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.     

Rheocasting of semi-solid Al359/20%SiC metal matrix composite using SEED process

A Duralcan Al359/20%SiC metal matrix composite was successfully cast using the SEED rheocasting process. Effects of the SEED processing parameters on the microstructure of semi-solid slurries and casting parts were studied. The parameters investigated in this study include pouring temperature, swirling time and swirling speed. The results showed that α-Al grains were nearly spherical and SiC particles were well distributed in both semi-solid slurries and cast parts when using the appropriate SEED parameters. The mechanical properties of the semi-solid cast components under as cast and T6 conditions were also investigated. Results revealed that a significant improvement of tensile properties was achieved when compared to the conventional gravity castings and those obtained from other semi-solid process.

Le composite Duralcan Al359/20%SiC à matrice métallique a été moulé avec succès en utilisant le procédé de rhéomoulage SEED. L’effet des paramètres du traitement SEED sur la microstructure des pâtes semi-solides et sur les pièces moulées a été étudié. Les paramètres examinés dans cette étude incluaient la température de coulée, ainsi que la durée et la vitesse de rotation. Les résultats ont montré que les grains d’Al-α étaient presque sphériques et que les particules de SiC étaient bien distribuées tant dans les pâtes semi-solides que dans les pièces moulées lorsqu’on utilisait les paramètres appropriés de SEED. On a également examiné les propriétés mécaniques des composantes moulées semi-solides à l’état brut de coulée et sous la condition T6. Les résultats ont révélé une amélioration significative des propriétés de traction par rapport aux moulages conventionnels de coulée par gravité et par rapport aux propriétés obtenues avec d’autres procédés semi-solides.     

A Review of the Mechanisms of Fatigue

Abstract

Relationships between structure and fatigue properties are briefly reviewed for metals and alloys of the facecentred cubic structure. The effects are considered of stressor strain amplitude, temperature, stacking fault energy, strain ageing, degree of order, precipitation and dispersion hardening, and fibre strengthening, upon crack initiation and propagation.

Résumé

L'auteur traite brièvement des rapports entre la structure et la résistance à la fatigue des métaux et alliages cubiques à faces centrées. II passe en revue L'influence de l'intensité de la contrainte, de l'amplitude de la ,déformation, de la temperature, de l' énergie de faute d'empilement, du vieillissement après déformation, de la nature de l'ordre, du durcissement par précipitation et dispersion, et du renforcement à l'aide de fibres, sur la formation et.la propagation des fissures.     

Metallurgical developments in the continuous casting of austenitic stainless steel slabs

Abstract

The design concept of Atlas Steels’ new integrated sheet/strip mill at Tracy, Quebec involved direct conversion of continuously cast austenitic stainless steel slabs to coiled hot bands. In early production, a high incidence of surface defects, commonly called ‘slivers’, necessitated hotband conditioning greatly in excess of the anticipated level. Electron probe microanalysis of nonmetallics found in the slivers revealed that the majority of such defects resulted from subsurface entrapment of pouring stream reoxidation products in the continuously cast slabs. The problem was brought under operational control by improved steelmaking practice and modifications of the casting operation to permit pouring through refractory stream protection tubes.

Résumé

Aux usines d'Atlas Steel situées it Tracy dans le Québec, le procédé de production prévoit la coulée continue suivie de laminage à chaud de tôles et de bandes. Dès la mise en marche des usines, le trop grand nombre d'inclusions de surface imposa un parachévement imprévu des bandes laminées à chaud. Des analyses faites par micro-sonde ont fait voir que la plupart des inclusions provenaient d'oxydation au jet de la coulée continue. Des modifications apportées à l'élaboration de l'acier et l'emploi de tubes réfract aires au jet de coulée surmonterent les difficultés occasionnées par les inclusions de surface.     

Improved Fracture Toughness and Resistance to Fatigue Crack Propagation in ESR Steels

Abstract

Two types of alloy steels (En 24 and En 52 steels) have been electro slag refined and the improvement in their mechanical properties has been assessed. ESR has improved the tensile ductility, plane strain fracture toughness, room temperature CVN energy, fatigue strength and has decreased fatigue crack growth rates. The K _lc values for the ESR steel are nearly twice those estimated in the unrefined steel. Fatigue crack growth rates in region I and region III are found to be decreased considerably in the ESR steel while they are unaffected in region II. The improvement in the mechanical properties has been explained in terms of the removal of large sized nonmetallic inclusions and reduction in sulfur content in the ESR steel.

Résumé

Deux types d'aciers alliés (En 24 et En 52) ont été affinés par refusion sous laitier (ESR) et l'amélioration de leurs propriétés mécaniques a été évaluée. Le procédé ESR a amélioré la ductilité en traction, la ténacité en déformation plane, l' énergie CEV à température ambiante, la résistance à la fatigue et a diminué les taux de croissance des fissures de fatigue. Les valeurs de K_lc des aciers ESR sont presque le double de celles estimees pour les aciers non affinés. Les taux de propagation des fissures de fatigue dans les domaines I et III sont considérablement moins élevés dans les aciers ESR alors qu'ils ne sont pas affectés dans la région II. L'amélioration des propriétés mécaniques a été expliquée en termes de l'enlèvement des inclusions non métalliques de taille importante et de la réduction de la teneur en soufre des aciers ESR.     

Mechanism of explaining liquid friction and flux consumption during non‐sinusoidal oscillation in slab continuous casting mould

Abstract

The mechanism of explaining liquid friction and flux consumption in a non‐sinusoidal oscillation mould is expounded by proposing a series of indices for estimating interface phenomena between mould and metal in meniscus and calculating the effect of non‐sinusoidal oscillation parameters on these indices. The results show that the liquid flux is periodically infiltrated into the gap between oscillating mould and withdrawing slab by the negative pressure caused by widening flux channel from the last stage of positive strip time to the last stage of negative strip time. The surface cracks on the slab, even breakout, are formed during the positive strip time and existing surface cracks can be healed within the cumulative negative strip time. The casting performances were improved by decreasing oscillation frequency and increasing amplitude and non‐sinusoidal oscillation factor.

On explique la friction liquide et la consommation de flux dans une coquille à oscillation non‐sinusoïdale en proposant une série d’indices pour estimer les phénomènes d’interface entre la coquille et le métal dans le ménisque et pour calculer l’effet des paramètres d’oscillation non‐sinusoïdale sur ces indices. Les résultats montrent que le flux liquide s’infiltre périodiquement dans l’espace entre la coquille oscillante et la brame en retrait par la pression négative causée par l’élargissement du canal de flux à partir de la dernière étape de temps positif de démoulage jusqu’à la dernière étape de temps négatif de démoulage. Les fissures de surface de la brame, et même la percée, sont formées lors du temps positif de démoulage et les fissures de surface existantes peuvent être réparées lors du temps négatif cumulatif de démoulage. Le rendement du moulage s’améliorait en diminuant la fréquence d’oscillation et en augmentant l’amplitude et le facteur d’oscillation non‐sinusoïdale.     

Microstructures and mechanical properties in a turbine disc fabricated from astroloy powder

Abstract

Powder metallurgy processing of nickel-base superalloy turbine discs is described. The discs were prepared from hotisostatically pressed Astroloy powder preforms by a single-stage forging operation, followed by machining. The forgeability, machinability, tensile and stress rupture properties of the powder fabricated material were better than, or equivalent to, those of cast material. The fatigue lifetimes obtained in laboratory push-pull tests and the lifetime obtained in a disc exposed to engine testing and ambient temperature spin-rig testing were also good. However the lifetimes obtained from crack detection to final failure were short, indicating either poor resistance to fatigue crack propagation or poor fracture toughness. This problem is examined in terms of the microstructures and minor phase contents of the discs. The microstructures showed incomplete recrystallization in the bore, carbide laden powder particle boundaries both in the bore and the recrystallized rim, and platelets of a brittle M₂ (SC) phase. Modified processing of powder fabricated discs is suggested to circumvent these deficiencies.

Résumé

Dans cet article, les auteurs décrivent la production, par métallurgie des poudres, de disques de turbine en superalliage au nickel. Les disques sont obtenus en une seule operation par forgeage d'ébauches de poudres d'Astroloy prealablement comprimées à chaud et ils sont ensuite usinés.

La forgeabilité, l'usinabilite et les propriétés mécaniques en traction et en fluage de tels disques sont meilleures que celles des disques obtenus par fonderie. La limite de fatigue déterminée en laboratoire par traction-compression et celle obtenue sur un disq ue soumis aux conditions de service de la turbine et à l'essai «spin-rig» à température ambiante se révèlent etre bonnes. Par contre, les limites de fatigues mesurées a partir de la détection d'une fissure jusqu'à la rupture finale sont faibles, suggérant soit une faible résistance à la propagation des fissures soit une faible résilience.

Ce problème a été etudie par examen de la microstructure et des phases secondaires présentes. Ces études révèlent que la recristallisation est incomplète au centre du disque, que des carbures sont présents aux joints entre les particules de poudres autant au centre du disque que dans l'anneau extérieur recristallisé et que des plaquettes d'une phase fragile M₂ (SC) sont présentes. Des modifications au procédé de fabrication de ces disques sont suggérées afin d'éliminer ces déficiences.     

THE TRANSITION FROM FREE STREAM FLOW TO DRIPPING IN DRAINING VESSELS

Abstract

In numerous metals processing operations, molten metal is transferred between furnace and ladle or ladle and tundish. In other operations such as the atomization of melts, the stream is directed from a nozzle into an atomizing chamber. The control of melt flow rate, the generation of a well defined stream and the transition from free stream flow to dripping are useful conditions to quantify. A model is proposed in this work to calculate the height of a fluid in a vessel where the stream flowing from an orifice at the bottom of the vessel will revert to dripping. The model accounts for fluid properties including density, viscosity and surface tension. Model results clearly show that melt viscosity is a critical variable in determining the melt height at which flow reverts from a continuous stream to dripping.

Dans de nombreuses opérations de traitement des métaux, le métal fondu est transféré entre le four et la poche de coulée ou entre la poche de coulée et le distributeur. Pour d’autres opérations comme l’atomisation de métaux fondus, le flot est dirigé d’un injecteur vers une chambre d’atomisation. Le contrôle du débit de métal fondu, la production d’un flot bien défini et la transition d’un écoulement de flot libre en un égouttement sont des conditions utiles à quantifier. Dans ce travail, on propose un modèle pour calculer la hauteur d’un fluide dans une cuve où le flot s’écoulant d’un orifice au bas de la cuve va se changer en un égouttement. Le modèle tient compte des propriétés du fluide, incluant la densité, la viscosité et la tension superficielle. Les résultats du modèle montrent clairement que la viscosité du métal fondu est une variable critique dans la détermination de la hauteur de métal fondu à laquelle l’écoulement se change d’un flot continu en un égouttement.     

Effect of blockage of outlet nozzle on fluid flow and heat transfer in continuously cast multistrand billet caster tundish

Abstract

Shop floor problems like strand breakout, mechanical or electrical failure in the strand or inadequate availability of molten steel from coming ladle sometimes lead to closing one/two strand in a continuous casting unit. Closing any of the outlets affects the flow distribution inside the tundish and so it is important to study which of the outlets should be closed to have proper results in terms of residence time distribution (RTD) and thermal behaviour of the tundish. The present study aims at finding the effect of closing one or two outlets on flow behaviour and heat transfer in a multistrand tundish. Navier–Stokes equation has been solved using standard K–? turbulence model with the help of educational version of computational fluid dynamics software PHOENICS to find the steady state velocity field inside the tundish. Furthermore, tracer dispersion study was carried out using pulse input technique of the tracer to find the RTD curve of the tundish. Mixing parameters, namely ratio of actual to theoretical mean residence time and ratio of mixed volume to dead volume have been found out for different cases when either all the outlets are open or one/two outlets are closed. It was found that closing the near outlet increases the mixing capability of the tundish the most as compared with far or middle outlet. A larger recirculation zone created in the half of the tundish results in better mixing when near outlet is closed. Numerical code was validated against the experimental observation by performing the tracer dispersion study inside a multistrand tundish and reasonably good match between the experimental and numerical results in terms of RTD curves is observed.

Des problèmes d’atelier comme la percée du cordon, la défaillance mécanique ou électrique du cordon ou la disponibilité inadéquate de l’acier fondu de la poche d’arrivée mènent quelquefois à la fermeture d’un ou deux cordons d’une unité de coulée en continu. La fermeture de n’importe laquelle des orifices de sortie affecte la distribution de l’écoulement dans le panier de coulée. Il est donc important de déterminer lequel des orifices de sortie devrait être fermé pour avoir des résultats appropriés par rapport au RTD et au comportement thermique du panier de coulée. La présente étude vise à trouver l’effet de la fermeture d‘un ou deux orifices de sortie sur le comportement de l’écoulement et sur le transfert de chaleur dans un panier de coulée à plusieurs lignes. On a résolu l’équation de Navier-Stokes en utilisant le modèle normal de turbulence K-?, avec l’aide de la version éducationnelle du logiciel de CFD PHOENICS, afin de trouver le champ de vitesse à régime constant à l’intérieur du panier de coulée. En plus, on a effectué une étude de dispersion de traceur en utilisant une technique d’entrée de l’impulsion du traceur afin de trouver la courbe de Distribution du Temps de Séjour (RTD) du panier de coulée. On a trouvé le paramètre de mélange, soit le rapport du temps de séjour moyen actuel à théorique et le rapport de volume mélangé à volume mort, pour différents cas où soit que toutes les sorties étaient ouvertes, soit qu’une ou deux sorties étaient fermées. On a trouvé que la fermeture de la sortie la plus proche augmentait davantage la capacité de mélange du panier de coulée par rapport à la sortie la plus éloignée ou à celle du milieu. Une plus grande zone de re-circulation créée dans la moitié du panier de coulée avait pour résultat un meilleur mélange lorsque la sortie la plus proche était fermée. On a validé le code numérique contre l’observation expérimentale en effectuant l’étude de dispersion du traceur à l’intérieur d’un panier de coulée à plusieurs lignes. On a observé une correspondance raisonnable entre les résultats expérimentaux et numériques par rapport aux courbes de la RTD.     

Fatigue Maps and Wave-Shape Effects on Fatigue

Abstract

Low-cycle, high-temperature fatigue failure is a complex process which can result from the combined action of time independent plasticity, intergranular cavitation and environmental effects. The dominance of one mechanism over another, and interactions between them, depends strongly on temperature, strain range, strain rate and waveshape. In particular, the effect of waveshape on the failure mechanisms is discussed in this paper. The construction of fatigue maps for some precipitation hardened copper alloys is described. Such maps define the dominant fatigue mechanism under a given set of operating conditions. Thus they are useful for defining the limitations of extrapolation techniques which are based on the operation of a single failure mechanism.

Résumé

La rupture en fatigue oligocyclique, à haute température, est un phénoméne complexe qui peut provenir de l'action conjointe de la plasticité (indépendante du temps), de la cavitation intergranulaire et des effets de l'environnement. La prédominance d'un de ces mécanismes et leur interactions sont grandement influencées par la température, la forme du cycle, le niveau et le taux de déformation. Cet article insiste particulièrement sur l'influence de la forme du cycle sur les mécanismes de fissuration. On décrit comment sont mis au point des diagrammes de fatigue pour des alliages de cuivre durcis par précipitation. Suivant les conditions d'essais, ces diagrammes sont utilisés à déterminer le mécanisme dominant en fatigue; ils sont donc bien pratiques pour fixer les limites des techniques d'extrapolation, basés sur un seul mécanisme opérant.     

THE ROLE OF REACTIONS BETWEEN CRUCIBLE AND MELT DURING REFINING OF PLATINUM BY VACUUM INDUCTION MELTING

Abstract

Secondary platinum and Pt alloys can be purified by the selective evaporation of undesirable elements in a vacuum induction melting process. Investigations were made concerning reactions among four different crucible materials and the melt of pure platinum. Relations between the vacuum evaporation of copper, iron, antimony and aluminum additions in a platinum melt and the used crucible were also studied. Minimum enrichments and reactions between the melt and the crucible material are the aim for industrial purposes. The requirements concerning the iron concentration in the cast and resulting devices are especially high. Experimental results show that there can be a marked reaction between the crucibles and the pure Pt melt depending on time, applied atmosphere and the crucible material used. Refining experiments showed that it is possible to reduce the concentration of some elements clearly below 10 ppm, although the complete removal of iron is almost impossible. The refining behaviour can generally be attributed to the nominal composition of the used crucibles, its reactions with the melt and the applied atmosphere.

On peut purifier le platine secondaire et les alliages au Pt par évaporation sélective des éléments indésirables lors d’une opération de fusion par induction sous vide. On a effectué des recherches concernant les réactions entre quatre matériaux différents de creuset et le bain de platine pur. En outre, on a étudié les relations entre l’évaporation sous vide des additions de cuivre, de fer, d’antimoine et d’aluminium dans un bain de platine et le creuset utilisé. Pour fins industrielles, on vise des enrichissements et réactions minimales entre le bain et le matériau du creuset. En particulier, les exigences concernant la concentration du fer dans la coulée et les objets qui en résultent sont élevées. Les résultats expérimentaux montrent qu’il peut y avoir une réaction notable entre les creusets et le bain de Pt pur, dépendant du temps, de l’atmosphère appliquée et du matériau utilisé pour le creuset. Des expériences d’affinage ont montré qu’il est possible de réduire la concentration de certains éléments nettement au-dessous de 10 ppm, bien que l’enlèvement complet du fer est presque impossible. On peut généralement attribuer le comportement d’affinage à la composition nominale des creusets utilisés, aux réactions avec le bain et à l’atmosphère appliquée.     

RATIONAL DESIGN OF ADVANCED MATERIALS: OPPORTUNITIES IN MATERIALS RESEARCH

Abstract

Global markets are pressuring the chemicals and advanced materials industries to reduce the time span between research and development. In particular, current approaches to the development and insertion of advanced materials in systems pertaining to applications in vital sectors including microelectronics, photonics, automobile and space are too time intensive and expensive. Despite the large investments in the development of these systems, insertion is not certain since material development is often not linked to the system designer needs and thus results in materials that do not meet their requirements. There is potentially a very high pay off for developing methodologies that will accelerate the insertion of materials, thereby saving millions of investment dollars. Recent advances in computing power, coupled with scientific software and scientific databases will enable all industries engaged in developing advanced materials to solve these problems. This article addresses the application of scientific databases of structural and property information of inorganic materials in the areas of materials informatics, materials systematics and materials selection.

Le marché mondial fait pression sur l’industrie chimique et sur l’industrie des matériaux de pointe afin de réduire le temps écoulé entre la recherche et le développement. En particulier, les approches courantes de développement et d’insertion des matériaux de pointe dans les systèmes ayant trait à l’utilisation dans les secteurs vitaux, incluant la microélectronique, la photonique, l’automobile et l’espace, consomment trop de temps et d’argent. En dépit d’investissements importants dans le développement de ces systèmes, l’insertion est incertaine puisque le développement de matériau est souvent indépendant du système dont le concepteur a besoin et ainsi résulte en matériaux qui ne satisfont pas à leurs exigences. Il y a un gain potentiellement très élevé dans le développement de méthodologies qui accéléreraient l’insertion de matériaux et sauveraient donc des millions de dollars en investissement. Les avances récentes dans la puissance des ordinateurs, couplées au logiciel et banques de données scientifiques permettront à toutes les industries engagées dans le développement de matériaux de pointe de résoudre ces problèmes. Cet article examine l’utilisation de banques de données scientifiques d’information de structure et de propriétés des matériaux inorganiques dans le domaine des matériaux informatiques, de la systématique des matériaux et de leur sélection.     

THERMODYNAMICS OF COPPER AND LEAD IN ALUMINA SATURATED FLASH SMELTING SLAG

Abstract

The distribution of copper and lead between copper rich alloy and alumina saturated flash smelting slag produced from Polish copper concentrates was investigated at 1673 and 1553 K under controlled oxygen partial pressures in the range from 8.6·10^?13 to 3.1·10^?7 atm in order to obtain fundamental information related to single stage flash smelting of Polish copper concentrates and decopperizing of the flash smelting slags. The slope of the linear relationship between the logarithmic distribution ratio and oxygen partial pressure shows that the predominant species dissolved in the slag are CuO_0.5 and Cu for copper and PbO and Pb for lead. Activity coefficients for all these copper and lead species in the slag were determined and compared with those in synthetic SiO₂-CaO-Al₂O₃-FeOx and SiO₂-CaO-Al₂O₃-MgO-FeO_x slags containing up to 7.5 mass% iron. Existence of a miscibility gap in the flash smelting slag was confirmed at the oxygen partial pressures used in the experiments. The results were used to explain the thermodynamic reasons behind potential problems in the decopperizing of the flash smelting slag.

On a investigué la distribution du cuivre et du plomb entre un alliage riche en cuivre et la scorie de la fusion éclair saturée en oxyde d’aluminium, produite à partir de concentrés de cuivre polonais, à 1673 et 1553 K, sous des pressions partielles contrôlées d’oxygène dans la gamme de 8.6·10^?13 à 3.1·10^?7 atm. L’objectif était d’obtenir l’information fondamentale reliée à la fusion éclair à étape unique des concentrés de cuivre polonais et au décuivrage des scories de la fusion éclair. La pente de la relation linéaire entre le ratio de distribution logarithmique et la pression partielle de l’oxygène montre que les espèces prédominantes dissoutes dans la scorie sont le CuO_0.5 et le Cu pour le cuivre et le PbO et le Pb pour le plomb. On a déterminé les coefficients d’activité de toutes ces espèces de cuivre et de plomb dans la scorie et on les a comparés avec ceux de scories synthétiques SiO₂-CaO-Al₂O₃-FeO_x et SiO₂-CaO-Al₂O₃-MgO-FeO_x contenant jusqu’à 7.5% en masse de fer. On a confirmé l’existence d’une interruption de miscibilité dans la scorie de la fusion éclair aux pressions partielles d’oxygène utilisées dans les expériences. On a utilisé les résultats pour expliquer les raisons thermodynamiques derrière les problèmes potentiels de décuivrage de la scorie de la fusion éclair.     

Mineral Wool Production from Copper Reverberatory Slag

Abstract

Rapidly increasing energy costs and the introduction of government assistance programmes have stimulated consumer demand for home insulation products in Canada; in recent years, Canadian mineral wool production has increased at an average annual rate of about 20 %. Based on a preliminary economic assessment, which indicated that the manufacture of mineral wool insulation from copper reverberatory furnace slag could be viable ifan acceptable product could be produced using a high percentage of the copper slag in the charge, full-scale tests were conducted at the plant of a major mineral wool producer. The tests were carried out on blowing wool lines equipped with cupola melting furnaces, using charges containing variable amounts of copper reverberatory furnace slag from the Noranda Smelter.

The technology of mineral wool production is reviewed, the plant tests are described, and the test results are presented. In all tests, a product fibre with satisfactory physical properties (fibre length, diameter and strength) was obtained. However, the insulating quality of the product, as measured by a standard blowing test with a commercial mineral wool applicator machine, was found to decrease with increasing FeO content in the wool. In practice, this would limit the percentage of copper slag in the charge to under 40%, under which condition the manufacture of mineral wool insulation from copper slag was found to be economically unattractive. The results underline the importance of evaluating mineral wool produced from alternative raw materials against industry quality control standards.

Résumé

L'accroissement rapide des coûts d'énergie, ainsi que la mise en route de divers programmes d'aide gouvernementale, ont stimulé les demandes du consommateur envers les produits d'isolation des maisons, au Canada. Ces derniéres années, la production canadienne de laine mineralé a augmenté son taux annuel d'environ 20%. Une évaluation économique préliminaire indiquait que la fabrication de laine minérale, à partir de scories de cuivre provenant d'un four à réverbère était concevable, à condition que nous puissions produire un matériau acceptable employant un pourcentage élevé de scorie de cuivre dans la charge. Des tests en usine ont été effectués chez un important manufacturier de laine minérale. Les tests de souffiage de fils de laine en utilisant des cubilots de fusion ont été effectués en utilisant différentes quantites de scories de cuivre provenant du four a reverbere de l'usine de smeltage de Noranda. Une revue de la technologie se rapportant à la production de la laine minérale est faite, les tests en usine sont décrits et les résultats des essais sont présentés. Pour chaque test, une fibre possédant des propriétés physiques satisfaisantes (longueur de la fibre, diamètre et résistance) a été obtenue. Toutefois, des tests standards ont indique que la qualité isolante du produit décroît avec l'augmentation de FeO dans la laine. En pratique, ceci limite l'emploi de scorie de cuivre dans la charge, à un pourcentage inférieur à 40%. Sous cette condition, la fabrication de laine minérale s'avère économiquement non attrayante. Les résultats soulignent l'importance d'évaluer les laines minérals produites à partir de differentes matières brutes, en fonction du contrôle de la qualité et des standards industriels.     

Kinetics of Cu(II) cementation on a pure aluminum disc in acidic sulphate solutions

Abstract

The rates of copper cementation on pure aluminum discs were studied as a function of (a) initial copper ion concentration, (b) temperature, (c) initial hydrogen ion concentration, and (d) the effect of the peripheral velocity of the Al disc.

At low initial copper ion concentration (1 × 10^?4M), there are two rate-controlling processes: ionic diffusion control at temperatures. above 40°C, and surface reaction control at temperatures below 40° C. At higher initial copper ion concentrations (5 × 10^?3 M), the rate is controlled by a chemical (surface) reaction.

When the-hydrogen ion concentration is increased to 0.7 M, the cementation rate increases. The pH remains constant during the reaction.

The cemented deposit is pure copper. The structure. of the deposit is dependent on both temperature and the initial copper ion concentration. At high initial copper ion concentration (5 × 10^-3 M) and at high temperatures (75° C), the rate, which was constant initially, increases with increasing deposition.

Résumé

Les taux de cémentation du cuivre sur des disques d'aluminium pur ont été étudié en fonction (a) de la concentration initiale des ions cuivres, (b) de la température, (c) de la concentration initiale des ions hydrogene et (d) de l'effet de la vitesse tangentielle du disque d'aluminium.

Pour une faible concentration initiale d'ions cuivre (1 × 10^?4 M) il y a deux processus régulateurs : à des températures supérieures à 40°C un côntrale de diffusion ionique et à moins de 40°C un côntrale de la réaction de surface. Pour des concentrations d'ions cuivre plus élevées (5 × 10^?3 M), le taux est contrôlé par une réaction chimique (de surface).

Quand la concentration des ions hydrogène est augmentée à 0.7M Ie taux de cémentation augmente, lp. pH demeure constant pendant la réaction.

Le dépôt est du cuivre pur et sa structure dépend à la fois de la température et de la teneur initiale en ions cuivre. A haute concentration initiale d'ions cuivre (5 × 10^-3M) et à haute temperature (75°C), le taux, constant du début, augmente quand le dépôt augmente.     

Mechanical behaviour of thermomechanically produced ultrafine grained dual-phase steels

Dual-phase (DP) steels are an excellent alternative in the production of automotive parts that require high mechanical resistance, high impact strength and elevated elongation. These materials are produced using low alloy steels as a basis, reducing costs and resulting in a combination of martensite and ferrite structures with ultrafine grain size. These characteristics are achieved through strict control of rolling conditions, strain rate, cooling rate and coiling temperature. This work presents the results of tension testing of two types of DP steels, along with microstructural characterisation, in order to understand the effect of the advanced thermomechanical controlled rolling processes on the formation of the microstructure and resulting mechanical properties.

Les aciers biphasés sont une excellente substitution pour la production de composantes automobiles qui requièrent une résistance mécanique élevée, une haute résistance à l’impact et une grande élongation. Ces matériaux sont produits en utilisant des aciers faiblement alliés comme base, réduisant les coûts et engendrant des combinaisons de structures martensitiques et ferritiques à granularité ultrafine. On obtient ces caractéristiques grâce à un contrôle strict des conditions de laminage, de la vitesse de déformation, de la vitesse de refroidissement et de la température d’enroulement. Cet article présente les résultats des essais de traction de deux nuances d’acier biphasé, de même que la caractérisation de la microstructure, afin de comprendre l’effet des procédés avancés de laminage thermomécanique contrôlé sur la formation de la microstructure et les propriétés mécaniques qui en déroulent.     

Hot Working of Ductile Iron Alloyed With Molybdenum

Abstract

Sand and permanent mould ductile iron castings (SMC & PMC), containing up to 0.5% Mo, were hot worked at 1050 °C with different total reduction up to 90%. Most of the castings could be rolled at high reduction per pass (average 36%) of up to 75% total reduction without serious cracking, while all of the castings could be forged without cracking. Reducing reduction per pass down to 10%, all castings could be rolled up to 90% without serious cracking. The ductile iron (DI) rolled from PMC exhibits lower tensile strength than that rolled from SMC. The tensile strength and hardness of as-rolled SMC and PMC are increased with high Mo content (0.5%). Heavy rolling to 70% without reheating between passes resulted in an increase in the hardness. Austenite transforms into acicular and/or bainitic ferrite structure during the air cooling of the thin heavily rolled sheets of DI alloyed with Mo.

On a formé à chaud, à 1050 °C, des moulages de fonte nodulaire contenant jusqu'à 0,5% de Mo, provenant de moules en sable et de moules permanents (SMC & PMC), avec réduction totale allant jusqu'à 90%. On a pu laminer la plupart des moulages avec une grande réduction par passe (36% en moyenne), jusqu'à une réduction totale de 75%, sans fissure sérieuse, alors qu'on a pu forger tous les moulages sans fissure. En abaissant à 10 % la réduction par passe, on a pu laminer tous les moulages jusqu'à 90%, sans fissure importante. La fonte nodulaire (DI) laminée à partir des moules permanents exhibe une résistance à la traction plus basse que celle laminée à partir des moules en sable. La résistance à la traction et la dureté des moulages SMC et PMC, tels que laminés, augmentent avec un contenu élevé en Mo (0,5%). Un laminage intense, jusqu'à 70% sans réchauffage entre les passes, a résulté en une augmentation de la dureté. L'austénite se transforme en une structure de ferrite aciculaire et/ou bainitique lors du refroidissement à l'air des feuilles minces fortement laminées de fonte nodulaire alliée au Mo.     

Three-dimensional thermal model for vertical direct chill slab casting process

To aid in the designing of an automatic control system, a steady state three-dimensional (3D) thermal model is developed to predict the temperature distributions for an industrial scale vertical direct chill (DC) slab caster for aluminium alloy AA-1050. A single domain approach for the liquid, mushy and solid regions is used by employing the enthalpy porosity technique. The convective heat transfer in the liquid region is taken into account by assuming a slag flow velocity field equal to the casting speed. The predicted thermal field is verified with the numerically predicted temperature field available in the literature and a reasonably good agreement is found. Detailed parametric study is carried out by varying important parameters of this process. Results of the temperature field, sump depth, mushy zone thickness, shell thickness and local surface heat flux are presented and discussed.

Afin d’aider à la conception d’un système de contrôle automatique, on a développé un modèle thermique à 3D en régime permanent pour la prédiction des distributions de température d’une machine de coulée verticale de brames par refroidissement intense et continu (DC) à l’échelle industrielle, pour l’alliage d’aluminium AA-1050. On utilise une approche à domaine unique pour la région liquide, la région pâteuse et la région solide au moyen de la technique d’enthalpie et porosité. On tient compte du transfert de chaleur par convection dans la région liquide en assumant un champ de vitesse d’écoulement de laitier égal à la vitesse de coulage. On vérifie le champ thermique prédit au moyen du champ de température prédit numériquement dans la littérature et l’on obtient un accord raisonnable. On effectue une étude paramétrique détaillée en faisant varier les paramètres importants de ce procédé. On présente et discute les résultats du champ de température, de la profondeur du refoulement, de l’épaisseur de la zone pâteuse, de l’épaisseur de la coquille, et du flux thermique local à la surface.     

Fracture of Precipitation-Hardened Copper Alloy Produced by Semi-Continuous Casting at Elevated Temperature

Abstract

In semi-continuously cast slabs of precipitation-hardened copper alloy, internal cracks are often observed after homogenization, although those defects can not be found out after casting. It is considered that, before stress relief takes place during homogenization, thermal stresses generated in the slab during casting will exceed the fracture stress. It is of interest to understand how internal stresses of slabs will affect the fracture during homogenization. Fracture temperatures of the material under static tensile stresses are investigated in an attempt to demonstrate the fracture evolved during homogenization. © 2000 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Résumé

Dans les brames d'alliage de cuivre durci par précipitation et coulées en semi-continu, on observe souvent des fissures internes après homogénéisation, bien qu'on ne trouve pas ces défauts après la coulée. On considère que les ontraintes thermiques générées dans la brame lors de la coulée vont excéder la contrainte de rupture lors de l'homogénéisation, avant que l'effet de relaxation puisse se produire. Il est intéressant de comprendre de quelle manière les contraintes internes des brames affecteront la rupture lors de l'homogeneisation. On a etudie les températures de rupture du matériel sous contraintes statiques en traction dans une tentative de démontrer que la rupture a évolué lors de l'homogénéisation. © 2000 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.     

Extractive metals from metallic powders recovered from waste printed circuit boards

Leaching behaviours of metallic powders were investigated using electrically generated chlorine at the anode chamber containing sulphuric acid solution, NaCl and CuSO₄. Various parameters, which included the solid/liquid ratio, current density, concentration of NaCl, CuSO₄, and H₂SO₄, leaching temperature, particle size, and stirring speed, were studied to understand the mechanism of leaching metallic powders. The capability of dissolved metallic powders increased with the increase in all parameters except the solid/liquid ratio. Leaching metallic powders were transport-controlled with a low activation energy of 14·7 kJ mol^?1. The dissolved copper could be transferred from the anodic chamber to the middle chamber by solvent extraction technology. In the electric field, copper ions are transferred from the middle chamber to the cathodic chamber through a cation exchange membrane (CEM) and electrodeposited to form copper foils. The tensile strength and elongation percentage of 65 μm-thick copper foils were 276 Mpa and 10·66%, respectively. The utilisation of metallic powders recovered from waste PCBs (WPCBs) could produce high-performance copper foil.

On a examiné le comportement de lixiviation de poudres métalliques en utilisant du chlore engendré par électricité dans la chambre de l’anode contenant une solution d’acide sulfurique, du NaCl et du CuSO₄. On a étudié une variété de paramètres, incluant le rapport solide à liquide, la densité de courant, la concentration de NaCl, de CuSO₄ et d’H₂SO₄, la température de lixiviation, la taille de particule et la vitesse d’agitation, afin de comprendre le mécanisme de lixiviation des poudres métalliques. La capacité des poudres métalliques dissoutes augmentait avec l’augmentation de tous les paramètres, sauf le rapport solide à liquide. Les poudres métalliques de lixiviation étaient contrôlées par le transport, avec une faible énergie d’activation de 14·7 kJ/mol. On pouvait transférer le cuivre dissous de la chambre anodique à la chambre du milieu au moyen de la technologie d’extraction par solvant. Dans un champ électrique, les ions de cuivre étaient transférés de la chambre du milieu à la chambre cathodique par une membrane d’échange de cation et étaient déposés par galvanoplastie pour former des feuilles de cuivre. La résistance à la traction et le pourcent d’élongation de feuilles de cuivre de 65 μm d’épaisseur étaient respectivement de 276 MPa et de 10·66%. Les poudres métalliques récupérées de cartes de circuit imprimé de rebut pourraient produire une feuille de cuivre à haute performance.