Effects of Solute Elements on Primary and Secondary Dendrite Arm Spacings in Fe‐based Alloys

Abstract

There have been many experiments and theoretical studies of primary dendrites, and most of which have focused on the effects of extrinsic factors such as solidification rate and temperature gradient. However, intrinsic factors such as the kind of solute element and initial solute concentration are also considered to be important for controlling the spacing of primary dendrites.In this study, the effects of intrinsic factors on primary and secondary arm spacings of dendrites were investigated, and changes in a microsegregation index with changes in primary arm spacings and equilibrium distribution coefficient of each solute element were also examined. Fe-Cr-C, Fe-C-Cr, Fe-C-Cr-Mo, Fe-C-Cr-Mo-V and Fe-C-Cr-Mo-V-W alloys were solidified unidirectionally and water-quenched. The primary arm spacing increased with increase in initial solute concentration in all alloys because the range of solidification temperature increased with increase in solute concentration. On the other hand, the secondary arm spacing in all alloys decreased with increase in initial solute concentration, and it was proportional to about the one-third root of local solidification time. The microsegregation index increased with increasing primary arm spacing and with decreasing equilibrium distribution coefficient. Wirkung von gelosten Elementen auf den primaren und sekundiren Dendritenabstand inEisen-Basis-Legierungen. Es gab bereits viele Experimente und theoretische Studien Ober prims.re Dendriten, wobei sich die meisten Untersuchungen auf die Wirkung extrinsischer Faktoren wie Erstarrungsgeschwindigkeit und Temperaturgradient konzentrierten. Jedoch werden auch intrinsische Faktoren wie Art und Konzentration der gelosten Elemente als wichtige EinflussgroBen fur den primaren Dendritenabstand angesehen. In dieser Studie wurde die Wirkung intrinsischer Faktoren auf den primaren und sekundaren Dendritenabstand erforscht. Auch Veranderungen im Mikroseigerungs-lndex durch Anderungen des primaren Dendritenabstands und des Gleichgewichts-Verteilungskoeffizienten jedes gelosten Elementes wurden untersucht. Fe-Cr-C-, Fe-C-Cr-, Fe-C-Cr-Mo-, Fe-C-Cr-Mo-Vund Fe-C-Cr-Mo-V-W-Legierungen wurden zur eindimensionalen Erstarrung gebracht und in Wasser abgeschreckt. Der primare Dendritenabstand vergroBerte sich mil der Erhohung der Konzentration der gelosten Elemente. Andererseits nahm der sekundare Dendritenabstand mit dem Anstieg der Anfangskonzentation der gelosten Elemente ab. Er verhielt sich proportional zur dritten Wurzel der lokalen Erstarrungszeit. Der Mikroseigerungs-lndex stieg mit zunehmendem primarem Dendritenabstand und mit abnehmendem Gleichgewichts-Verteilungskoeffizienten an.

Thermodynamic, Kinetic, and Microstructure Data for Modeling Solidification of Fe-Al-Mn-Si-C Alloys

“…In the IDS tool, the effect of composition has been taken into account by adding a composition term to the given equation. Applying the available experimental data for numerous low and high alloyed steels, [64][65][66][67][68][69][70][71][72][73][74][75][76][77][78] the following function was optimized:…”

Simulation of the Solidification and Microstructural Evolution in Steel Casting Processes Using the InterDendritic Solidification Tool

“…Figure 19 shows the validation of this equation with the measurements available in the literature. [22,26,45,85,87,90,98,[148][149][150][151][152][153][154][155][156][157][158][159][160] The agreement can be considered reasonable, considering the difficulty in measuring good average values for the dendrite arm spacing from the quenched samples. A similar optimization was made to calculate the austenite grain growth during the cooling process after solidification.…”

Structure of Continuously Cast Ingots of Unalloyed and Low Alloy Steels and Its Evolution as a Result of Hot Working

“…Jak już podkreślono, wielkość współczynnika segregacji międzydendrytycznej poszczególnych pierwiastków zależy od wielu zmiennych i nie istnieją ściśle określone wartości charakterystyczne tego współczynnika. Na podstawie wyników pomiarów ustalono, że wartości współczynników segregacji międzydendrytycznej pierwiastków w stalach niskostopowych silnie zależą od przedziału zawartości węgla (czyli od rodzaju przemian w trakcie krzepnięcia) oraz od warunków krzepnięcia: dla Cr współczynnik segregacji zmienia się od 1,0-1,1 w żelazie, do 1,4÷2,5 w stalach [20][21][22], dla Ni od ok. 1,4 w żelazie do ok. 1,0 przy zawartości 0,5% C [21], a dla Mn od ok. 1,1 przy zawartości węgla 0,05% do ok. 2,6 przy zawartości węgla 0,6% [23][24]. Mo wykazuje dwa do trzech razy wyższe współczynniki segregacji międzydendrytycznej od Cr i Mn [20,25].…”

“…Mo wykazuje dwa do trzech razy wyższe współczynniki segregacji międzydendrytycznej od Cr i Mn [20,25]. Współczynnik segregacji węgla wynosi od ok. 1,5 przy niskich zawartościach C, do ok. 2 przy zawartości 0,4% C [20]. Pomiary segregacji międzydendrytycznej P wykazują duży rozrzut [21].…”