Thesis (M.S.)--University of Wisconsin--Madison, 1981. / Typescript. eContent provider-neutral record in process. Description based on print version record. Includes bibliographical references (leaves 78-79).

The microsegregation of Mn, Cu, Cr, Mo, Ni and Si has been measured in cast ductile iron and in ductile iron which has been quenched when partially solidified. Effective segregation coefficients have been determined for each of the elements, and used to calculate the segregation on the basis of the Scheil equation. The calculated values agree reasonably well with the values of the solute concentration as a function of the solid fraction measured in quenched samples. The microstructure of the solid phases during the solidification of ductile iron has been observed. Solidification of eutectic ductile iron begins with the independent nucleation of austenite and graphite in the melt. Later the graphite nodules are enveloped by austenite, and further solidification takes place by the thickening of the austenite layers enveloping the graphite. Isolated pockets of interdendritic melt are the last material to solidify. On the basis of the measured segregation of the different alloying elements, the mechanisms by which the segregation affects the microstructure are considered, and an explanation for the effect of segregation on the hardenability of ductile iron is proposed. A mathematical model of the solidification of eutectic ductile iron is formulated which includes heat flow, nucleation and growth of graphite nodules, and the segregation of Si. The model uses equilibrium temperatures given by the ternary Fe-C-Si equilibrium diagram. Using the mathematical model, cooling curves, nodule count and nodular size distribution are determined as a function of position in the casting sample. The results are compared to measured temperatures, nodule count and nodule size in rod castings of 12.5, 20 and 43mm radius. There is good agreement between the calculated and measured values for the 43mm radius rod, and not quite good agreement for the rods of smaller radii. The changes in solidification predicted by the model when some solidification parameters are varied are consistent with experimental observations with the same variation in the parameters. / Applied Science, Faculty of / Materials Engineering, Department of / Graduate

No presente trabalho estudou-se a influência da extração de calor em lingotes de ferro fundido nodular de 140mm de comprimento e 30mm de diâmetro, com composição de: 3,6%C, 2,2%Si, 0,8%Mn e 0,05%Mg residual. Utilizando a técnica de solidificação unidirecional observou-se a variação no número de nódulos, forma e tamanho e na matriz, ao longo dos lingotes. Nas experiências realizadas, verificou-se uma extração de calor intermediária, entre coquilha em contato direto de 10mm de areia mais coquilha, em que a distribuição de nódulos, ao longo do lingote, sofreu uma grande variação, não notada em outros trabalhos. A mesma apresentou um mínimo nas proximidades da coquilha e um máximo a mais ou menos 9 mm de interface metal-coquilha. Observou-se também um relacionamento entre a variação de dureza e a matriz, com a extração de calor.

O presente trabalho está centrado na avaliação da influência da adição de 1% de cobre na microestrutura e propriedades mecânicas, tanto no estado bruto de fusão quanto estado normalizado de ferros fundidos nodulares hipereutética. Os corpos de prova foram submetidos a ensaios de tração, dureza, exame micrográfico e ensaio de tenacidade à fratura (Kic). Os resultados encontrados permitiram obter um ferro fundido nodular de melhor qualidade, melhores propriedades mecânicas e melhor tenacidade, com a adição de um metal facilmente encontrado no mercado que é o cobre. Analisaram-se as propriedades mecânicas, a microestrutura, bem como a estrutura micrográfica do espaçamento lamelar, buscando explicar os resultados. Foi observado uma diminuição de espaçamento interlamelar com o emprego do cobre, bem como dos tamanhos das colônias perlíticas, propiciando um aumento da tenacidade e resistência mecânica. Também, após a normalização, foi destacada a ação do cobre no refinamento da estrutura. / The present work is centered on the influence of 1 w.t.% Cu addition on the microstructure and mechanical properties of hypereutetic nodular cast iron in the as cast and normalized conditions. Specimens were subjected to the following tests: tension, hardness, fracture toughness tests also including micrographic and fractographic evaluation. Results indicated that a nodular cast iron with enhanced mechanical properties (tensile strenght and fracture touglmess) can be obtained with the addition of copper. The better performance of the nodular cast iron with copper addition was due to a decrease in the interlamelar spacing as well as a smaller pearlitic colonie size, which leads to an increase in the toughness and mechanical resistance. Normalized specimens with copper addition also showed an outstanding pearlite refinement.

Thesis--Wisconsin. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 193-199).

No presente trabalho estudou-se a influência da extração de calor em lingotes de ferro fundido nodular de 140mm de comprimento e 30mm de diâmetro, com composição de: 3,6%C, 2,2%Si, 0,8%Mn e 0,05%Mg residual. Utilizando a técnica de solidificação unidirecional observou-se a variação no número de nódulos, forma e tamanho e na matriz, ao longo dos lingotes. Nas experiências realizadas, verificou-se uma extração de calor intermediária, entre coquilha em contato direto de 10mm de areia mais coquilha, em que a distribuição de nódulos, ao longo do lingote, sofreu uma grande variação, não notada em outros trabalhos. A mesma apresentou um mínimo nas proximidades da coquilha e um máximo a mais ou menos 9 mm de interface metal-coquilha. Observou-se também um relacionamento entre a variação de dureza e a matriz, com a extração de calor.

Este trabalho tem por objetivo a avaliação comparativa da resistência ao desgaste abrasivo e a resistência ao impacto Charpy de um ferro fundido nodular austemperado (temperaturas de austêmpera em 260 e 300 ºC), de um ferro fundido nodular temperado em óleo e revenido a 200 ºC, e de um ferro fundido branco com alto teor de Cr, temperado ao ar e revenido a 400 ºC. Para a caracterização dos ferros fundidos, foi utilizada microscopia óptica e ensaios mecânicos de tração e dureza. Na avaliação dos corpos-de-prova que sofreram teste de desgaste, foram avaliadas a perda de massa, rugosidade superficial, dureza Vickers e microscopia eletrônica de varredura na superfície desgastada. Para a avaliação da resistência ao impacto foi utilizado o ensaio Charpy e as superfícies de fratura foram observadas em microscópio eletrônico de varredura. Para os ensaios de desgaste, observou-se que até 120h de ensaio, o ferro fundido branco alto cromo apresentava menor perda de massa, se comparado com os demais materiais. A partir de 144h houve uma inversão de desempenho com o ferro fundido nodular austemperado a 300 ºC, apresentando menor taxa de desgaste até o final do ensaio em 196h. Nos resultados de impacto o material que apresentou maior tenacidade foi o Ferro fundido nodular austemperado a 300 ºC. No ensaio de desgaste acredita-se que foi a presença de austenita retida na microestrutura do austemperado a 300 ºC (superior aos demais) o fator decisivo. Para a resistência ao impacto, alem da quantidade de austenita retida, a baixa dureza do austemperado a 300 ºC e a baixa quantidade de grafita provocaram a maior resistência deste tipo fundido. / This work aims to evaluate the abrasive wear resistance and the charpy resistance of three different materials. The first one was an austempered ductile iron (austempering temperatures of 260 and 300 ºC), the second was a quenched and tempered ductile cast iron and the third was a white cast iron high chromium (quenched and tempered - 400 ºC). Optical microscopy, traction and hardness tests were employed in the mechanical characterization of the materials. In the wear test specimens the surface roughness, the Vickers hardness and SEM in the wasted surface were analyzed. In the evaluation of the impact resistance charpy tests were made and the fracture surfaces were analyzed with SEM. It was observed that, in the wear tests, the white cast iron high chromium samples presented the small's mass loss until 120 hours. Up to 144 hours the austempered ductile iron 300ºC samples presented the smaller mass loss. In the impact tests the austempered ductile iron 300ºC was also the material with higher toughness. In the wear tests, the higher level of retained austenite in the 300ºC austempered was the decisive factor. In the impact tests, the low hardness and low graphite amount, ally to the low retained austenite level, were the mainly factors acting in the higher resistance of the 300ºC austempered cast iron.

O presente trabalho está centrado na avaliação da influência da adição de 1% de cobre na microestrutura e propriedades mecânicas, tanto no estado bruto de fusão quanto estado normalizado de ferros fundidos nodulares hipereutética. Os corpos de prova foram submetidos a ensaios de tração, dureza, exame micrográfico e ensaio de tenacidade à fratura (Kic). Os resultados encontrados permitiram obter um ferro fundido nodular de melhor qualidade, melhores propriedades mecânicas e melhor tenacidade, com a adição de um metal facilmente encontrado no mercado que é o cobre. Analisaram-se as propriedades mecânicas, a microestrutura, bem como a estrutura micrográfica do espaçamento lamelar, buscando explicar os resultados. Foi observado uma diminuição de espaçamento interlamelar com o emprego do cobre, bem como dos tamanhos das colônias perlíticas, propiciando um aumento da tenacidade e resistência mecânica. Também, após a normalização, foi destacada a ação do cobre no refinamento da estrutura. / The present work is centered on the influence of 1 w.t.% Cu addition on the microstructure and mechanical properties of hypereutetic nodular cast iron in the as cast and normalized conditions. Specimens were subjected to the following tests: tension, hardness, fracture toughness tests also including micrographic and fractographic evaluation. Results indicated that a nodular cast iron with enhanced mechanical properties (tensile strenght and fracture touglmess) can be obtained with the addition of copper. The better performance of the nodular cast iron with copper addition was due to a decrease in the interlamelar spacing as well as a smaller pearlitic colonie size, which leads to an increase in the toughness and mechanical resistance. Normalized specimens with copper addition also showed an outstanding pearlite refinement.

Este trabalho tem por objetivo a avaliação comparativa da resistência ao desgaste abrasivo e a resistência ao impacto Charpy de um ferro fundido nodular austemperado (temperaturas de austêmpera em 260 e 300 ºC), de um ferro fundido nodular temperado em óleo e revenido a 200 ºC, e de um ferro fundido branco com alto teor de Cr, temperado ao ar e revenido a 400 ºC. Para a caracterização dos ferros fundidos, foi utilizada microscopia óptica e ensaios mecânicos de tração e dureza. Na avaliação dos corpos-de-prova que sofreram teste de desgaste, foram avaliadas a perda de massa, rugosidade superficial, dureza Vickers e microscopia eletrônica de varredura na superfície desgastada. Para a avaliação da resistência ao impacto foi utilizado o ensaio Charpy e as superfícies de fratura foram observadas em microscópio eletrônico de varredura. Para os ensaios de desgaste, observou-se que até 120h de ensaio, o ferro fundido branco alto cromo apresentava menor perda de massa, se comparado com os demais materiais. A partir de 144h houve uma inversão de desempenho com o ferro fundido nodular austemperado a 300 ºC, apresentando menor taxa de desgaste até o final do ensaio em 196h. Nos resultados de impacto o material que apresentou maior tenacidade foi o Ferro fundido nodular austemperado a 300 ºC. No ensaio de desgaste acredita-se que foi a presença de austenita retida na microestrutura do austemperado a 300 ºC (superior aos demais) o fator decisivo. Para a resistência ao impacto, alem da quantidade de austenita retida, a baixa dureza do austemperado a 300 ºC e a baixa quantidade de grafita provocaram a maior resistência deste tipo fundido. / This work aims to evaluate the abrasive wear resistance and the charpy resistance of three different materials. The first one was an austempered ductile iron (austempering temperatures of 260 and 300 ºC), the second was a quenched and tempered ductile cast iron and the third was a white cast iron high chromium (quenched and tempered - 400 ºC). Optical microscopy, traction and hardness tests were employed in the mechanical characterization of the materials. In the wear test specimens the surface roughness, the Vickers hardness and SEM in the wasted surface were analyzed. In the evaluation of the impact resistance charpy tests were made and the fracture surfaces were analyzed with SEM. It was observed that, in the wear tests, the white cast iron high chromium samples presented the small's mass loss until 120 hours. Up to 144 hours the austempered ductile iron 300ºC samples presented the smaller mass loss. In the impact tests the austempered ductile iron 300ºC was also the material with higher toughness. In the wear tests, the higher level of retained austenite in the 300ºC austempered was the decisive factor. In the impact tests, the low hardness and low graphite amount, ally to the low retained austenite level, were the mainly factors acting in the higher resistance of the 300ºC austempered cast iron.

O presente trabalho está centrado na avaliação da influência da adição de 1% de cobre na microestrutura e propriedades mecânicas, tanto no estado bruto de fusão quanto estado normalizado de ferros fundidos nodulares hipereutética. Os corpos de prova foram submetidos a ensaios de tração, dureza, exame micrográfico e ensaio de tenacidade à fratura (Kic). Os resultados encontrados permitiram obter um ferro fundido nodular de melhor qualidade, melhores propriedades mecânicas e melhor tenacidade, com a adição de um metal facilmente encontrado no mercado que é o cobre. Analisaram-se as propriedades mecânicas, a microestrutura, bem como a estrutura micrográfica do espaçamento lamelar, buscando explicar os resultados. Foi observado uma diminuição de espaçamento interlamelar com o emprego do cobre, bem como dos tamanhos das colônias perlíticas, propiciando um aumento da tenacidade e resistência mecânica. Também, após a normalização, foi destacada a ação do cobre no refinamento da estrutura. / The present work is centered on the influence of 1 w.t.% Cu addition on the microstructure and mechanical properties of hypereutetic nodular cast iron in the as cast and normalized conditions. Specimens were subjected to the following tests: tension, hardness, fracture toughness tests also including micrographic and fractographic evaluation. Results indicated that a nodular cast iron with enhanced mechanical properties (tensile strenght and fracture touglmess) can be obtained with the addition of copper. The better performance of the nodular cast iron with copper addition was due to a decrease in the interlamelar spacing as well as a smaller pearlitic colonie size, which leads to an increase in the toughness and mechanical resistance. Normalized specimens with copper addition also showed an outstanding pearlite refinement.