Investigation of corrosion enhanced erosion of carbon steel in slurries using nanoindentation

Abstract

When cathodic protection is applied, there is no impact of slurry chemistry on either the erosion behaviour of carbon steel or the in situ surface hardness. Anodic dissolution of the steel surface reduces the surface hardness and promotes erosion. The corrosion enhanced erosion behaviour is slurry chemistry dependent. The erosion wastage in acidic slurries is much higher than that in neutral and alkaline ones. The effect of slurry chemistry on corrosion enhanced erosion behaviour correlates well with surface hardness degradation as determined using nanoindentation technique. The increase in surface hardness degradation in acidic chemistry is greater than that in neutral and alkaline ones, in which there is similar surface hardness reduction. The results suggest that both corrosion current density and electrolyte chemistry affect the mechanical properties of surface layers, which leads to corrosion enhanced erosion.

Lorsque l’on applique la protection cathodique, il n’y a pas d’impact de la chimie de la suspension soit sur le comportement à l’érosion de l’acier au carbone, soit sur la dureté de la surface in situ. La dissolution anodique de la surface de l’acier réduit la dureté de la surface et favorise l’érosion. Le comportement à l’érosion augmentée par la corrosion dépend de la chimie de la suspension. Les pertes dues à l’érosion dans les suspensions acides sont beaucoup plus élevées que dans les suspensions neutres ou alcalines. L’effet de la chimie de la suspension sur le comportement à l’érosion augmentée par la corrosion est bien corrélé à la dégradation de la dureté de la surface, telle que déterminée par la technique de nanopénétration. L’augmentation de la dégradation de la dureté de la surface en milieu acide est plus importante que dans les milieux neutres ou alcalins, où il y a une réduction similaire de la dureté de la surface. Les résultats suggèrent que la densité du courant de corrosion et la chimie de l’électrolyte affectent tous deux les propriétés mécaniques des couches de surface et cela mène à l’érosion augmentée par la corrosion.     

Aluminium scrap melting under different liquid aluminium flow conditions: part-I: single phase flow

The melting characteristics of aluminium (Al) scrap were studied in a pilot-scale revolving liquid metal tank (RLMT) which sits in a resistance furnace. Commercially pure Al of about 39?kg was melted in the RLMT. Experiments were carried out in a stagnant and in a revolving Al bath at different liquid metal temperatures and speeds. Cylindrical Al 6061 alloy samples were used in this experimental work. Their melting time inside the Al bath was recorded with a specially designed electrical circuit. Upon immersion of a cold cylindrical sample into liquid Al, a shell solidifies around the specimen and subsequently melts back. The time during which the shell exists around the cylinder is called shell period. The free melting period commences when the shell period ends. The thermal contact resistance (TCR) at the Al shell/cylinder interface affects how long the shell lasts. A methodology was developed to estimate this TCR. The convective heat flux from the Al bath to the cylindrical specimen influences the shell and free melting periods, and is a function of liquid Al temperature and speed. The Part I of this research work presents a baseline of Al melting measurements under single phase flow conditions, that will be compared against two phase flow conditions in Part II of this research.

On a étudié les caractéristiques de fusion de rebut d’aluminium (Al) à l’échelle pilote dans une citerne rotative de métal liquide (RLMT), située dans un four à résistance. On a fait fondre dans la RLMT environ 39?kg d’Al commercialement pur. On a effectué les expériences dans un bain stagnant ou dans un bain rotatif d’Al à diverses températures et à diverses vitesses du métal liquide. Dans ce travail expérimental, on a utilisé des échantillons cylindriques d’alliage d’Al 6061. On a enregistré leur temps de fusion dans le bain d’Al au moyen d’un circuit électrique spécialement conçu. Au moment de l’immersion d’un échantillon cylindrique froid dans l’Al liquide, une coquille se solidifie autour de l’échantillon et subséquemment, fond à son tour. La période durant laquelle la coquille existe autour du cylindre s'appelle la période de coquille. La période de fonte libre commence quand la période de coquille se termine. La résistance du contact thermique à l’interface coquille et cylindre d’Al affecte la durée de vie de la coquille. On a développé une méthodologie pour estimer cette résistance du contact thermique. Le flux de chaleur par convection du bain d’Al à l’échantillon cylindrique influence les périodes de coquille et de fonte libre, et il est une fonction de la température et de la vitesse de l’Al liquide. La première partie de ce travail de recherche présente une ligne de base des mesures de fusion de l’Al sous des conditions d’écoulement monophasé, qui sera comparée à des conditions d’écoulement biphasé dans la deuxième partie.     

CHARACTERIZATION OF OXIDE AND HYDROXIDE IN MgCl2-NaCl MELTS

Abstract

This work is part of a research program whose aim is to develop an electroanalytical technique to determine the amount of dissolved oxide and hydroxide in industrial electrolytes for the electrowinning of Mg. The systems studied were mixtures of MgCl₂ and NaCl ranging from pure MgCl₂ melts to melts containing 10 mole% MgCl₂ and 90 mole% NaCl. MgO and MgOHCl were added to these melts at different temperatures. Voltammetric measurements were performed before and after the addition of MgO or MgOHCl. Melt samples for chemical analysis were withdrawn before and after the additions of these compounds as a function of time after addition. The quenched melt samples were analyzed by carbothermal reduction analysis and by the acid consumption method to obtain the O₂- and OH- contents of the melt. Linear sweep voltammetry was performed with a sweep rate of 200 mV&#x00₂F;sec in the cathodic and anodic potential regions to detect the concentration of dissolved MgOHCl and MgO, respectively. The results indicate a linear relation between MgO and MgOHCl concentrations and the peak current densities for the electrochemical reactions of the dissolved MgO and MgOHCl species in the melt, respectively. The results are promising in view of the possibility to detect voltammetrically in situ both dissolved MgOHCl and MgO in the electrolyte during Mg production.

Ce travail fait partie d’un programme de recherche dont le but est de développer une technique électro-analytique pour la détermination de la quantité d’oxyde et d’hydroxyde dissous dans les électrolytes industriels d’extraction électrolytique du Mg. Les systèmes étudiés consistaient en mélanges de MgCl₂ et de NaCl allant de bains purs de MgCl₂ à des bains contenant 10% mole de MgCl₂ et 90% mole de NaCl. On ajoutait du MgO et du MgOHCl à ces bains à différentes températures. On a effectué des mesures de voltampérométrie avant et après l’addition du MgO ou du MgOHCl. On a retiré des échantillons de bains, pour analyse chimique, avant et après l’addition de ces composés en fonction du temps après l’addition. On a analysé les échantillons de bains trempés par réduction carbothermique et par la méthode de consommation d’acide pour obtenir la teneur en O₂- et en OH- du bain. On a effectué des mesures par voltampérométrie à balayage linéaire avec une vitesse de balayage de 200 mV&#x00₂F;s dans les régions de potentiel cathodique et anodique pour détecter la concentration de MgOHCl et de MgO dissous, respectivement. Les résultats indiquent une relation linéaire entre les concentrations de MgO et de MgOHCl et les pics de densité de courant des réactions électrochimiques des espèces MgO et MgOHCl dissoutes dans le bain, respectivement. Les résultats sont prometteurs en ce qui a trait à la possibilité de détecter directement par voltampérométrie tant le MgOHCl que le MgO dissous dans l’électrolyte lors de la production de Mg.     

Influence of thermal storage on microstructure and properties of Sn–9Zn–xIn alloys

Abstract

This study investigated the solidification behaviour and microstructural properties of Sn–9Zn–xIn alloys cooled under various crucible environments (i.e. gypsum or graphite moulds). Sn–9Zn–xIn solder specimens were prepared with the addition of In ranging from 0 to 0·5 wt-%. The specimens were melted at 200°C, poured into gypsum or graphite moulds and then allowed to cool in air. The microstructure, chemical composition and hardness properties of various specimens were then systematically examined. It was found that the microstructure (and hence the mechanical properties) of the solder samples can be controlled by manipulating the variables of the solidification process, such as cooling rate, element diffusion rate, solubility among elements and the crucible environment.

Cette étude a examiné le comportement de solidification et les propriétés de la microstructure des alliages Sn–9Zn–xIn refroidis dans divers creusets (c’est-à-dire des moules en plâtre ou en graphite). On a préparé des spécimens de soudure de Sn–9Zn–xIn avec des additions d’In variant de 0 à 0·5% en poids. Les spécimens étaient fondus à 200°C, coulés dans des moules en plâtre ou en graphite, et ensuite refroidis à l’air. Ensuite, on a systématiquement examiné la microstructure, la composition chimique et la dureté des divers spécimens. On a trouvé que l’on pouvait contrôler la microstructure (et ainsi les propriétés mécaniques) des échantillons de soudure en manipulant les variables du procédé de solidification, comme la vitesse de refroidissement, la vitesse de diffusion de l’élément et la solubilité entre les éléments ainsi que la nature du creuset.     

MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL BEHAVIOUR OF Ni-ALLOYED AUSFORMED AUSTEMPERED DUCTILE IRON

Abstract

The abrasion wear behaviour of ausformed austempered ductile iron (AADI) as well as conventional austempered ductile iron (ADI) was investigated. The effects of both Ni content and rolling reduction during the ausforming process on wear resistance of AADI and ADI were studied thoroughly. The ausforming process has created a finer and more homogeneous ausferrite structure that has a direct influence on the mechanical properties of AADI. Maximum hardness and tensile strength were obtained with a 35% rolling reduction. On the other hand, ductility and impact strength were reduced with increasing rolling reduction during the ausforming process. AADI showed superior abrasion wear resistance due to its finer and harder structure.

On a investigué le comportement de résistance à l’abrasion de la fonte ductile austénitoformée, à trempe étagée bainitique (AADI) ainsi que de la fonte ductile conventionnelle à trempe étagée bainitique (ADI). On a étudié à fond l’effet de la teneur en Ni ainsi que de la réduction par laminage lors du traitement d’austénitoformage sur la résistance à l’usure de l’AADI et de l’ADI. Le traitement d’austénitoformage créait une structure ausferritique plus fine et plus homogène qui a une influence directe sur les propriétés mécaniques de l’AADI. On a obtenu une dureté et une résistance à la traction maximales avec une réduction par laminage de 35%. D’un autre côté, la ductilité et la résistance à l’impact étaient réduites avec une augmentation de la réduction par laminage lors du traitement d’austénitoformage. L’AADI a montré une résistance supérieure à l’abrasion, grâce à sa structure plus fine et plus dure.     

Development of TiC reinforced austenitic manganese steel

The Fe–17Mn austenitic manganese steel and its in situ composite containing 10 vol.-%TiC were produced by conventional melting and casting technique. The mechanical properties such as hardness, impact toughness, elastic modulus, and impact wear resistance of the steel and composite were evaluated both in the as solutionised (1100°C/1 h/WQ) and secondary processed (forged plus warm rolled) condition. It is observed that an incorporation of hard TiC particles in austenitic manganese steel as well as secondary processing help to increase the hardness, elastic modulus and impact wear resistance, but deteriorate the impact toughness.

On a produit l’acier austénitique au manganèse, Fe–17Mn et son composite in-situ contenant 10% en volume de TiC, par une technique conventionnelle de fusion et de moulage. On a évalué les propriétés mécaniques comme la dureté, la résistance à l’impact, le module d’élasticité et la résistance à l’usure par impact de l’acier et de son composite après traitement de mise en solution (1100°C/1 h/trempé à l’eau) ou après traitement secondaire (forgé et laminé à chaud). On a observé qu’une incorporation de particules dures de TiC dans l’acier austénitique au manganèse, ainsi que le traitement secondaire, augmentait la dureté, le module d’élasticité et la résistance à l’usure par impact, mais détériorait la résistance à l’impact.     

Intercritical Deformation of Low Carbon Steel

Abstract

Improving the strength of steel sheets by increasing the carbon content decreases the formability and highly impairs the weldability. Thermomechanical processing (TMP) is one of the most important mechanisms that simultaneously enhances the strength and ductility while keeping the excellent weldability of low carbon steel. The influence of TMP in the (α + γ) region on the microstructure and mechanical properties of low carbon steel (LC) is investigated. The TMP was carried out by rolling at 760, 810 and 860 C with different amounts of reductions followed by water quenching. Rolling was maintained at 5 m/min rolling speed. The results showed that high strength with good elongation was obtained using intercritical deformation at both 810 °C and 70% total rolling reduction.

L’amélioration de la résistance mécanique des feuilles d’acier par augmentation du contenu en carbone diminue la formabilité et affecte beaucoup la soudabilité. Le traitement thermomécanique (TMP) est l’un des mécanismes les plus importants qui augmentent simultanément la résistance mécanique et la ductilité tout en conservant une excellente soudabilité de l’acier à faible teneur en carbone. On étudie l’influence du TMP dans la région (α + γ) sur la microstructure et les propriétés mécaniques de l’acier à faible teneur en carbone (LC). On a effectué le TMP par laminage à 760, 810 et 860 °C, avec différentes quantités de réduction, suivi par la trempe à l’eau. On a maintenu la vitesse de laminage à 5 m/min. Les résultats ont montré qu’on obtenait une résistance mécanique élevée avec une bonne élongation en utilisant la déformation intercritique à 810 °C et 70% de réduction totale par laminage.     

Reciprocating wear response of Ti(C,N)–Ni3Al cermets

Abstract

Ti(C,N) based cermets have received significant attention due to their enhanced mechanical properties at elevated temperatures, low mass and increased chemical stability, when compared to WC–Co hardmetals. These properties have been found to be superior in many cases to traditional hardmetal replacements, such as TiC–Ni. The current study focuses on Ti(C,N)–Ni₃Al cermets formed through melt infiltration (with binder contents ranging from 20 to 40 vol.-%Ni₃Al). Comparison is made with TiC–Ni₃Al cermets using an identical binder alloy. The reciprocating ball on flat wear properties of the cermets were evaluated as a function of applied load (using a WC–Co counterface), together with the composite hardness and indentation fracture resistance. It is shown that nitrogen content negatively affects infiltration, resulting in non-infiltrated areas within low binder content cermets, which decreases the indentation fracture resistance and hardness. This problem can be largely mitigated by increasing binder content. When comparing fully infiltrated cermets, increasing nitrogen content decreases hardness and increases toughness, while all Ti(C,N) cermets outperform TiC (at 40 vol.-% binder). Reciprocating wear increased with increasing load, and typically was the most severe for the lowest binder contents. A combination of wear mechanisms were apparent, including both abrasive and adhesive wear, with the formation of an oxide tribolayer containing components from both the tested cermets and the WC–Co counterface material.

Les cermets à base de Ti(C,N) ont reçu une attention importante grâce à leurs propriétés mécaniques améliorées aux températures élevées, à leur faible masse et à leur stabilité chimique augmentée, lorsque comparés aux carbures métalliques de WC–Co. Dans plusieurs cas, on a trouvé que ces propriétés étaient supérieures à celles des remplacements traditionnels de carbures métalliques, comme le TiC–Ni. La présente étude se concentre sur les cermets de Ti(C,N) –Ni₃Al formés par infiltration du bain (la teneur du liant variant de 20 à 40% en volume de Ni₃Al). On les compare aux cermets de TiC–Ni₃Al en utilisant un alliage de liaison identique. On a évalué les propriétés d’usure par déplacement alternatif de bille sur disque des cermets en fonction de la charge appliquée (utilisant un antagoniste en WC–Co), ainsi que de la dureté du composite et de la résistance à la fracture d’indentation. On montre que la teneur en azote affecte négativement l’infiltration, ayant pour résultat des régions non infiltrées à l’intérieur des cermets à faible teneur en liant, ce qui diminue la résistance à la fracture d’indentation et la dureté. On peut largement atténuer ce problème en augmentant la teneur en liant. Lorsque l’on compare des cermets entièrement infiltrés, l’augmentation de la teneur en azote diminue la dureté et augmente la ténacité, alors que tous les cermets de Ti(C,N) surpassent le TiC (à 40% en volume de liant). L’usure par déplacement alternatif augmentait avec une augmentation de la charge, et était typiquement plus sévère pour les plus faibles teneurs en liant. Une combinaison de mécanismes d’usure était apparente, incluant tant l’usure par abrasion que l’usure d’adhérence, avec formation d’une couche tribologique oxyde contenant des composantes tant des cermets évalués que du matériau antagoniste en WC–Co.     

Solid state and smelting reduction of Panzhihua ilmenite concentrate with coke

Abstract

Solid state and smelting reduction of ilmenite is an important process of upgrading ilmenite to high titania feedstock. In this study, an ilmenite concentrate supplied by Panzhihua Iron and Steel (Group) Co. was first reduced at solid state in an electric resistance furnace, followed by smelting reduction in an induction furnace. The effects of reducing agent (carbon) amount on the chemical composition of the solid state reduction sample and the titania slag reduced from them, were analysed. It was found that the metallisation of iron in the solid reduction samples and the grade of titania slag generally increased with increasing carbon amount from 8 to 12%, and then remained constant when the carbon amount was increased above 12%. The content of metallic iron in the titania slag increased with increasing carbon amount, because the slag viscosity and liquidus temperature increased with decreasing FeO content. It was also known that the content of Ti₂O₃ increased with decreasing the content of FeO in the slag. Some metallic iron particles were found in the high titania slag samples. The liquidus lines and viscosity of the slag were calculated using FactSage to explain the experimental results.

La réduction à l’état solide et par fusion de l’ilménite est un procédé important de valorisation de l’ilménite pour charge d’alimentation à haute teneur en dioxyde de titane. Dans cette étude, un concentré d’ilménite fourni par le groupe Panzhihua Iron and Steel Co. a d’abord été réduit à l’état solide dans un four électrique à résistances, suivi par la réduction par fusion dans un four à induction. On a analysé les effets de la quantité d’agent réducteur (carbone) sur la composition chimique de l’échantillon de réduction à l’état solide et de la scorie de dioxyde de titane réduit à partir de lui. On a trouvé que la métallisation du fer dans les échantillons de réduction solide et la qualité de la scorie de dioxyde de titane augmentaient généralement avec une augmentation de la quantité de carbone de 8 à 12%, et ensuite restaient constantes lorsqu’on augmentait la quantité de carbone au-delà de 12%. La teneur en fer métallique dans la scorie de dioxyde de titane augmentait avec l’augmentation de la quantité de carbone, parce que la viscosité de la scorie et la température du liquidus augmentaient avec une diminution de la teneur en FeO. On sait également que la teneur en Ti₂O₃ augmentait avec une diminution de la teneur en FeO dans la scorie. On a trouvé quelques particules de fer métallique dans les échantillons de scorie à haute teneur en dioxyde de titane. On a calculé les lignes de liquidus et la viscosité de la scorie en utilisant FactSage pour expliquer les résultats expérimentaux.     

Effect of welding parameters on the mechanical properties of AA2024 aluminium alloy joints welded by resistance seam welding

In this study, sheets of aluminium alloy 2024-T6 of 1?6 mm thickness were welded using the technique of resistance seam welding (RSEW) with different welding parameters. The peak load, energy absorption and failure mode obtained from tensile shear tests were used to describe the mechanical performance of seam welds. The results revealed that the increase in welding current and time and the decrease in electrode force increased tensile shear strength. The interfacial to pullout transition for the AA2024 seam welds occurred at a critical weld nugget (WN) diameter of 3?77 mm. In addition, a hardness evaluation was carried out in order to determine the effect of welding parameters on the welded joints and it was found that the developed heat affected the joint hardness.

Dans cette étude, on a soudé des feuilles d’alliage d’aluminium 2024-T6 de 1·6 mm d’épaisseur en utilisant la technique de soudage par résistance en ligne continue avec différents paramètres de soudage. On a utilisé la charge maximale, l’absorption d’énergie et le mode de défaillance obtenus à partir des essais de traction en cisaillement pour décrire le rendement mécanique des soudures en ligne continue. Les résultats ont révélé que l’augmentation du courant de soudage et de la durée ainsi que la diminution de la force de l’électrode augmentaient la résistance au cisaillement par traction. La transition de l’interface à l’arrachement des soudures en ligne continue de l’AA2024 se produisait à un diamètre critique du noyau de soudure de 3·77 mm. De plus, on a évalué la dureté afin de déterminer l’effet des paramètres de soudage sur les joints soudés. On a trouvé que la chaleur développée affectait la dureté du joint.     

X-ray photoemission electron microscopic study of transformed shear bands in AISI 4340 steel

Abstract

Failures of structural materials under dynamic mechanical loading at high strain rates are commonly initiated by shear strain localisation along adiabatic shear bands, which act as preferential sites for crack initiation and propagation. We have used synchrotron based X-ray photoemission electron microscopy (XPEEM) to identify chemical elements and measure compositional contrast in the shear band in AISI 4340 steel. The high spatial resolution of XPEEM combined with near edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectroscopy is used to study the microstructural evolution in transformed shear bands that formed in quench hardened and tempered AISI 4340 steel under dynamic impact loading. We compared our XPEEM findings with other complementary techniques such as energy dispersive X-ray spectroscopy and scanning electron microscopy to get a complete picture. As in the case of optical and scanning electron microscopy, XPEEM images show a featureless transformed band devoid of the martensite laths found in the parent metal. Interestingly, XPEEM images and corresponding Cr 2p→3d and Ni 2p→3d NEXAFS spectra confirms a compositional contrast in the transformed shear band that resulted in more nickel inside the shear band than in the adjacent region.

Les défaillances des matériaux structuraux sous charge mécanique dynamique à des vitesses élevées de déformation sont communément initiées par la localisation de la déformation de cisaillement le long des bandes de cisaillement adiabatique, lesquelles agissent comme sites préférentiels pour l’amorçage et la propagation de fissure. Nous avons utilisé le synchrotron basé sur la spectromicroscopie d’électrons photo-excités par rayons X (XPEEM) pour identifier les éléments chimiques et pour mesurer le contraste de composition dans la bande de cisaillement de l’acier AISI 4340. La haute résolution spatiale par XPEEM, combinée avec la spectroscopie des structures fines d’absorption X proches du seuil (NEXAFS), est utilisée pour étudier l’évolution de microstructure dans les bandes de cisaillement transformées qui se forment dans l’acier AISI 4340 durci par trempe et revenu sous charge dynamique par impact. Nous avons comparé nos trouvailles par XPEEM à d’autres techniques complémentaires comme la spectroscopie aux rayons X à dispersion d’énergie et la microscopie électronique à balayage afin d’obtenir une image complète. Comme dans le cas de la microscopie optique et électronique à balayage, les images XPEEM montrent une bande transformée sans particularité et sans martensite massive trouvée dans le métal parent. Ce qui est intéressant, c’est que les images XPEEM et les spectres correspondants de NEXAFS Cr 2p →3d et Ni 2p →3d confirment un contraste de composition dans la bande de cisaillement transformée qui a pour résultat la présence de plus de nickel à l’intérieur de la bande de cisaillement que dans la région adjacente.     

Wear resistance of coke-crushing hammers

Abstract

This work investigated several methods for improving the wear resistance of the 42CrMo4 tool steel used for coke-crushing hammers. The methods embraced heat treatment for obtaining different combinations of strength and ductility of the bulk steel, and surface-engineering processes comprising TiN thin-film deposition using magnetron-sputtering, nitriding and WC/Ni weld deposit surfaced by gas metal arc (GMA) method. The wear-resistance was tested under industrial conditions. Oil quenching and tempering significantly increased the wear resistance in comparison to the as-received condition. Conversely, nitriding and TiN-hard coating did not show any significant improvement. WC/Ni weld deposit provided the best protection against wear, which was caused predominantly by hard abrasive particles present in the coke.

Ce travail a examiné quelques méthodes d’amélioration de la résistance à l’usure de l’acier à outils 42CrMo4, utilisé pour les marteaux de broyage de coke. Les méthodes incluaient le traitement thermique pour l’obtention de combinaisons diverses de résistance et de ductilité de l’acier en vrac, ainsi que les procédés d’ingénierie des surfaces comprenant le dépôt de couche mince de TiN par pulvérisation au magnétron, la nitruration ainsi que le surfaçage par dépôt de soudure de WC/Ni par la méthode de soudure à l’arc sous gaz (GMA). On a évalué la résistance à l’usure en conditions industrielles. La trempe à l’huile avec revenu augmentait significativement la résistance à l’usure par rapport au métal brut d’usinage. Inversement, la nitruration, et le revêtement dur de TiN n’ont pas montré d’amélioration importante. Le dépôt de soudure de WC/Ni fournissait la meilleure protection contre l’usure, qui était principalement causée par les particules abrasives dures présentes dans le coke.     

Effect of electrolyte additives on microstructure and properties of electroplated chromium coatings

Abstract

Recent progress in environmental science provides an incentive to explore the use of hexavalent chromium for anticorrosion and wear protection purposes. To this end, this work aims to explore the evolution of the microstructure of chromium coatings as a function of electric current through the electrolyte in the presence of organic and non-organic additives. In this study, the fundamental properties of electroplating related to hard chromium such as hardness (wear resistance) and cathode efficiency are reviewed with respect to cathode current. The results obtained show that the microstructure is sensitive to the presence of organic admixtures in the plating solution. In addition, the effect of hard microparticles on the plating process at enhanced values of cathode current is reported. The cathode efficiency for different plating speeds and in different chromium electrolytes is calculated from the experimental results.

Les progrès récents des sciences de l’environnement fournissent une incitation à explorer l’utilisation du chrome hexavalent pour le but de protection contre la corrosion et l’usure. À cette fin, ce travail vise à explorer l’évolution de la microstructure de revêtements de chrome en fonction du courant électrique à travers l’électrolyte en présence d’additifs organiques et inorganiques. Dans cette étude, on analyse les propriétés fondamentales de l’électroplastie reliées au chrome dur comme la dureté (résistance à l’usure) et l’efficacité de la cathode, par rapport au courant de la cathode. Les résultats obtenus montrent que la microstructure est sensible à la présence d’additifs organiques dans la solution de placage. En plus, on rapporte l’effet de micro particules dures sur le procédé de placage à des valeurs augmentées du courant de la cathode. À partir des résultats expérimentaux, on calcule l’efficacité de la cathode à différentes vitesses de placage et avec différents électrolytes de chrome.     

Effects of compaction technique on processing response of aluminium PM alloys

The objective of this research was to assess the effects of compaction method (uni-axial die compaction and cold isostatic pressing) on two aluminium powder metallurgy alloys. Both systems were mixtures of elemental and master alloy powders. Mechanical and physical properties from samples prepared using both methods were compared. Analyses included the measurement of green and sintered densities, tensile properties and microstructural analyses. Results indicated that sintered products of a largely comparable quality could be realised for both alloys regardless of the compaction approach employed. PM2324 displayed sensitivity to compaction pressure such that low values were preferred for cold isostatic pressing (CIP) whereas higher values yielded superior sintered products when die compaction was implemented. Conversely, compaction pressure had no meaningful impact on the sintering behaviour of PM7075 for CIP or die pressed samples.

Le but de cette recherche consistait à évaluer les effets de la méthode de compaction (compaction uniaxe en moule et compression isostatique à froid) sur deux alliages d’aluminium de la métallurgie des poudres. Les deux systèmes consistaient en mélanges de poudres élémentaires et de poudres d’alliage mère. On a comparé les propriétés mécaniques et physiques des échantillons préparés en utilisant les deux méthodes. Les analyses incluaient la mesure de la densité à cru et frittée, les propriétés de traction et les analyses de la microstructure. Les résultats indiquaient que l’on pouvait réaliser des produits frittés d’une qualité très comparable pour les deux alliages, peu importe l’approche de compaction utilisée. PM2324 démontrait une sensitivité à la pression de compaction de telle sorte que des valeurs faibles étaient préférées pour le CIP alors que des valeurs plus élevées produisaient des produits frittés supérieurs avec la compaction en moule. Inversement, la pression de compaction n’avait pas d’impact significatif sur le comportement de frittage de PM7075 pour les échantillons pressés par CIP ou en moule.     

Mathematical Model of Bubble Formation at the Tuyeres of a Copper Converter

Abstract

Based on earlier observations that gas discharges from the tuyeres of a non-ferrous converter as discrete bubbles, a mathematical model has been developed to describe the dynamics of bubble formation in copper converting. The bubbles have been assumed to be spherical in shape and to grow at the tuyere tip under conditions of constant flow. The model incorporates the effects of heat transfer to the bubble, chemical reaction between the bubble and the bath and co flowing bath circulation. The model has been used to predict the concentrations of O₂ and SO₂, temperature, volume and rise velocity for the bubble as a function of time, while imposition of a detachment condition has permitted the prediction of the bubble frequency. Thus it has been shown that the oxidation reactions have little effect on the bubble formation while convective heat transfer and bath circulation have a large influence. Bath velocity acts to increase the bubble frequency while heat transfer has the opposite effect. Depending on the value of the heat-transfer coefficient employed, the model predicts the velocity of bath circulation in the vicinity of the tuyere to be between 120 and 260 cm/s. For a given bath velocity, the bubble frequency decreases with increasing air input rate. The implications of these predictions for copper converting are discussed, and it is suggested that present converter operation may be “bubble-volume“ limited.

Résumé

En se fondant sur les observations anterieures que le gaz qui s' échappe des tuyères d'un convertisseur de métaux non-ferreux est sous forme de bulles séparées, nous avons développé un modèle mathématique pour décrire la dynamique de formation des bulles dans le convertissage du cuivre. Nous avons supposé que les bulles ont une forme sphérique et qu'elles croissent à l'extrémité de la tuyère dans des conditions d' écoulement constant. Le modèle incorpore les effets du transfert de chaleur à la bulle, de la réaction chimique entre la bulle et le bain, et la circulation du bain. Le modèle a été utilisé pour prédire les concentrations de O₂ et SO₂, la température, le volume et la vitesse de montee des bulles en fonction du temps, alors que l'introduction d'une condition de séparation a permis de prédire la fréquence des bulles. Ainsi nous avons montré que les réactions d'oxydation ont peu d'effet sur la formation des bulles alors que le transfert de chaleur par convection et la circulation du bain ont une grande influence. La vitesse du bain accroît la fréquence des bulles alors que le transfert de chaleur a l'effet opposé. Dépendant de la valeur du coefficient de transfert de chaleur employé le modèle predit que la vitesse de circulation du bain dans le voisinage de la tuyère est comprise entre 120 et 260 cm/s. Pour une vitesse donnée du bain, la fréquence des bulles décroît lorsque l'on augmente le taux d'arrivée d'air. Les implications de ces predictions pour le convertissage du cuivre sont discutées et nous suggérons que l'opération actuelle des convertisseurs pourrait être limitée par le volume des bulles.     

The kinetics of the reactions between silica and alumino-silicate refractories and carbon-saturated iron

Abstract

The rates of attack of silica and alumino-silicate refractories in iron-carbon melts were measured. An immersion technique with cylindrical specimens was used under both static and dynamic conditions. The rates of reaction were measured both by specimen weight-loss and by chemical analysis of the melt. Experiments were carried out at 1400, 1500 and 1600°C under an inert atmosphere. The rates were found to be independent of rotation speed up to 400 rpm and for concentrations of carbon (>2.3%) and silicon (<1.0%) in the melt. The results are interpreted in terms of chemical reaction control at the refractory/metal interface and the dissociation of silica is proposed as the controlling step.

Résumé

On a mesuré les vitesses d'attaque des réfractaires de silice et alumino-silicates dans des bains fer-carbone par une technique d'immersion, avec des échantillons cylindriques, dans des conditions statiques et dynamiques. Les vitesses de réaction ont été mesurées à partir de la perte de poids des échantillons et par analyse chimique du bain. Les expériences ont été faites à 1400, 1500 et 1600°C sous atmosphère inerte. Les vitesses se sont averées etre indépendantes de la vitesse de rotation jusqu'à 400 rpm pour des concentrations de carbone (72.3%) et silicium (< 1.0%) dans le bain. Les résultats ont été interprétes en termes de contrôle de la réaction chimique à l'interface réfractaire-métal et on propose que la dissociation de la silice est le facteur contrôlant.     

High Temperature Oxidation of Copper and Copper Aluminum Alloys

Abstract

Small amounts of aluminum (1 to 3 wt% Al) were alloyed with copper to study oxidation resistance at high temperatures. Pure copper and the alloyed samples were oxidized from 700 to 1000 °C in air for various lengths of time. The oxidation rates of the samples increased with temperature. The oxidation rates of pure copper and the 1 wt% Al sample were found to follow parabolic rate law kinetics in the temperature range studied indicating diffusion controlled growth. The oxidation resistance of the 2 wt% Al alloy disappeared between 800 and 900 °C. It was found that the 3% Al-Cu samples oxidized at a rate 100 times lower than that of pure copper. The activation energy of copper oxidation at 122 kJ/mol was found to be very close to reported values.

On a allié de petites quantités d’aluminium (1 à 3% Al en poids) avec du cuivre afin d’étudier la résistance à l’oxydation à des températures élevées. On a oxydé le cuivre pur et les échantillons alliés entre 700 et 1000 °C, à l’air, sur des durées variées. Le taux d’oxydation des échantillons augmentait avec la température. On a trouvé que le taux d’oxydation du cuivre pur et celui de l’échantillon de 1% en poids d’Al suivaient une loi cinétique à taux parabolique dans le domaine de température étudié, indiquant une croissance contrôlée par la diffusion. La résistance à l’oxydation de l’alliage à 2% en poids d’Al disparaissait entre 800 et 900 °C. On a trouvé que les échantillons de 3% Al-Cu s’oxydaient à un taux 100 fois plus faible que celui du cuivre pur. L’énergie d’activation de l’oxydation du cuivre, à 122 kJ/mol, se rapproche des valeurs rapportées.     

Influence of stirring conditions on hard anodising of aluminium A6061-T6 shapes

Hard anodising is used to produce relatively thick and adherent coatings in order to improve the hardness, abrasion and corrosion resistance of aluminium components. In typical industrial conditions, the local variation of anodic oxide film thickness is often significant and it affects the dimensional tolerances and reliability of coating thickness. Electrolyte stirring is a simple and effective way to improve the uniformity of the oxide layer thickness. However, very little practical information is available in the literature to guide industry in this regard. In this work, extruded A6061-T6 specimens were anodised in industrial conditions. To reduce the thickness variability of the coating, three methods of electrolyte stirring were studied and compared. Air bubble stirring showed the best coating thickness uniformity and improved control over anodising parameters. However it did not reduce the variability due to metal forming texture.

On utilise l’anodisation dure afin de produire un revêtement d’oxyde épais et adhérent à la surface de pièces en alliage d’aluminium. Ce revêtement accroît la dureté, la résistance à l’abrasion et la résistance à la corrosion des composantes. En milieu industriel, l’épaisseur de la couche d’oxyde a tendance à varier en fonction de la position dans la cellule et même d’un endroit à l’autre sur une pièce, ce qui réduit la précision dimensionnelle. L’agitation de l’électrolyte dans la cellule est un moyen simple et efficace d’améliorer l’uniformité de l’épaisseur du revêtement. Toutefois, très peu d’information est disponible dans la littérature pour guider les industriels et déterminer dans quelle mesure l’agitation permet de réduire cette variabilité. Dans ce travail, des composantes extrudées en alliage A6061-T6 ont été anodisées en milieu industriel. Afin de réduire la variabilité de l’épaisseur de la couche anodisée, trois types d’agitation d’électrolyte dans la cellule ont été étudiés et comparés. L’agitation par bulles d’air a permis d’obtenir la meilleure uniformité de l’épaisseur de la couche anodisée et le meilleur contrôle sur les paramètres d’anodisation. Toutefois, les résultats montrent aussi que l’agitation accentue la différence d’épaisseur de la couche anodisée occasionnée par la texture de laminage ou d’extrusion.     

Computational study on the behaviours of supersonic jets and their impingement onto molten liquid free surface in BOF steelmaking

A mathematical model is proposed to study the impingement of multiple supersonic jets onto the free surface of the liquid bath containing molten slag and metal in a steelmaking converter by means of volume of fluid (VOF) approach. The applicability of the proposed model is verified by the good agreement with measured and calculated results. The model is then used to study the jet hydrodynamic behaviours such as jet profile, impact force, penetration depth and impact area, as well as time-dependent evolution of cavity, with respect to temperature, operating pressure and lance height. The results show that the temperature effect on total impact force is negligible but significant for penetration depth and impact area. A semi-empirical correlation is used to describe penetration depth under the steelmaking condition of high temperature. It is also shown that the proposed model can reproduce the splashing phenomenon on the bath surface.

On propose un modèle mathématique pour étudier l’impact de jets supersoniques multiples à la surface libre du bain liquide contenant de la scorie et du métal fondus dans un convertisseur de production d’acier, au moyen de l’approche du Volume de Fluide (VOF). On vérifie l’applicabilité du modèle proposé par l’agrément entre les résultats calculés et les résultats mesurés. On utilise ensuite le modèle pour étudier les comportements hydrodynamiques du jet, comme le profil du jet, la force de choc, la profondeur de pénétration et la superficie de l’impact, ainsi que l’évolution de la cavité en fonction du temps par rapport à la température, à la pression d’opération et à la hauteur de la lance. Les résultats montrent que l’effet de la température sur la force totale de choc est négligeable mais qu’il est important pour la profondeur de pénétration et pour la superficie de l’impact. On utilise une corrélation semi-empirique pour décrire la profondeur de pénétration pour la production d’acier à température élevée. On montre également que le modèle proposé peut reproduire le phénomène d’éclaboussement à la surface du bain.     

Effects of some solid lubricant particles and their concentration in oil towards controlling wear performance of leaded tin bronze bush

Abstract

This investigation pertains to the examination of the sliding wear response of a leaded tin bronze bush as influenced by the changing content of solid lubricants such as talc, graphite and lead when mixed with oil. Wear tests were performed to determine the wear loss, frictional heating and friction coefficient. Characteristics of wear surfaces and subsurface regions threw light on the operating wear mechanisms and further substantiated the observed wear behaviour. The solid lubricants were noted to significantly influence the overall performance of the samples wherein their content produced an identical trend while their type and structure showed a mixed effect.

Cette étude a trait à l’examen de la réponse à l’usure par glissement d’une bague de palier de bronze à l’étain au plomb, influencée par la teneur changeante de lubrifiants solides comme le talc, le graphite ou le plomb, lorsque mélangés avec de l’huile. On a effectué des essais d’usure afin de déterminer la vitesse d’usure, le chauffage dû à la friction et le coefficient de friction. Les caractéristiques des surfaces d’usure et des régions sous la surface ont permis de comprendre les mécanismes d’usure et de substantifier davantage le comportement à l’usure observé. On note que les lubrifiants solides influencent significativement le rendement global des échantillons là où leur concentration produisait une tendance identique alors que leur type et leur structure montraient un effet mixte.