Crystallization and structure formation in austenitic high nickel ductile iron

Abstract

Żeliwo jest materiałem inżynierskim stosowanym od stuleci. Na przestrzeni lat jego technologia ulegała rozwojowi, co determinowała przede wszystkim konieczność uzyskiwania materiału o coraz lepszych właściwościach. Doskonałym przykładem materiału o wyjątkowej kombinacji właściwości jest żeliwo wysokoniklowe, znane jako żeliwo Ni-Resist, zawierające od 18 do 35% niklu. W niniejszej rozprawie doktorskiej poddano analizie austenityczne żeliwo sferoidalne wysokoniklowe o różnych zawartościach niklu: 21%, 25%, 28% oraz 35%. Badaniom poddano dwie serie: pierwszą zawierającą dodatek niklu, drugą natomiast z dodatkiem niklu oraz ponadto 2,5% chromu. Składy chemiczne dobrano na podstawie dwóch wybranych gatunków sferoidalnego żeliwa Ni-Resist: EN GJSA XNi22 oraz XNiSiCr35-5-2. Szczegółową analizę mikro- i makrostruktury przeprowadzono przy użyciu mikroskopii optycznej, skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) oraz transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM). Parametry sieci krystalicznej oraz uporządkowanie fazowe określono z zastosowaniem wysokoenergetycznego promieniowania synchrotronowego X. Oceniono również szereg właściwości, w tym: mechaniczne (próba rozciągania, udarność), magnetyczne, przewodnictwo elektryczne, stabilność termiczną w zakresie od temperatur kriogenicznych do 900 °C oraz odporność korozyjną w roztworze 3,5% NaCl w temperaturze pokojowej podczas 24 godzin ekspozycji. Cast iron is an engineering material that is used from centuries. Over the years, its technology was developed, which was determined mostly by the need of obtaining material with more and more improved properties. The high-nickel cast iron, known as Ni-Resist cast iron and having nickel content on the level 18-35 %, is an excellent example of material with superior properties combination. In this doctoral thesis, the austenitic high-nickel ductile iron with various nickel content, starting at 21%, through 25% and, 28% up to 35%, were examined. Two series were investigated, both with the same nickel contents but one had no other additions where second had 2.5% chromium addition. The chemicals compositions were inspired by two selected Ni-Resist ductile iron grades: EN GJSA XNi22 and XNiSiCr35 5 2. The experiments started with Thermo-Calc calculations. Detailed micro- and macrostructures analysis was conducted with optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). Lattice parameter and ordering were determined using High-energy synchrotron X-ray radiation. Various properties, such as mechanical properties (tensile test and impact strength), magnetic properties, electrical conductivity, thermal stability from cryogenic temperatures up to 900 °C and corrosion resistance in 3.5% NaCl solution at room temperature during 24 h, were deeply investigated.