Effect of the Carbon Balance on Heat Treatment Behavior of the Multi-alloyed White Cast Iron

Abstract

In this work, the effect of carbon balance (Cbal) on hardness and volume fraction of retained austenite (Vγ) of heat-treated multi-alloyed white cast iron was investigated. The specimens with Cbal value of -0.68 to +0.53% were prepared. The specimens were hardened from 1323 and 1373 K austenitizing temperature. The hardened specimens were tempered at 673 - 873 K. It was found that the as-cast microstructure consisted of austenite dendrite and eutectic structure. The eutectic carbides of all specimens were MC and M7C3 types in -0.68%Cbal specimen and those in -0.20 to + 0.53%Cbal were MC, M2C and M7C3 types. The area fractions of dendrite decreased but the eutectic increased with an increase in the Cbal value. The eutectics (γ+MC) and (γ+M2C) increased but eutectic (γ+M7C3) decreased as the Cbal rose. The matrices of all as-hardened specimens were martensite and secondary carbides with some retained austenite except for -0.68%Cbal specimen. The hardness in the as-hardened state increased first and then decreased with increasing the Cbal value. The highest hardness was obtained at -0.01%Cbal. The percentage by volume fraction of retained austenite (Vγ) in the as-hardened state increased progressively as the Cbal increased. The higher austenitizing temperature provided the greater Vγ value. The highest hardness value of 870 HV30 was obtained at 12%Vγ. The tempered hardness curve of each specimen showed a secondary hardening due to the precipitation of secondary carbides and the transformation of austenite to martensite. The Vγ decreased with increasing of the tempering temperature. The maximum tempered hardness (HTmax) was obtained at 773 K for 1323 K and 823 K for 1373 K austenitizing where the Vγ value was less than 15%. The highest value of HTmax, 862 HV30, was obtained in the specimen with -0.01%Cbal. The 10 - 40%Vγ in as-hardened state provided the HTmax more than 800 HV30. The degree of secondary hardening increased with an increase in Cbal and the austenitizing temperature.

งานวิจัยนี้ได้ศึกษาผลของคาร์บอนสมดุล (Cbal) ต่อความแข็งและสัดส่วนเชิงปริมาตรของออสเทไนต์เหลือค้างของเหล็กหล่อขาวที่เติมธาตุผสมหลายชนิดที่ผ่านกรรมวิธีทางความร้อน ทำการเตรียมชิ้นงานที่มีค่า %Cbal เท่ากับ -0.68% ถึง +0.53% ทำการชุบแข็งชิ้นงานทดสอบที่ 1323 K และ 1373 K และอบคืนตัวที่อุณหภูมิ 673 – 873 K ผลการทดลองพบว่าโครงสร้างจุลภาคในสภาพหล่อประกอบออสเทไนต์เดนไดรต์และโครงสร้างยูเทกติก โดยพบยูเทกติกคาร์ไบด์ประเภท MC และ M7C3 ในชิ้นงาน -0.68%Cbal และพบประเภท MC M2C และ M7C3 ในชิ้นงาน -0.20%Cbal ถึง 0.53%Cbal สัดส่วนเชิงพื้นที่ของออสเทไนต์เดนไดรต์ลดลง แต่สัดส่วนเชิงพื้นที่ของโครงสร้างยูเทกติกเพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มค่า Cbal สัดส่วนเชิงพื้นที่ของโครงสร้างยูเทกติก (γ+MC) และ (γ+M2C) เพิ่มขึ้น แต่ (γ+M7C3) ลดลงเมื่อค่า Cbal เพิ่มขึ้น เนื้อพื้นในสภาพชุบแข็งประกอบด้วยมาร์เทนไซต์ คาร์ไบด์ลำดับที่สองและออสเทไนต์เหลือค้างบางส่วนยกเว้นชิ้นงาน –0.68%Cbal ที่ประกอบด้วยคาร์ไบด์ลำดับที่สองและเฟอร์ไรต์ ความแข็งในสภาพชุบแข็งเพิ่มขึ้นในช่วงแรกจากนั้นลดลงเมื่อค่า Cbal เพิ่มขึ้น โดยมีค่าสูงสุดในชิ้นงาน -0.01% Cbal ชิ้นงานชุบแข็งที่ 1323 K มีความแข็งมากกว่าชิ้นงานชุบแข็งที่ 1373 K ค่าร้อยละสัดส่วนเชิงปริมาตรของออสเทไนต์เหลือค้าง (Vγ) ในสภาพชุบแข็งเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเมื่อ ค่า Cbal เพิ่มขึ้นโดยชิ้นงานชุบแข็งที่อุณหภูมิสูงมีค่าที่สูงกว่า ความแข็งสูงสุดในสภาพชุบแข็งคือ 870 HV30 ได้รับที่ 12%Vγ กราฟความแข็งในสภาพอบคืนตัวแสดงการแข็งขึ้นลำดับที่สองจากการตกตะกอนของคาร์ไบด์ลำดับที่สองและการเปลี่ยนเฟสจากออสเทไนต์เป็นมาร์เทนไซต์ ค่า Vγ ลดลงเมื่ออุณหภูมิในการอบคืนตัวเพิ่มขึ้น ค่าความแข็งสูงสุดหลังการอบคืนตัว (HTmax) เกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 773 K สำหรับชิ้นงานชุบแข็งที่ 1323 K และ 823 K สำหรับชิ้นงานชุบแข็งที่ 1373 K โดยมีค่า Vγ น้อยกว่า 15% ค่า HTmax สูงสุดคือ 862 HV30 ได้รับในชิ้นงาน -0.01%Cbal ผ่านการชุบแข็งที่ 1373 K ค่า Vγ ในสภาพชุบแข็งช่วง 10 - 40% ทำให้ได้ค่า HTmax มากกว่า 800 HV30 ระดับการแข็งขึ้นลำดับที่สองเพิ่มขึ้นตามค่า Cbal และอุณหภูมิในการชุบแข็ง