Publication: The directional solidification and microsegregation in low alloys steels
Abstract
Dünyada her yıl yedi yüz milyon tondan fazla çelik üretilmektedir. Bu çeliklerin büyük çoğunluğu karbon ve düşük alaşımlı çeliklerden oluşmaktadır. Üretim boyunca oluşan mikro yapısı ve inklizyon oluşumu çeliklerin mekanik özelliklerini etkilemektedir. Bu yüzden çeliklerin katılaşma mekanizmalarını anlamak önem arz etmektedir.Dengesiz katılaşma sonucunda dendritik ve hücresel mikro yapılarında mikrosegregasyon oluşur ve bu mikrosegregasyonda; döküm yapılarının korozyon, mekanik özellikleri, faz dönüşümleri, bantlaşma yapıları, ötektik faz miktarı, çözeltiye alma ve homojenleştirme ısıl işlemleri gibi fiziksel ve kimyasal özellikleri etkilidir.Bu çalışmada %0,4 C, %0,7 Mn, %0,25 Si, %1Cr, %0,25 Mo içeren 4140 düşük alaşım çeliği, kolonsal dendritik yapı elde etmek için yönlendirerek katılaştırılmıştır. Kolonsal yetmiş tane dendritik yapısı optik ve elektron mikroskobuyla incelenmiştir. İkincil dendritik kollar arası mesafenin çil bölgesinde 30 mikron kolonsal 70 tane son bölgesine kadar 85 mikron olarak arttığı tespit edilmiştir.Temel alaşım elementleri olan Cr, Mn, Mo’nin mikrosegregasyonu çizgi analiziyle analiz edilmiştir. Birincil kollar arasındaki çözelti elementlerinin dağılımı, ikincil dendritik kolların arasındaki çözelti elementlerin dağılımından çok az daha yüksek olduğu bulunmuştur.
THE DIRECTIONAL SOLIDIFICATION AND MICROSEGREGATION IN LOW ALLOY STEELS. Steel is produced more than 700 million tons all around the world every year. Most of these products are carbon or low-alloy steels. Microstructures and formation of inclusions during production affect the mechanical properties of steels. Therefore, the understanding of the solidification mechanism of steels is important. Microsegregation occurs in dendritic and cellular microstructures as a result of non-equilibrium solidification and can affect physical and chemical properties of cast structures, such as corrosion, mechanical properties, phase transformations, banding structure, amount of eutectic phase, solution and homogenization heat treatments. In this study, 4140 low alloy steel, which contains 0.40 wt % C, 0.70 wt % Mn, 0.25 wt % Si, 1 wt % Cr, and 0.2 wt % Mo, is directionally solidified to obtain columnar dendrites. Its dendritic structure of columnar zone is investigated with optical microscope and scanning electron microscope (SEM). It is found that secondary dendrite arm spacing increases from 30 micron at the chill to 85 micron at the end of columnar zone. We also analyzed microsegregation of major solute elements (Cr, Mn, and Mo) with line-analysis. It is found that segregation of solute elements between primary arms is slightly higher than between secondary arms.
THE DIRECTIONAL SOLIDIFICATION AND MICROSEGREGATION IN LOW ALLOY STEELS. Steel is produced more than 700 million tons all around the world every year. Most of these products are carbon or low-alloy steels. Microstructures and formation of inclusions during production affect the mechanical properties of steels. Therefore, the understanding of the solidification mechanism of steels is important. Microsegregation occurs in dendritic and cellular microstructures as a result of non-equilibrium solidification and can affect physical and chemical properties of cast structures, such as corrosion, mechanical properties, phase transformations, banding structure, amount of eutectic phase, solution and homogenization heat treatments. In this study, 4140 low alloy steel, which contains 0.40 wt % C, 0.70 wt % Mn, 0.25 wt % Si, 1 wt % Cr, and 0.2 wt % Mo, is directionally solidified to obtain columnar dendrites. Its dendritic structure of columnar zone is investigated with optical microscope and scanning electron microscope (SEM). It is found that secondary dendrite arm spacing increases from 30 micron at the chill to 85 micron at the end of columnar zone. We also analyzed microsegregation of major solute elements (Cr, Mn, and Mo) with line-analysis. It is found that segregation of solute elements between primary arms is slightly higher than between secondary arms.