Nitrogen and boron effect on structural transformations taking place in ductile iron during austempering treatment

Omówiono rolę pierwiastków międzywęzłowych (azotu i boru) w procesie krystalizacji żeliwa sferoidalnego i w procesie obróbki cieplnej odlewów. Hartowanie z przemianą izotermiczną żeliwa sferoidalnego ma na celu otrzymanie ausferrytycznej struktury osnowy. Jest to obróbka cieplna polegająca na chłodzeniu stopu z temperatury austenityzacji i wychładzaniu go w specjalnej kąpieli solnej w stałej temperaturze. We wstępnych pracach badawczych stwierdzono pozytywny wpływ mikrododatków boru na proces zwiększenia intensywności przemiany izotermicznej żeliwa sferoidalnego. Wykonano następujące gatunki żeliwa: skład podstawowy (ozn. 1/ADI), żeliwo z dodatkiem azotu (ozn. 2/N1 i 4/N2), boru (ozn. 3/B1 i 5/B2) oraz azotu i boru (ozn. 6/NB). Dokonano analizy termicznej odlewanych stopów oraz określono ich strukturę i twardość. Próbki pobrane z wlewków odlanych z tych stopów poddano obróbce cieplnej. Zastosowano dwa warianty hartowania izotermicznego: w temperaturze 275°C i 350°C. Przeprowadzono badania wytrzymałościowe (Rm, A5, KV, HB) oraz mikrostruktury po obu rodzajach obróbki cieplnej. Analiza uzyskanych wyników pozwoliła określić wpływ mikrododatków boru i azotu na strukturę wyjściową badanego żeliwa oraz po jego izotermicznej obróbce cieplnej, a także na wybrane właściwości mechaniczne.The role of interstitial elements, i.e. nitrogen and boron, in the process of ductile iron solidification and heat treatment of castings was discussed. Austempering of ductile iron aims at obtaining an ausferritic matrix structure. Austempering is the kind of heat treatment that consists in cooling the alloy from the austenitising temperature, first, followed by further cooling in a salt bath at a constant temperature. The initial research studies proved favourable effect of boron microadditions on an increased rate of the ductile iron isothermal transformation process. The following cast iron grades were made: basic composition (designation 1/ADI), cast iron with an addition of nitrogen (designations 2/N1 and 4/N2), cast iron with an addition of boron (designations 3/B1 and 5/B2), and cast iron with additions of nitrogen and boron (designation 6/N B). The cast alloys were subjected to thermal analysis, their structure was examined, and hardness measurements were taken. The specimens cut out from ingots cast from the above mentioned alloys were subjected to heat treatment. Two austempering variants were applied, i.e. at temperatures of 275°C and 350°C. Mechanical tests were carried out (Rm, A5, KV, HB) and microstructure was examined after both heat treatment variants. The analysis of the obtained results enabled determination of the effect of boron and nitrogen microadditions on the as-cast and austempered structure of the examined iron; the effect on selected mechanical properties was established as well