Formation of secondary boundaries in cast steel

Authors

  • S. I. Gubenko National Metallurgical Academy of Ukraine, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.30838/J.PMHTM.2413.240418.25.101

Keywords:

centrifugal casting, cracks, grain structure, polygonizational structure, secondary boundaries

Abstract

Purpose. Study of the formation of secondary grain boundaries during crystallization in centrifugally-cast billets (steel grade 40Х25Н20С2). Methodology. The microstructure of hollow billets (steel grade 40Х25Н20С2) produced by horizontal centrifugal casting machines was analyzed. Features of secondary grain boundaries in 40Х25Н20С2 steel were examined in the cast state after annealing at temperatures of 1 100°C and 1 200 °C and equalizing for one and five hours. Metallographic “Neophot−21” and electron microscopics JSM−35, «Tesla», EMW−100B studies were conducted. Findings. It was found that changes in technological parameters of centrifugal casting leading to a reduction of the transcrystallization area and increased surface areas of equiaxed crystals in the structure of centrifugal-cast hollow billets (steel grade 40Х25Н20С2) allow reducing susceptibility to brittle intercrystalline fracture. Hot cracks of crystallization origin and polygonizational cracks form in castings. It is shown that formation of crystallization cracks is significantly affected by chemical heterogeneity, while formation of polygonizational cracks is affected by substructural heterogeneity caused by formation of secondary boundaries. A significant means to reduce susceptibility of cast steel to generation of microfraction is to control the scale and nature of chemical and substructural heterogeneity. Originality. We discuss the main sources of polygonizational formation of secondary grain boundaries in centrifugally-cast steel. Practical value. The obtained results allow using the secondary boundaries to inhibit the development of intergranular cracks.

Author Biography

S. I. Gubenko, National Metallurgical Academy of Ukraine

Department of Materials Science, Dr. Sc. (Tech.), Prof.

References

Центробежное литье : монография / [С. Б. Юдин, М. М. Левин, С. Е. Розенфельд]. − Москва : Машиностроение, 1972. – 415 с.

Мовчан Б. А. Границы кристаллитов в литых металлах и сплавах : монография / Б. А. Мовчан. − Киев : Техника, 1970. – 212 с.

Неметаллические включения в стали : монография / [С. И. Губенко, В. В. Парусов, И. В. Деревянченко]. –Днепропетровск : АРТ-ПРЕСС, 2005. – 536 с.

Губенко С. И. Трансформация неметаллических включений в стали : монография / С. И. Трофименко. – Москва : Металлургия, 1991. – 225 с.

Идельчик И. Е. Гидравлическое сопротивление : монография / И. Е. Идельчик. – Ленинград : Госэнергоиздат, 1954. – 221 с.

Саротовкин Д. Д. Дендритная кристаллизация : монография / Д. Д. Саротовкин. – Москва : Металлургиздат, 1953. – 176 с.

Дендритная ликвация в сталях и сплавах : монография / [И. Н. Голиков, С. Б. Масленков]. – Москва : Металлургия, 1977. – 224 с.

Грабский М. В. Структура границ зерен в металлах : монография / М. В. Грабский. – Москва : Металлургия, 1972. – 160 с.

Термодинамика и кинетика границ зерен в металлах : монография / [Б. С. Бокштейн, И. В. Копецкий, Л. С. Швиндлерман]. – Москва : Металлургия, 1986. – 224 с.

Структура межкристаллитных и межфазных границ : монография / [В. М. Косевич, В. М. Иевлев, Л. С. Палатник, А. И. Федоренко]. – Москва : Металлургия, 1980. – 256 с.

Структура и свойства внутренних поверхностей раздела в металлах : монография / [Б. С. Бокштейн, И. В. Копецкий, Л. С. Швиндлерман и др.]. – Москва : Наука, 1988. – 272 с.

Финкель В. М. Физика разрушения : монография / В. М. Финкель. – Москва : Металлургия, 1970. – 376 с.

Границы зерен и свойства металлов : монография / [О. А. Кайбышев, Р. З. Валиев]. – Москва : Металлургия, 1987. – 214 с.

Денисенко О. І. Розподіл температури одновимірного зразка в умовах місцевої термообробки / О. І. Денисенко, В. І. Цоцко, І. М. Спиридонова, Б. Г. Пелешенко // Фізика і хімія твердого тіла. – Т. 9. – № 1. – 2008. – С. 181–184.

Цоцко В. И. Аналитическое моделирование температурного поля одномерного образца в условиях местной термообработки / В. И. Цоцко, И. М. Спиридонова, Б. И. Пелешенко, А. И. Денисенко // Системні технології. – Вип. 3 (56). – Том 2. – Дніпропетровськ, 2008. – С. 22– 29.

REFERENCES

Yudin S.B., Levin M.M. and Rozenfeld S.E. Tsentrobezhnoe lite [Centrifugal casting]. Moscow: Mashinostroenie, 1972, 415 p. (in Russian).

Movchan B.A. Granitsyi kristallitov v lityih metallah i splavah [he boundaries of crystallites in cast metals and alloys]. Kyiv : Tehnika, 1970, 212 p. (in Russian).

Gubenko S.I., Parusov V.V. and Derevyanchenko I.V. Nemetallicheskie vklyucheniya v stali [Non-metallic inclusions in steel]. Dnipropetrovsk : ART-PRESS, 2005, 536 p. (in Russian).

Gubenko S.I. Transformatsiya nemetallicheskih vklyucheniy v stali [Трансформация неметаллических включений в стали]. Moscow : Metallurgiya, 1991, 225 p. (in Russian).

Idelchik I.E. Gidravlicheskoe soprotivlenie [Hydraulic resistance]. Leningrad : GosEnergoizdat, 1954, 221 p. (in Russian).

Sarotovkin D.D. Dendritnaya kristallizatsiya [Dendritic crystallization]. Moscow : Metallurgizdat,1953, 176 p. (in Russian).

Golikov I.N., and Maslenkov S.B. Dendritnaya likvatsiya v stalyah i splavah [Dendritic liquation in steels and alloys]. Moscow : Metallurgiya, 1977, 224 p. (in Russian).

Grabskiy M.V. Struktura granits zeren v metallah [Structure of grain boundaries in metals]. Moscow : Metallurgiya, 1972, 160 p. (in Russian).

Bokshteyn B.S., Kopetskiy I.V. and Shvindlerman L.S. Termodinamika i kinetika granits zeren v metallah [Thermodynamics and kinetics of grain boundaries in metals]. Moscow : Metallurgiya, 1986, 224 p. (in Russian).

Kosevich V.M., Ievlev V.M., Palatnik L.S. and Fedorenko A.I. Struktura mezhkristallitnyih i mezhfaznyih granits [Structure of intergranular and interphase boundaries]. Moscow : Metallurgiya, 1980, 256 p. (in Russian).

Bokshteyn B.S., Kopetskiy I.V., Shvindlerman L.S. and oth. Struktura i svoystva vnutrennih poverhnostey razdela v metallah [Structure and properties of internal interfaces in metals]. Moscow : Nauka, 1988, 272 p. (in Russian).

Finkel V.M. Fizika razrusheniyam [Fracture Physics]. Moscow : Metallurgiya, 1970, 376 p. (in Russian).

Kaybyishev O.A. and Valiev R.Z. Granitsyi zeren i svoystva metallov [Boundaries of grains and properties of metals]. Moscow : Metallurgiya, 1987, 214 p. (in Russian).

Denisenko A.I., Tsotsko V.I., Spiridonova I.M. and Peleshenko B.G. Rozpodil tempetaruti odnovimirnogo zrazka v umovah mistsevoi termoobrobki [Temperature distribution of the one-dimensional sample in terms of local heat treatment]. Fizika i himija tverdogo tila [Physics and Chemistry of Solid State]. 2008, vol. 9, no. 1, pp. 181−184. (in Russian).

Tsotsko V.I., Spiridonova I.M., Peleshenko B.G. and Denisenko A.I. Analiticheskoe modelirovanie polja temperature odnomernogo obraztsa v uslovijah mestnoj termotsikliruuschej obrabotki [Analytical modeling of temperature field in one-dimensional sample of the local thermo-cycling processing]. Siustemnie tehnologii [System technologies]. Regional Interuniversity collection of scientific papers, Dnipropetrovsk, 2008, iss. 3 (56), vol. 2, pp. 22−29. (in Russian).

Published

2018-04-10