Skip to content
Thursday, November 12, 2026Ideas worth exploring. Knowledge worth sharing.
S. SenseCentralDISCOVER EVERY DAY
Explore
THE LATEST THINKING

Every story.

Browse our articles in publication order, with new stories added automatically.

Material Science 4 min read

Tempering

Is a process done subsequent to quench hardening. Quench-hardened parts are often too  brittle.  This  brittleness  is  caused  by  a  predominance  of  Martensite.  This  brittleness  is removed by tempering. Tempering results in a desired combination of hardness, ductility, toughness, strength, and structural stability. Tempering is not to be confused with tempers on rolled stock-these tempers are an indication of the degree of cold work performed. The mechanism of tempering depends on the steel and the tempering temperature. The prevalent Martensite is  a somewhat  unstable structure.  When  heated,  the Carbon  atoms  diffuse from Martensite to form a carbide precipitate and the concurrent formation of Ferrite and Cementite, which is the stable form. Tool steels for example, lose about 2 to 4 points of hardness on the Rockwell C scale. Even though a little strength is sacrificed, toughness (as measured by impact strength) is increased substantially. Springs and such parts need to be much tougher — these are tempered to a much lower hardness. Tempering is done immediately after quench hardening. When the steel cools to about 40 ºC (104…

↗
Material Science 2 min read

Spheroidization

Is an annealing process used for high carbon steels (Carbon > 0.6%) that will be machined or cold formed subsequently. This is done by one of the following ways: Heat  the  part  to  a  temperature  just  below  the  Ferrite-Austenite  line,  line  A1   or  below  the Austenite-Cementite line, essentially below the 727 ºC (1340 ºF) line. Hold the temperature for a prolonged time and follow by fairly slow cooling. Or Cycle multiple times between temperatures slightly above and slightly below the 727 ºC (1340 ºF) line, say for example between 700 and 750 ºC (1292 – 1382 ºF), and slow cool. Or For tool and alloy steels heat to 750 to 800 ºC (1382-1472 ºF) and hold for several hours followed by slow cooling.…

↗
Material Science 1 min read

Stress Relief Anneal

Is used to reduce residual stresses in large castings, welded parts and cold- formed parts. Such parts tend to have stresses due to thermal cycling or work hardening. Parts are heated to temperatures of up to 600 – 650 ºC (1112 – 1202 ºF), and held for an extended time (about 1 hour or more) and then slowly cooled in still air.

↗
Material Science 2 min read

Process Annealing

Is used to treat work-hardened parts made out of low-Carbon steels (< 0.25% Carbon). This allows the parts to be soft  enough to undergo further cold working without fracturing.  Process  annealing  is  done  by raising  the  temperature  to  just  below  the  Ferrite- Austenite region, line A1on the diagram. This temperature is about 727 ºC (1341 ºF) so heating it to about 700 ºC (1292 ºF) should suffice. This is held long enough to allow recrystallization of the ferrite phase, and then cooled in still air. Since the material stays in the same phase through out the process, the only change that occurs is the size, shape and distribution of the grain structure. This process is cheaper than either full annealing or normalizing since the material is not heated to a very high temperature or cooled in a furnace.

↗
Material Science 1 min read

Normalizing

Is the process of raising the temperature to over 60 º C (108 ºF), above line A3 or line ACM fully into the Austenite range. It is held at this temperature to fully convert the structure into Austenite, and then removed form the furnace and cooled at room temperature under natural convection. This results in a grain structure of fine Pearlite with excess of Ferrite or Cementite. The resulting material is soft; the degree of softness depends on the actual ambient conditions of cooling. This process is considerably cheaper than full annealing since there is not the added cost of controlled furnace cooling.

↗
Material Science 2 min read

Full annealing

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.

↗
Material Science 2 min read

Cast Iron Uses

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…

↗
Material Science 1 min read

Ductile cast iron

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.

↗
Material Science 2 min read

Malleable cast iron

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.

↗
Material Science 4 min read

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…

↗
Material Science 1 min read

Grey cast iron

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.

↗
Material Science 5 min read

Cast iron

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…

↗