Filonenko, Natalia and Babachenko, Alexander and Kononenko, Ganna (2019) Investigation of silicon and manganese solubility in cementite of iron-based alloys. East European Journal of Physics, 2. pp. 46-52. ISSN 2312-4539 (Online), 2312-4334 (Print)
|
Text
INVESTIGATION OF SILICON AND MANGANESE SOLUBILITY IN CEMENTITE OF.pdf Download (2MB) | Preview |
Abstract
У роботі отримано вираз для вільної енергії цементиту та визначена розчинність мангану та силіцію в цементиті Fe3C в залежності від температури. Дослідження проводили на сплавах з вмістом карбону 0,55-0,60 % (мас.), силіцію 0,95-1,0 % (мас.), мангану 0,8-0,9% (мас.), решта – залізо. Виплавку сплавів системи Fe-Mn-Si-C проводили в печі в алундових тиглях в атмосфері аргону. Швидкість охолодження виливки складала 10 К/с. Для визначення структурного стану сплавів використовували мікроструктурний та рентгеноструктурний аналізи. Окрім цього, в роботі були визначені механічні характеристики сплавів, що досліджували в даній роботі, а саме, залежність границі міцності, відносного видовження, відносного звуження, ударної в’язкості та твердості від хімічного складу сплаву. Отримані в даній роботі результати показали, що найкращі мікроструктурні та механічні характеристики має сплав на основі заліза з вмістом карбону 0,57 % (мас.), силіцію 0,97 % (мас.), мангану 0,85 % (мас.). Основною структурною складовою всіх сплавів, які досліджували є перліт (до 95 % об’ємної частки). У сплавах були виявлені дрібнодисперсні включення карбідів Fe2,7Mn0,3C та Fe0,25Mn1,4C0,6 та Fe9SiC0,4, об’ємна частка яких склала до 1,5 %, інше – ферит. Цементит має великий вплив на фізико-механічні характеристики сплавів. За допомогою квазіхімічного методу була визначена вільна енергія цементиту, легованого манганом та силіцієм, а також була отримана залежність граничного вмісту кремнію і марганцю в цементиті в залежності від температури. Встановлено, що має місце підвищений вміст карбону в цементиті (до 28,79% (ат.)). Манган може заміщати до 12% атомів заліза, а силіцій до 4,5% атомів заліза в залежності від температури. Отримані в роботі розрахункові дані добре узгоджуються з експериментальними даними інших авторів. In the paper we obtained the expression of cementite free energy and determined the solubility of manganese and silicon in Fe3C cementite depending on the temperature. Investigation was carried out for alloys with carbon content of 0.55-0.60 % (wt.), silicon content of 0.95-1.0 % (wt.), manganese content of 0.8-0.9% (wt.), the rest was iron. The smelting of Fe-Mn-Si-C system alloys was carried out in the alundum crucible furnace in argon atmosphere. The cooling rate of alloys after casting was 10 K/s. Microstructure analysis along with X-ray diffraction analysis was used to determine the structural state of the alloys. In addition, the physical characteristics of the alloys studied in this paper were determined, such as alloy chemical dependence of ultimate strength, extension and contraction ratio, impact toughness and hardness. The results obtained in this paper showed that the iron-based alloy with the content of carbon of 0.57 % (wt.), silicon of 0.97 % (wt.) and manganese of 0.85 % (wt.)) had the superior microstructure and physical properties. The microstructure of alloys studied in the paper is represented by pearlite, which makes up to 95 % of the volume. In the alloys we revealed the highly dispersed inclusions of Fe2.7Mn0.3C, Fe0.25Mn1.4C0.6 and Fe9SiC0.4 carbides, whose volume ratio was up to 1.5 %, the rest was ferrite. As it is known, the structural constituent of pearlite is cementite. The cementite has a significant effect on the physical properties of alloys. Application of quasi-chemical method enables to calculate the free energy of silicon and manganese doped with cementite and to determine the temperature dependence of silicon and manganese content in cementite. It is ascertained that there is a slight increase of carbon content in cementite (up to 28.79 % (atoms). Manganese can replace up to 12 % of iron atoms, and silicon can replace up to 4.5 % of iron atoms, depending on temperature. The calculated data obtained in this paper are in good agreement with those found experimentally by other authors.
| Item Type: | Article |
|---|---|
| Uncontrolled Keywords: | Fсплави системи Fe-Mn-Si-C, цементит, вільна енергія цементиту, розчинність мангану та силіцію в цементиті, e-Mn-Si-C alloys, free energy of cementite, solubility of manganese and silicon. |
| Subjects: | Physics |
| Divisions: | Departments > Department of Medical and Biological Physics and Informatics |
| Depositing User: | Оксана Мажуга |
| Date Deposited: | 22 Nov 2019 10:20 |
| Last Modified: | 22 Nov 2019 10:20 |
| URI: | http://repo.dma.dp.ua/id/eprint/4565 |
Actions (login required)
 |
View Item |
