Master's Thesis

Surface melting and possible alloying of cast iron with lamellar graphite by electron beam

Main document 3.55 MB

FSIMaster's ThesisStudent: Ing. Yosef Abu KhaitAcad. year: 2017/2018

Leader: doc. Ing. Bohumil Pacal, CSc.

Opponent: Ing. Miloslav Kouřil, CSc.

In this thesis, the structural and mechanical changes, which took place in flake graphite cast iron after electron beam surface melting and chrome-nickel surface alloying, were studied. Furthermore, the effect of set parameters on properties and depth of the melted and alloyed region is also analyzed. In the experimental part, the analyzed microstructures, micro-hardness and the distribution of elements after melting and alloying, were presented. Structural differences of material regions caused by melting were described based on microstructures. In the end of diploma thesis, the conclusions of using EB technology for surface melting and alloying were discussed.

Language

Czech

State

Defended (thesis was successfully defended)

Hodnocení známka

A

Faculty

Department

Study branch

Materials Engineering

Classification by leader
doc. Ing. Bohumil Pacal, CSc.

Diplomová práce se zabývá ověřením mechanických a strukturních parametrů v povrchové vrstvě litiny s lupínkovým grafitem pomocí EB technologie změnou vstupních parametrů. Jednalo se o ověření zejména vlivu rychlosti ochlazování a použitých metod natavení povrchu. 
Cílem řešení bylo provedení podrobného kvalitativního i kvantitativního metalografického rozboru natavené vrstvy a přechodových oblastí do základního materiálu včetně zjištění mikrotvrdosti vrstev a ověření možností nalegování povrchu litiny přísadami chromu a niklu s použitím chrom-niklové ocelí. 
Diplomant splnil požadavky zadání v celém rozsahu. Prostudoval dostupnou literaturu z této oblasti, kterou zpracoval přehledným a vystihujícím způsobem. Navrhl program experimentů, který vedl k ověření dalších možností úpravy povrchu litin EB technologií. Pro vyhodnocení provedených zkoušek využil dostupnou metalografickou techniku i měření mikrotvrdosti.
Pracovní morálka diplomanta byla výborná a k řešení zadaného téma přistupoval cílevědomě a zodpovědně. Při experimentech projevil značnou iniciativu a samostatnost. Vlastní práci lze hodnotit z hlediska písemného projevu i odborné úrovně kladně a považuji ji za přínos v této oblasti.
Protože práce splňuje všechny požadavky kladené na diplomové projekty doporučuji ji k obhajobě.

final grade: A

Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations B
Student's independence when working on the topic A

Classification by opponent
Ing. Miloslav Kouřil, CSc.

Hodnocená práce je pilotním experimentem k určitým možnostem využití technologie přetavování šedé litiny s pomocí elektronového svazku. Cíle stanovené zadáním splnil uchazeč velmi dobře a jeho výsledky lze využít pro další rozpracování tématu pro případ konkrétních aplikací v průmyslu. Pro experiment bylo primárně využito zařízení pro elektronový ohřev PROBEAM K26 v laboratoři NETME a pro vyhodnocení experimentů pak laboratorní zázemí ÚMVI. V zásadě byly využity všechny dostupné analytické metody způsobem zcela odpovídajícím danému úkolu. Vzhledem k tomu, že se jedná o pilotní experiment, v dané chvíli bez podpory konkrétního projektu a předchozích výsledků, musel uchazeč v mnoha ohledech improvizovat, což zvládnul skvěle. Práce má všechny nutné a obvyklé formální náležitosti a z hlediska logické stavby a návazností jí nelze nic vytknout. Graficky a stylisticky je práce  upravena též velmi dobře. Drobné překlepy a stylistické nepřesnosti nejsou vzhledem k určitému jazykovém handycapu diplomanta podstatné. Práce s literárními prameny (celkem 33) je na odpovídající úrovni. Práci jako celek hodnotí známkou "A" a doporučuji ji k obhajobě.

final grade: A

Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations A

Objectives which should be achieve

1)    The evaluation of thestructure and mechanical properties of electron beam surface melted layer of cast iron and to compare with layers obtained by conventional cooling.
2)    The optimization of process parameters to obtain smooth structural transitions from the surface layer to the central areas of the material.
3)    The evaluation of the capability of this method to modify the surface structures of cast iron with lamellar graphite.

Literature

PTÁČEK, L. a kol. Nauka o materiálu II, Akademické nakladatelství CERM, Brno, 2002 (2. opravené a doplněné vydání).
OTÁHAL, V. Jakostní litiny - litina s lupínkovým grafitem monografie, OtáhalConsult, CD 79s. 2010
ROUČKA, J. Metalurgie litin. Skripta VUT FSI, PC-DIR Real s.r.o., Brno, 1998. ISBN 80-214-1263-1.
DOBENECK, D. Electron Beam Welding: Examples of 30 Years Job-Shop Experience. Germany. Pro-beam AG&Co. KGaA, 2005.
DOBENECK, D. Electron Beam Welding: A Key Technology to Construct Vehicles for Road, Rail, Sea, Air and Space. 1. vyd. Germany. Pro-beam AG&Co. KGaA, 2007.
ZENKER, R. Modern thermal electron beam processes: Research and industrial application. La Metallurgia Italiana, 2009, Aprile, s. 8.
ZENKER,  R., BUCHWALDER, A. Elektronenstrahl-Randschichtbehandlung - Innovative Technologien für höchste industrielle Ansprüche. 2. vyd. Germany. Pro-beam AG&Co. KGaA, 2010.

Keywords

Electron beam, chrome nickel steel, EB technology, flake graphite cast iron, EN-GJL-300, grey cast iron, X2CrNi 19-9, X2CrNi 18-9

Characteristics of thesis dilemmas

The verifying of influence of the electron beam process parameters on the changes in structure and mechanical properties of surface melted layer of given grade of the cast iron with lamellar graphite. Evaluation of modifications of chemical composition and surface structure after alloying by chromium-nickel steel.