September 2021

Is the process of slowly raising the temperature about 50 ºC (90 ºF) above the Austenitic temperature line A3  or line ACM  in the case of Hypoeutectoid steels (steels with < 0.77%  Carbon)  and  50  ºC  (90  ºF)  into  the  Austenite-Cementite  region  in  the  case  of Hypereutectoid steels (steels with > 0.77% Carbon). It is held at this temperature for sufficient time for all the material to transform into Austenite or Austenite-Cementite as the case may be. It is then slowly cooled at the rate of about 20 ºC/hr (36 ºF/hr) in a furnace to about 50 ºC (90 ºF) into the Ferrite-Cementite range. At this point, it can be cooled in room temperature air with natural convection. The grain structure has coarse Pearlite with ferrite or Cementite (depending on whether hypo or hyper eutectoid). The steel becomes soft and ductile.

Cast iron is  used  in  a wide variety of structural  and  decorative applications,  because it  is relatively inexpensive, durable and easily cast into a variety of shapes.  Most of the typical uses include: – historic markers and plaques – hardware:  hinges, latches – columns, balusters – stairs – structural connectors in buildings and monuments – decorative features – fences – tools and utensils – ordnance – stoves and firebacks – piping. The basic cast iron material in all of these applications may appear to be the same, or very similar,  however,  the  component  size,  composition,  use,  condition,  relationship  to  adjacent materials, exposure and other factors may dictate that different treatments be used to correct similar problems.  Any material in question should be evaluated as a part of a larger system and treatment plans should be based upon consideration of all relevant factors.

A more recent development is nodular or ductile cast iron. Tiny amounts of magnesium or cerium added to these alloys slow down the growth of graphite precipitates by bonding to the edges of the graphite planes. Along with careful control of other elements and timing, this allows the carbon to separate as spheroidal particles as the material solidifies. The properties are similar to malleable iron, but parts can be cast with larger sections.

Malleable iron starts as a white iron casting that is then heat treated at about 900 °C (1,650 °F). Graphite separates out much more slowly in this case, so that surface tension has time to form it into  spheroidal  particles  rather  than  flakes.  Due  to  their  lower  aspect  ratio,  spheroids  are relatively short and far from one another, and have a lower cross section vis-a-vis a propagating crack or phonon. They also have blunt boundaries, as opposed to flakes, which alleviates the stress concentration problems faced by grey cast iron. In general, the properties of malleable cast iron are more like mild steel. There is a limit to how large a part can be cast in malleable iron, since it is made from white cast iron.

It is the cast iron that displays white fractured surface due to the presence of cementite. With a lower silicon content (graphitizing agent) and faster cooling rate, the carbon in white cast iron precipitates out of the melt as the metastable phase cementite, Fe3C, rather than graphite. The cementite which precipitates from  the melt  forms as relatively large particles, usually in  a eutectic mixture,  where  the other  phase  is  austenite (which  on  cooling might  transform  to martensite). These eutectic carbides are much too large to provide precipitation hardening (as in some steels, where cementite precipitates might inhibit plastic deformation by impeding the movement of dislocations through the ferrite matrix). Rather, they increase the bulk hardness of the cast iron simply by virtue of their own very high hardness and their substantial volume fraction, such that the bulk hardness can be approximated by a rule of mixtures. In any case, they offer hardness at the expense of toughness. Since carbide makes up a large fraction of the material, white cast iron could reasonably be classified as a cermet. White iron is too brittle for use in many structural components, but with good hardness and abrasion resistance and relatively low cost, it finds use in such applications as the wear surfaces (impeller and volute) of slurry pumps, shell liners and lifter bars in ball mills and autogenous grinding mills, balls and rings in coal pulverisers, and the teeth of a backhoe’s digging bucket (although cast medium-carbon martensitic steel is more common for this application). It is difficult to cool thick castings fast enough to solidify the melt as white cast iron all the way through. However, rapid cooling can be used to solidify a shell of white cast iron, after which the remainder cools more slowly to form a core of grey cast iron. The resulting casting, called a chilled casting, has the benefits of a hard surface and a somewhat tougher interior. High-chromium white iron alloys allow massive castings (for example, a 10-tonne impeller) to be sand cast, i.e., a high cooling rate is not required, as well as providing impressive abrasion resistance.  These  high-chromium  alloys  attribute their superior hardness  to  the presence of chromium carbides. The main form of these carbides are the eutectic or primary M7C3 carbides, where “M” represents iron or chromium and can vary depending on the alloy’s composition. The eutectic carbides form as bundles of hollow hexagonal rods and grow perpendicular to the to the hexagonal basal plane. The hardness of these carbides are within the range of 1500-1800HV

Grey cast iron is characterised by its graphitic microstructure, which causes fractures of the material to have a grey appearance. It is the most commonly used cast iron and the most widely used cast material based on weight. Most cast irons have a chemical composition of 2.5–4.0% carbon, 1–3% silicon, and the remainder is iron. Grey cast iron has less tensile strength and shock resistance than steel, but its compressive strength is comparable to low and medium carbon steel.

Cast iron is iron or a ferrous alloy which has been heated until it liquefies, and is then poured into a mould to solidify. It is usually made from pig iron. The alloy constituents affect its colour when  fractured:  white cast  iron  has  carbide impurities  which  allow  cracks  to  pass  straight through. Grey cast iron has graphite flakes which deflect a passing crack and initiate countless new cracks as the material breaks. Carbon (C) and silicon (Si) are the main alloying elements, with the amount ranging from 2.1–4 wt% and 1–3 wt%, respectively. Iron alloys with less carbon content are known as steel. While this  technically makes  these  base  alloys  ternary  Fe–C–Si  alloys,  the  principle  of  cast  iron solidification is understood from the binary iron–carbon phase diagram. Since the compositions of most cast irons are around the eutectic point of the iron–carbon system, the melting temperatures closely correlate, usually ranging from 1,150 to 1,200 °C (2,100 to 2,190 °F), which is about 300 °C (572 °F) lower than the melting point of pure iron. Cast iron’s properties are changed by adding various alloying elements, or alloyants. Next to carbon, silicon is the most important alloying because it forces carbon out of solution. Instead the carbon forms graphite which results in a softer iron, reduces shrinkage, lowers strength, and decreases density. Sulfur, when present, forms iron sulfide, which prevents the formation of graphite and increases hardness. The problem with sulfur is that it makes molten cast iron sluggish, which causes short run defects. To counter the effects of sulfur, manganese is added because the two form into manganese sulfide instead of iron sulfide. The manganese sulfide is lighter than the melt so it tends to float out of the melt and into the slag. The amount of manganese required to neutralize sulfur is 1.7 × sulfur content + 0.3%. If more than this amount of manganese is added, then manganese carbide forms, which increases hardness and chilling, except in grey iron, where up to 1% of manganese increases strength and density. Nickel is one of the most common alloying elements because it refines the pearlite and graphite structure, improves toughness, and evens out hardness differences between section thicknesses. Chromium is added in small amounts to the ladle to reduce free graphite, produce chill, and because it is a powerful carbide stabilizer; nickel is often added in conjunction. A small amount of tin can is added as a substitute for 0.5% chromium. Copper is added in the ladle or in the furnace,  on  the order of 0.5–2.5%,  to  decrease  chill,  refine  graphite,  and  increase fluidity. Molybdenum is added on the order of 0.3–1% to increase chill and refine the graphite and pearlite structure; it is often added in conjunction with nickel, copper, and chromium to form high strength irons. Titanium is added as a degasser and deoxidizer, but it also increases fluidity. 0.15–0.5% vanadium is added to cast iron to stabilize cementite, increase hardness, and increase resistance to wear and heat. 0.1–0.3% zirconium helps to form graphite, deoxidize, and increase fluidity. In malleable iron melts, bismuth is added, on the scale of 0.002–0.01%, to increase how much silicon can be added. In white iron, boron is added to aid in the…

•        Long/Tubular Products include bars and rods, rails, wires, angles, pipes, and shapes and sections. These products are commonly used in the automotive and construction sectors. •        Flat Products include plates, sheets, coils and strips. These materials are mainly used in automotive parts, appliances, packaging, shipbuilding, and construction. •        Other  Products  include  valves,  fittings,  and  flanges  and  are  mainly  used  as  piping materials.

Alloy steel is steel that is alloyed with a variety of elements in total amounts between 1.0% and 50% by weight to improve its mechanical properties. Alloy steels are broken down into two groups: low-alloy steels and high-alloy steels. The difference between the two is somewhat arbitrary: Smith and Has hemi define the difference at 4.0%, while Degarmo, et al., define it at 8.0%. Most commonly, the phrase “alloy steel” refers to low-alloy steels. Types: According to the World Steel Association, there are over 3,500 different grades of steel, encompassing unique physical, chemical and environmental properties. In essence, steel is composed of iron and carbon, although it is the amount of carbon, as well as the level of impurities and additional alloying elements that determines the properties of each steel grade. The carbon content in steel can range from 0.1-1.5%, but the most widely used grades of steel contain only 0.1-0.25% carbon. Elements such as manganese, phosphorus and sulphur are found in  all  grades  of  steel,  but,  whereas  manganese  provides  beneficial  effects,  phosphorus  and sulphur are deleterious to steel’s strength and durability. Different types of steel are produced according to the properties required for their application, and various grading systems are used to distinguish steels based on these properties. According to the American Iron and Steel Institute (AISI), steels can be broadly categorized into four groups based on their chemical compositions: 1.  Carbon Steels 2.   Alloy Steels 3.   Stainless Steels 4.   Tool Steels

Carbon steel is steel in which the main interstitial alloying constituent is carbon in the range of 0.12–2.0%. The American Iron and Steel Institute (AISI) defines carbon steel as the following: “Steel is considered to be carbon steel when no minimum content is specified or required for chromium, cobalt, molybdenum, nickel, niobium, titanium, tungsten, vanadium or zirconium, or any other element to be added to obtain a desired alloying effect; when the specified minimum for copper does not exceed 0.40 percent; or when the maximum content specified for any of the following elements does not exceed the percentages noted: manganese 1.65, silicon 0.60, copper 0.60. Types: Carbon steel is broken down into four classes based on carbon content: Mild and low-carbon steel Mild steel also known as plain-carbon steel, is the most common form of steel because its price is relatively low while it provides material properties that are acceptable for many applications, more so than iron. Low-carbon steel contains approximately 0.05–0.320 % carbon making it malleable and  ductile.  Mild  steel  has  a relatively low  tensile strength,  but  it  is  cheap  and malleable; surface hardness can be increased through carburizing. It is often used when large quantities of steel are needed, for example as structural steel. The density of mild steel is approximately 7.85 g/cm3 (7850 kg/m3 or 0.284 lb/in3) and the Young’s modulus is 210 GPa (30,000,000 psi). Low-carbon steels suffer from yield-point run out where the material has two yield points. The first yield point (or upper yield point) is higher than the second and the yield drops dramatically after the upper yield point. If low-carbon steel is only stressed to some point between the upper and lower yield point then the surface may develop louder bands. Low-carbon steels contain less carbon than other steels and are easier to cold-form, making them easier to handle. Higher carbon steels Carbon steels which can successfully undergo heat-treatment have carbon content in the range of 0.30–1.70% by weight. Trace impurities of various other elements can have a significant effect on the quality of the resulting steel. Trace amounts of sulfur in particular make the steel red- short, that is, brittle and crumbly at working temperatures. Low-alloy carbon steel, such as A36 grade, contains about 0.05% sulfur and melts around 1,426–1,53°C (2,599–2,800°F). Manganese is often added to improve the harden ability of low-carbon steels. These additions turn the material into low-alloy steel by some definitions, but AISI’s definition of carbon steel allows up to 1.65% manganese by weight. Low carbon steel Less than 0.3% carbon content Medium carbon steel Approximately…