrolunkern untersuchen.


Übersetzung: E. Engert


References / Literatur

[1] Lacaze, J.: The Austenite-to-Pearlite/Ferrite Transformation, ASM Handbook. Volume 1A: Cast Iron Science and Technology, ASM International, 2017, 107110. Search in Google Scholar

[2] Boeri, R.: The Austenite-to-Ausferrite Transformation, ASM Handbook. Volume 1A: Cast Iron Science and Technology, ASM International, 2017, 114118. DOI: 10.31399/asm.hb.v01a.a0006319 Search in Google Scholar

[3] Boeri, R.; Sikora, J.: Solidification macrostructure of spheroidal graphite cast iron, Int. J. Cast Metals Res.13 (2001) 307313. DOI: 10.1080/13640461.2001.11819412 Search in Google Scholar

[4] Rivera, G.; Boeri, R.; Sikora, J.: Revealing and characterising solidification structure of ductile cast iron, Mater. Sci. Technol.18 (2002) 691697. DOI: 10.1179/026708302225003668 Search in Google Scholar

[5] Rivera, G.; Boeri, R.; Sikora, J.: Research advances in ductile iron solidification, AFS Transactions111 (2003) 111. Search in Google Scholar

[6] Beraha, E.; Shpigler, B.: Color metallography, ASM, 1977. Search in Google Scholar

[7] Vazehrad, S.; Elfsberg, J.; Diószegi, A.: Study of microstructure and silicon segregation in cast iron using color etching and electron microprobe analysis, Mater. Charact.104 (2015) 132138. DOI: 10.1016/j.matchar.2014.09.008 Search in Google Scholar

[8] López, M.; Rivera, G.; Massone, J.; Boeri, R.: Study of the solidification structure of compacted graphite cast iron, Int. J. Cast Metals Res.29–5 (2016) 266271. DOI: 10.1080/13640461.2016.1237099 Search in Google Scholar

[9] Motz, M.: Microsegregation, an easily unnoticed influencing variable in the structural description of cast materials, Pract. Metallogr.25 (1988) 285293. DOI: 10.1007/978-1-4899-5982-9_16 Search in Google Scholar

[10] Rivera, G.; Boeri, R.; Sikora, J.: Revealing the solidification structure of nodular iron, Cast Metals8 (1995) 15. DOI: 10.1080/09534962.1995.11819186 Search in Google Scholar

[11] Rivera, G.; Calvillo, P.; Boeri, R.; Houbaert, Y.; Sikora, J.: Examination of the solidification macrostructure of spheroidal and flake graphite cast irons using DAAS and ESBD, Mater. Charact.59 (2008) 13421348. DOI: 10.1016/j.matchar.2007.11.009 Search in Google Scholar

[12] Elmquist, L.; Soivio, K.; Diószegi, A.: Cast Iron Solidification Structure and how it is related to Defect Formation, Mater. Sci. Forum790–791 (2014) 441446. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.790-791.441 Search in Google Scholar

[13] López, M.; Brewer, L.; Massone, J.; Boeri, R.: EBSD Analysis of the Primary Austenite Grains in Lamellar Graphite Cast Iron, Metallogr. Microstruct. Anal.8-3 (2019) 386392. DOI: 10.1007/s13632-019-00543-2 Search in Google Scholar

[14] Rivera, G.; Boeri, R.; Sikora, J.: Solidification of gray cast iron, Scr. Mater.50 (2004) 331335. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2003.10.019 Search in Google Scholar

[15] Boeri, R.; López, M.; Tenaglia, N.; Massone, J.: Solidification, Macrostructure and Shrinkage Formation of Ductile and Compacted Irons, Int. J. Metalcast. (2020). DOI: 10.1007/s40962-020-00444-z Search in Google Scholar

[16] López, M.; Massone, J.; Boeri, R.: Examination of the Size and Morphology of Austenite Grains in Lamellar Graphite Cast Iron, Int. J. Metalcast. (2019). DOI: 10.1007/s40962-019-00393-2 Search in Google Scholar

Received: 2020-04-14
Accepted: 2020-08-03
Published Online: 2020-10-06
Published in Print: 2020-10-15

© 2020, Carl Hanser Verlag, München