Mechanical Engineering

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,…

•        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 …

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…

Isothermal Transformation Diagrams We use as an example the cooling of an eutectoid alloy (0.8 % C) from the austenite (γ- phase) to pearlite, that contains ferrite (α) plus cementite (Fe3C or iron carbide). When cooling proceeds below the eutectoid temperature (727 oC) nucleation of pearlite starts. The S-shaped curves (fraction of pearlite vs. log. time, fig. 10.3) are displaced to longer times at higher temperatures showing that the transformation is dominated by nucleation (the nucleation period is longer at higher temperatures) and not by diffusion (which occurs faster at higher temperatures). The family of S-shaped curves at different temperatures can be used to construct the TTT (Time- Temperature-Transformation) diagrams   For these diagrams to apply, one needs to cool the material quickly to a given temperature To before the transformation occurs, and keep it at that temperature over time. The horizontal line that indicates constant temperature To intercepts the…

(TTT) diagrams measure the rate of transformation at a constant temperature. In other words a sample is austenitised and then cooled rapidly to a lower temperature and held at that temperature whilst the rate of transformation is measured, for example by dilatometry. Obviously a largenumber of experiments is required to build up a complete TTT diagram. • An increase in carbon content shifts the TTT curve to the right (this corresponds to an increase in hardenability as it increases the ease of forming martensite - i.e. the cooling rate required to attain martensite is less severe). • An increase in carbon content decreases the martensite start temperature. • An increase in Mo content shifts the  TTT curve to the right and also separates the ferrite + pearlite region from the bainite region making the attainment ofa bainitic structure more controllable.

Alloying strengthens metals by hindering the motion of dislocations. Thus, the strength of Fe–C alloys increase with C content and also with the addition of other elements.

The eutectoid composition of austenite is 0.8 wt %. When it cools slowly it forms perlite, a lamellar or layered structure of two phases: α-ferrite and cementite (Fe3C). Hypoeutectoid alloys contain   proeutectoid   ferrite   plus   the   eutectoid   pearlite.   Hypereutectoid   alloys   contain proeutectoid cementite plus pearlite. Since reactions below the eutectoid temperature are in the solid phase, the equilibrium is not achieved by usual cooling from austenite

-    Hypoeutectoid steels (carbon content from 0 to 0.83%) consist of primary (proeutectoid) ferrite (according to the curve A3) and Pearlite. -     Eutectoid steel (carbon content 0.83%) entirely consists of Pearlite. -    Hypereutectoid steels (carbon content from 0.83 to 2.06%) consist of primary (proeutectoid) cementite (according to the curve ACM) and Pearlite. -     Cast irons (carbon content from 2.06% to 4.3%) consist of cementite ejected from austenite according  to  the  curve  ACM ,  Pearlite  and  transformed  ledeburite  (ledeburite  in  which austenite transformed to pearlite). When the liquid of eutectic composition is cooled, at or below eutectic temperature this liquid transforms simultaneously into two solid phases (two terminal solid solutions, represented by αand β). This transformation is…

-     Upper critical temperature (point) A3 is the temperature, below which ferrite starts to form as a result of ejection from austenite in the hypo-eutectoid alloys. -     Upper critical temperature (point) ACM is the temperature, below which cementite starts to form as a result of ejection from austenite in the hyper-eutectoid alloys. -     Lower critical temperature  (point)  A1 is  the  temperature  of  the  austenite-to-Pearlite eutectoid transformation. Below this temperature austenite does not exist. -     Magnetic transformation temperature A2 is  the  temperature  below  which  α-ferrite is ferromagnetic.