Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.26
no.1
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pp.68-75
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2002
Stellite 12 alloy-powders were overlaid on 410 stainless steel valve seat by plasma transferred arc(PTA)process. Variation of microstructure and hardness of overlaid deposit with aging time at $750^{\circ}C$ was investigated. The deposit showed hypoeutectic microstructure, which was consisting of primary cobalt dendrite and networked $M_{7}C_{3}$type eutectic carbides. After aging new M_{23}C_{6}$ carbide was formed by the partial decomposition of $M_7C_3$ type eutectic carbides and finely dispersed $M_{23}C_6$ type carbides were also precipitated in the matrix. Hardness of the deposit was increased with increase of aging time at $750^{\circ}C$ and showed maximum value at 35hours. After showing maximum value, it was fallen down again at 70hours because of overaging. The increase of hardness in aging is ascribed to the formation of new stable $M_{23}C_6$ type carbide by the partial decomposition of $M_7C_3$ type eutectic carbides and also precipitation of finely dispersed $M_{23}C_6$ carbides in matrix.
In high chromium cast iron, the control of matrix microstructure as well as carbide structure is important to the performance as a wear resistant material. In this study, 3.0% C-24.0% Cr white cast irons with various molybdenum contents(residual, 1.0%, 3.0% and 5.0%) were solidified conventionally and unidirectionally for studying their effects on the microstructure and hardness. In the conventional casting, two sets of castings were poured from each melt. One set of the castings consisted of cylindrical bars of 10 and 20mm by 155mm long. The second set of the castings was a cylindrical bar of 30mm by 200mm long. On the other hand, a pep-set mold set on the Cu plate was employed to make the solidification unidirectionally. X-ray diffraction method was used to observe retained austenite and carbides in the high chromium cast iron. The morphology of eutectic $M_7C_3$ carbides changed from needle-like type to nodular type with the increase of Mo content. And, the presence of $M_2C$ carbides was identified in the sample where Mo was added over 3.0 %. Primary and eutectic carbides appeared as rod type and corngrain type, respectively in the unidirectionally solidified samples which were cut to parallel to the solidification direction. In the EDX analysis, Cr concentration was higher in the primary and eutectic $M_7C_3$ carbides, Mo in the $M_2C$ carbides, and Fe in the matrix.
While high-temperature ceramic composites consisting of carbides, borides, and nitrides, the so-called ultra-high-temperature ceramics (UHTCs), have been commonly produced through solid-state sintering, melt-solidification is an alternative method for their manufacture. As many UHTCs are binary or ternary eutectic systems, they can be melted and solidified at a relatively low temperature via a eutectic reaction. The microstructure of the eutectic composites is typically rod-like or lamellar, as determined by the volume fraction of the second phase. Directional solidification can help fabricate more sophisticated UHTCs with highly aligned textures. This review describes the fabrication of UHTCs through the eutectic reaction and explains their mechanical properties. The use of melt-solidification has been limited to small specimens; however, the recently developed laser technology can melt large-sized UHTCs, suggesting their potential for practical applications. An example of laser melt-solidification of a eutectic ceramic composite is demonstrated.
Jo, Hyun-Wook;Do, Jeong-Hyeon;Jo, Won-Je;Chung, Hyun-Deuk;Lee, Je-Hyun;Jo, Chang-Yong
Journal of Korea Foundry Society
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v.35
no.6
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pp.178-184
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2015
Due to excellent abrasion resistance the high-chrome white irons are widely used in mining and mineral industries. Minor variation of carbon content in 28% chrome white iron resulted in difference in primarily solidified microstructure. Sub-eutectic (hypoeutectic) composition led to formation of primarily solidified dendrites. Formation of primarily solidified dendrites which were supersaturated with carbon and chrome also caused precipitation of fine secondary carbides that are different from relatively large plate type $M_7C_3$ carbides in the eutectic structure. Small portion of primarily solidified dendrite expected to contribute significantly to the improvement of abrasion resistance of the white iron because the dendrites provided mechanical support to carbides. The relative fraction of primary dendrite increased with reduction of carbon content from the eutectic composition. The increased fraction of primary dendrite increased hardness value of the white irons.
Three different multi-component white cast irons alloyed with Cr, V, Mo and W were prepared in order to study their as-cast and solidification structures. Three combinations of the alloying elements were selected so as to obtain the different types of carbides and matrix structures : 3%C-10%Cr-5%Mo-5%W(alloy No.1), 3%C-10%V-5% Mo-5%W(alloy No. 2) and 3%C-17%Cr-3% V(alloy No.3). The as-cast microstructures were investigated with optical and scanning electron microscopes. There existed two different types of carbides, $M_7C_3$ carbide with rod-like morphology and $M_6C$ carbide with fishbone-like one, and matrix in the alloy No. 1. The alloy No. 2 consisted of MC carbide with chunky and flaky type and needle-like $M_2C$ carbide, and matrix. The chunky type referred to primary MC carbide and the flaky one to eutectic MC carbide. The morphology of the alloy No. 3 represented a typical hypo-eutectic high chromium white cast iron composed of rod-like $M_7C_3$ carbide which is very sensitive to heat flow direction and matrix. To clarify the solidification sequence, each iron(50g) was remelted at 1723K in an alumina crucible using a silicon carbide resistance furnace under argon atmosphere. The molten iron was cooled at the rate of 10K/min and quenched into water at several temperatures during thermal analysis. The solidification structures of the specimen were found to consist of austenite dendrite(${\gamma}$), $ ({\gamma}+ M_7C_3)$ eutectic and $({\gamma}+ M_6C)$ eutectic in the alloy No. 1, proeutectic MC, austenite dendrite(${\gamma}$), (${\gamma}$+MC) eutectic and $({\gamma}+ M_2C)$ eutectic in the alloy No. 2, and proeutectic $M_7C_3$ and $ ({\gamma}+ M_7C_3)$ eutectic in the alloy No 3. respectively.
The effect of solidification rate on micro-segregation in investment casting of IN738LC superalloy was studied. In Ni-based superalloys, the micro-segregation of solute atoms is formed due to limited diffusion during cast and solidification. The microstructure of cast Ni-based superalloys is largely divided into dendrite core of initial solidification and interdendrite of final solidification. In particular, mosaic shaped eutectic γ/γ' and carbides are formed in the interdendrite of the final solidification region in some cases. The micro-segregation phenomena formed in regions of dendrite core and interdendrite including eutectic γ/γ' and carbides were analyzed using OM, SEM/EDS and micro Vickers hardness. As a result of analysis, the lack of (Cr, W) and the accumulation of Ti were measured in the eutectic γ/γ', and the accumulation of (Cr, Mo) and the lack of Ti were measured in the interdendrite between dendrite and eutectic. Carbides formed in interdendritic region were composed of (Ti, W, Mo, C). The segregation applied to each microstructure is mainly due to the formation of γ' with Ni3(Al,Ti) composition. The Ni accumulation accompanied by Cr depletion, and the Ti accumulated in the eutectic region as a γ' forming elements. The Mo tends to diffuse out from the dendrite core to the interdendrite, and the W diffuse out from the interdendrite to the dendrite core. Therefore, the accumulation of Mo in the interdendrite and the deficiency of W occur in the eutectic region located in the interdendrite. Heat treatment makes the degree of the micro-segregation decrease due to the diffusion during solid solution. This study could be applied to the heat treatment technology for the micro-segregation control in cast Ni-based superalloys.
The effects of the alloying elements and cooling rates on the formation of phosphide eutectics of compacted vermicular graphite cast irons containing copper, tin, molybdenum for producing pearlitic matrix, and also containing phosphorus and boron for increasing wear resistance, were investigated. The liquidus phosphide eutectic was found to solidify as a pseudo-binary phosphide eutectic, but with increasing of the cooling rate non-equlibrium phosphide eutectic with needle type carbide could be formed. However, the liquidus phosphide eutectic containing both phosphorus and carbide-forming boron was found to solidify always as a non-equlibrium phosphide eutectic with coarse carbide, independent from the cooling rate. It was also confirmed that the tiny isolated phase observed by SEM was gamma iron solid solution with phosphorus, silicon, molybdenum and the matrix containing these tiny islands was phosphide phase containing manganese and molybdenum. The addition of copper was found to decrease the tendency of forming ledeburitic carbides in the phosphide eutectic.
The morphologies of eutectic cell formed during solidification affect on the mechanical properties in high Cr cast iron. In order to investigate the influence of Si on the structure, five kinds of specimen containing 16.42% Cr with varying amount of Si (0.51%, 1.17%, 2.22%, 2.71%, 3.56%) were poured into shell mould preheated $330^{\circ}C$ at $1510^{\circ}C$. The effect of Si on matrix in hypo-eutctic Cr cast iron (2.48% C, 16.42%) were studied through its mechanical tests and observation of microstructure using of metallurgical microscope, EPMA, SEM and Image analyzer systematically. The results obtained from the above studies are as follows: 1. Because of ${\Delta}T$ decreasing with increasing Si content, the morpologies of colony change into uniform bar-type carbide from plate-type ones, moreover eutectic colony size (Ew) becomes narrow and spacing of carbide wider. 2. As Si content increases, the amount of carbides also increases and most of Cr were dissolved in carbides while Si in matrix. 3. The hardness, tensile strength and wear resistance were increasing while impact value decreased with increasing Si content. 4. In fracture section, small amount of dimple pattern was observed in less than 1.17% Si but more than 2.22% Si river pattern was presented.
Stellite 12 alloy-powder was overlaid on 410 stainless steel valve seat using plasma transferred arc(PTA) process. Variation of characteristic of microstructure and hardness of deposit with current(90~150 A) and preheat temperature(R.T.~$400^{\circ}C$) was investigated. Important conclusion obtained are as follows; All welding conditions used produced a sound deposit layer with no defect in single pass welding. The maximum deposit had 4.0~4.8 mm in thickness and its bead width was increased with increase of current and preheat temperature. The deposit showed hypoeutectic microstruture, which was consisting of primary cobalt dendrite and networked $M_7C_3$ type eutectic carbides. The amount of eutectic carbides was decreased and its dendritic secondary arm spacing was increased with increase of current. Hardness of the deposit was decreased with increase of current. Preheat temperature up to $400^{\circ}C$, however, showed little influence on the hardness and microstructure. The hardness was also influenced by diluted Fe content near the interface in addition to microstructure and dendritic secondary arm spacing. Hot hardness at $500^{\circ}C$ showed higher than 300 HV.
Three different white cast irons alloyed with Cr and Si were prepared in order to study their distribution be-havior in matrices and carbides. The specimens were produced using a 15kg-capacity high frequency induction fur-nace. Melts were super-heated to $1600^{\circ}C$, and poured at $1550^{\circ}C$ into a pepset mold. Three combinations of the alloys were selected so as to observe the distribution behavior of Cr and Si : 0.5%C-25.0%Cr-1.0%Si(alloy No. 1), 0.5%C-5.0%Cr-1.0%Si(alloy No. 2) and 2.0%C-5.0%Cr-1.0%Si(alloy No. 3). Cellular $M_7C_3$ carbides-$\delta$ferrite eutectic were developed at $\delta$ferrite liquid interfaces in the alloy No. 1 while only traces of $M_7C_3$ carbides-$\delta$ferrite eutectic were precipitated in the alloy No. 2. With the addition of 2.0% C and 5.0% Cr, ledeburitic $M_3C$ carbides instead of cellular $M_7C_3$ carbides were precipitated in the alloy No. 3. Cr was distributed preferentially to the $M_7C_3$ carbides rather than to the matrix structure while more Si was partitioned in the matrix structure rather than the $M_7C_3$ carbides. $K^m$ for Cr was ranged from 0.56 to 0.68 while that for Si was from 1.12 to 1.28. $K^m$ for Cr had a lower value with increased carbon contents. The mass percent of Cr was higher in the $M_7C_3$ carbides with increased Cr contents.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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