The Petch relation and grain boundary hardening

Abstract

The effect of the grain size and solute content on the microhardness of iron-tin alloys has been investigated. It was found that the values of the Petch slope as derived from the hardness dependence on grain size, shows an unusual dependence on tin content. A good correlation between the Petch slope and grain boundary hardening was observed; both increased with tin additions. The results are rationalized in terms of Li's model of dislocation generation from grain boundary ledges and also Hart's grain boundary phase transformation model.

Résumé

L'auteur a étudié les effets de la taille du grain et de la concentration en soluté sur la microdureté d'alliages fer-étain. Les valeurs de la pente de Petch, telles que déduites de l'influence de la taille du grain sur la dureté, révèlent une variation inhabituelle en fonction de la concentration en étain. Une corrélation acceptable entre la pente de Petch et le durcissement des joints de grains est observée, les deux augmentant avec l'addition d'étain. Ces résultats sont interprétés selon le modèle de Li, qui suppose l'émission de dislocations à partir des marches des joints de grains, et aussi selon le modèle de Hart, qui fait appel à une transformation de phase du joint de grain.     

Deformation of Zr-N alloys

Abstract

The effect of nitrogen in interstitial solid solution on the tensile properties of cph zirconium polycrystals has been measured. The results have been analyzed with the aid of the theory of thermally activated deformation. Between 77 and 635°K, nitrogen has a profound strengthening effect, increasing the tensile flow stress at 295°K by 45 kg/mm² per at % N; activation volumes decrease with increasing effective stress to ～ 15 b³ in an alloy containing 1 at % nitrogen, and the activation enthalpy rises to 1.4 eV at zero effective stress. The results indicate that isolated nitrogen atoms are effective barriers below 635°K. The resistance to deformation may be due to interference with atomic motions at the core of gliding dislocations. Above 635°K, strengthening is less marked; there is an athermal region up to about 750°K, and above this temperature the flow stress drops rapidly as a yet-unidentified mechanism becomes operative.

Résumé

Les auteurs ont évalué l'effet de l'azote en solution solide d'insertion sur les propriétés mécaniques de zirconium h.c. polycristallin. La théorie de la déformation thermjquement activée a permis l'analyse des résultats. Entre 77 et 635°K l'azote a un effet de durcissement important: la contrainte d'écoulement en traction augmente de 45 kg/mm² par pourcentage atomique d'azote a 295°K; le volume d'activation diminue jusqu'à ～15b₃ dans un alliage a 1% at. N quand la contrainte effective augmente et l'enthalpie d'activation atteint 1.4 à une contrainte effective nulle. Ces résultats montrent l'efficacité, sous 635°K, des barriers formées d'atomes d'azote isolés et il est proposé que la resistance à la déformation est causée par des interactions entre les deplacements d'atomes au coeur des dislocations en mouvement. Au dessus de 635°K le durcissement est moins prononcé; jusqu'à 750°K existe une région athermique et au dessus la tension d'écoulement chute rapidement alors qu'un mécanisme non identifié entre alors en jeu.     

Dispersion strengthening titanium with refractory oxides

Abstract

Thorium oxide and cerium zirconate were alloyed with pure titanium and with two titanium alloys by arc melting. The refractory compounds apparently dissolved during melting and precipitated as dispersed phases on cooling. Although room-temperature and high-temperature (540°C) tensile strengths were improved at the expense of ductility, the refractory particle size and interparticle spacing were larger than recommended for maximum dispersion strengthening. Heat treating increased the size of the refractory particles.

Résumé

Des additions d'oxyde de thorium et de zirconate de cérium ont été faites à du titane pur et à deux de ses a1liagesfondus à l'arc électrique. Les composés réfractaires se sont apparemment dissous lors de la fusion et ont précipité de fa?on dispersée au refroidissement. La résistance à la traction s'est améliorée au détriment de la ductilité; toutefois, la grosseur des particules et l'espacement des partictiles excédaient la limite recommandée pour un durcissement maximum. Le traitement thermique a augmenté la grosseur des particules réfractaires.     

Deformation Twinning in Iron Alloys Containing Dispersed Particles

Abstract

Acoustic emission has been used to detect the onset of twinning in iron polycrystals containing dispersions of second phase particles. A new explanation of the grain size dependence of the twinning stress is offered based on the grain size dependence of the twinning intensity. The grain size dependence of the initial twinning stress and the 0.2 % offset stress are similar; however, at larger grain sizes the rate of twin formation is higher which leads to anomalously large values for the grain size dependence of the macroscopic twinning stress.

Twinning appears to occur due to the attainment of a large local stress concentration and thus the twinning stress is independent of the dispersion of second phase particles although the density of twins may differ in single phase and two phase materials and large second phase particles may result in twin fragmentation. The results indicate major differences between the influence of second phase particles and deformation by slip and twinning.

Résumé

On a utilisé l'émission acoustique pour détecter le début du mâclage dans des polycristaux de fer contenant une seconde phase sous la forme de particules dispersées. On propose une nouvelle explication de la relation entre la contrainte de mâclage et la taille de grain, explication fondée sur la relation entre la taille de grain et l'intensité du mâclage. La contrainte initiale de mâclage et la contrainte à 0.2 % d'allongement ont, avec la taille de grain, des relations similaires. Cependant, pour des tailles de grain élevées, le taux de formation des mâcles est plus élevé et ceci conduit à des valeurs anormalement élevée pour la relation entre la taille de grain et la contrainte macroscopique de màclage.

Il semble que l'apparition du mâdage est due à l'existence de grandes concentrations de contraintes locales et que la contrainte de mâclage est indépendante de la dispersion des particules d'une seconde phase quoique la densité des mâcles peut être différente dans des matériaux à une phase ou deux phases et que les grandes particules d'une seconde phase peuvent causer la fragmentation des mâcles. Les résultats indiquent qu'il existe des différences majeures entre l'influence de particules d'une seconde phase et la déformation par mâclage et glissement.     

Thermal decomposition of pyrite in fluidized beds

Abstract

The thermal decomposition of pyrite concentrate into sulphur arid synthetic pyrrhotite was investigated in bench and semi-pilot scale fluidized bed reactors fired with methane or fuel oil. The pyrite was decomposed in a bed of coarse sand and the product pyrrhotite was carried over with the fluidizing gases and separated in hot cyclones. The effects of fuel/air ratio, reactor temperature, superficial gas velocity, particle size and feed rate on the elimination of labile sulphur were studied. Conversion was enhanced by slightly reducing atmospheres, low feed rates, high gas velocities and reaction temperature (in the range 740° to 830°C). Elutriation rates of pyrrhotite particles from the fluidized bed were measured and mean residence times determined as a function of particle size and superficial gas velocity. Conversion rates are considered with regard to possible rate-controlling steps in the thermal decomposition of pyrite.

Résumé

La décomposition thermique de concentré de pyrite en soufre et en pyrrhotite synthétique a été étudiée en laboratoire et à une échelle semi-pilote dans des réacteurs à lit fluidisé chauffés avec du méthane ou de l'huile combustible. On a décomposé la pyrite sur un lit de sable grossier et la pyrrhotite produite a été entraînée avec le gaz fluidisant et séparée dans des cyclones chauds. Les effets du rapport combustible/air, de la température du réacteur, de la vitesse superficielle du gaz, de la taille des particules et de la vitesse d'alimentation sur l'élimination du soufre labile ont été étudiés. On a amélioré la transformation avec des atmosphàres légàrement réductrices, des vitesses d'alimentation lentes, de grandes vitesses pour le gaz fluidisant et une élévation de la température (dans le domaine 740 à 830°C). La vitesse d'élution des particules de pyrrhotite dans le lit fluidisé à été mesurée et on a déterminé des temps moyens de résidence en fonction de la taille des particules et de la vitesse superficielle du gaz. On a aussi étudié les changements de vitesses afin de déterminer les étapes pouvant contrôler la vi tesse de décomposition thermique de la pyrite.     

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.     

Characterisation of Al–B4C composite microstructures and their effect on fluidity

Abstract

Microstructural variables such as particle volume fraction, distribution and agglomeration significantly affect the properties of Al–B₄C metal matrix composites. The aim of the investigation was to study the quantitative characterisation of the microstructural variables and their effects on the fluidity of the composites. The results showed that the particle volume fraction, homogeneity of particle distribution, and volume fraction of agglomerates could be quantitatively analysed by the imaging analysis technique. It was found that the amounts of the particle clusters and networks, as well as the effective volume fraction of total particles augmented with the increase in the holding time. In addition, the longer holding time was, the less homogeneous the particle distribution became. Moreover, the particle agglomerates have a tendency to migrate to the flow end which results in an accelerated stopping of the flow. The increase in the effective particle volume fraction corresponded well with the fluidity deterioration of the composites during the melt holding.

Les paramètres microstructuraux, tels que la fraction volumique, la distribution et l’agglomération des particules affectent de manière significative les propriétés du composite à matrice métallique Al–B₄C. Ce travail porte sur la caractérisation quantitative des propriétés microstructurales ainsi que leurs effets sur la fluidité des matériaux composites. La fraction volumique des particules, l’homogénéité de leur distribution et la fraction volumique des agrégats ont été analysées quantitativement à l’aide de la technique d’analyse d’images. Les résultats montrent une augmentation de la quantité d’agrégats et de la fraction volumique effective des particules avec l’augmentation du temps de maintien. De plus, plus le temps de maintien est long, moins grande est l’homogénéité de la distribution des particules. Par ailleurs, les agglomérats ont tendance à migrer vers l’aval de l’écoulement, ce qui accélère l’arrêt de l’écoulement. L’augmentation de la fraction volumique effective des particules correspond parfaitement à la dégradation de la fluidité des matériaux composites.     

Numerical Simulation of the Outokumpu Flash Smelting Furnace Reaction Shaft

Abstract

A mathematical model for simulating oxidation reactions of chalcopyrite particles together with momentum, heat and mass transfer between particle and gas phase in a flash smelting furnace reaction shaft is presented. In simulation, the equations governing the gas flow are solved numerically with a commercial fluid flow package, Phoenics. The particle phase is introduced into the gas flow by a Particle Source In Cell (PSIC)-technique. The chemical reactions of concentrate particles are assumed to happen at two sharp interfaces, and the shrinking core model is applied to describe the mass transfer of chemical species through the reaction product layer. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Résumé

On présenté un modèle mathématique de simulation des réactions d'oxydation de particules de chalcopyrite ainsi que du transfert de mouvement, de chaleur et de masse entre particule etphase gazeuse, dans une cuve de réaction d'un four de fusion a gaz chauds. Lors de la simulation, on resout numériquement les équations qui gouvernent l'écoulement de fluide. La phase-particule est introduite dans l'écoulement de gaz par une technique de “Source de particule dans la cellule” (Particle Source In Cell-PSIC). On assume que les réactions chimiques de particules de concentre se produisent à deux interfaces bien definies et on applique le modèle de noyau retrecissant pour decrire le transfert de masse des éspeces chimiques par l'intermediaire de la couche de produit de réaction. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.     

Effect of pulp rheology on flotation of nickel sulphide ore with fibrous gangue particles

Abstract

Tests are carried out with suspensions of fibrous chrysotile particles and nickel sulphide ore containing chrysotile as a gangue. They corroborate published results, and indicate a very strong effect of particle shape on slurry rheology. Such suspensions exhibit time dependent properties. The flotation tests revealed that the viscosity of this system strongly affects flotation performance. At a solids concentration of 15–20% (w/w), the concentrate yield increases and the concentrate grade dramatically declines. This deterioration is observed when the Casson yield stress exceeds 1·5–2 Pa. The tests imply that the rheological properties of the investigated system are mainly determined by fibrous components. However, because of the presence of anisotropic mineral particles, the effect of particle–particle interactions cannot be separated from the effect of particle shape in this system.

On effectue des essais avec des suspensions de particules fibreuses de serpentine et de minerai de sulfure de nickel contenant de la serpentine comme gangue. Ces essais confirment les résultats publiés et indiquent un effet très prononcé de la forme des particules sur la rhéologie de la boue. De telles suspensions exhibent des propriétés dépendantes du temps. Les essais de flottation ont révélé que la viscosité de ce système affecte grandement le rendement de la flottation. À une concentration en solides de 15 à 20% (poids/poids), la production de concentré augmente et la qualité du concentré décline dramatiquement. Cette détérioration est observée lorsque la contrainte de Casson excède 1·5 à 2 Pa. Les essais impliquent que les propriétés rhéologiques du système étudié sont déterminées principalement par les composantes fibreuses. Cependant, à cause de la présence de particules minérales anisotropes, on ne peut pas séparer l’effet des interactions particule-particule de l’effet de la forme des particules dans ce système.     

A theory of size reduction involving fracture mechanics

Abstract

A theoretical study was made to derive an energy equation for 'the size reduction process. The stress and deformation experienced by an irregularly shaped rock particle, which is subjected to the action of a pair of concentrated loads directed in compression towards the loading point at the shortest distance, were analyzed by the theory of elasticity. Then, based on the experimental fact that fracture is possible only when the tensile stress excéeds the tensile strength of rock, the strain energy required for size reduction was found to be proportional to the third power of particle size and the square of tensile strength, as well as inversely proportional to Young's modulus.

Since the tensile strength of a rock particle is a function of particle size, Weibull's concept applied to the size reduction problem, requires that the energy for size reduction is now proportional to the 3[1-(2/β)]th order of the particle size, β being the coefficient of uniformity of the rock.

The energy equation derived in this study is the same as Kick's theory when β=∞ Bond's theory when β= 12 and Rittinger's theory when β= 6. This theory may permit an accurate energy calculation for a selected size reduction operation from laboratory test information on rock specimen, such as tensile tests yielding Young's modulus and fracture stress.

Résumé

Une étude théorique a été entreprise pour obtenir une expression énergétique dans le procédé de réduction des dimensions de particules. Les contraintes et les déformations engendrées sur une particule rocheuse de forme irrégulière et sujette à des charges concentrées, en compression et dirigées vers le point de mise en charge à la plus courte distance, ont été analysées par la théorie de l' élasticite. En se basant sur le fait, vérifié expérimentalement, que la rupture n'est possible que si la contrainte de tension dépasse la charge de traction de la roche. l' énergie de deformation requise pour réduire les dimensions est alors proportionnelle au cube de la taille de la particule et au carré de la résistance a la traction et inversement proportionnelle au module d'Young.

Comme la résistance à la traction d 'une particule de roche est fonction de sa taille, le concept de Weibull appliqué à ce problème, implique que l' énergie pour la réduction est proportionnelle à la puissance 3 (1? 2/β de la taille de la particule (β est un coefficient d'uniformité de la roche).

L'équation d' énergie obtenue par cette étude est semblable à la théorie de Kick quand β=∞, à la theorie de Bond quand β= 12 et à celle de Rittinger quand β = 6. Cette theorie peut permettre une évaluation précise de l'energie pour une opération de réduction de taille déterminée à partir de données obtenues au laboratoire sur des échantillons de roches, comme un essaie de traction, le module d'Young et la contrainte de rupture.     

Effect of impurity additions on the remanence and coercivity of reduced hematite ores

Abstract

Synthetic ores of pure ferric oxide, and ferric oxide with additions of CaO, SiO₂, MnO₂ and TiO₂ were made up by sintering the mixtures at 1100°C. Subsequent crushing, grinding and screening yielded ores with particle between 149 and 208 microns. The ores were reduced to mainetite between 500°C and 1000°C in a CO-CO₂ atmosphere.

The coercive force and remanence of the reduced ores were determined using a 60 cps hysteresis loop tracer. The addition of CaO decreased the coercive force and remanence of the reduced ore as compared to pure magnetite, whereas the effects of the other additions were not significant. Explanations for the findings are offered.

Résumé

Des minerais synthétiques d'oxide ferrique pur et d'oxyde ferrique additionné de CaO, SiO₂, MnO₂ et TiO₂ ont été élaboré par frittage à 1100°C. Après broyage et tamisage, la tail1e des particules de minerai s' échelonnait de 149 à 208 microns. Ces minerais étaient ensuit réduits en magnétite à des températures variant de 500 à 1000°C en atmosphére de CO-CO₂.

La force coercitive et la rémanence des minerais ainsi réduits, on été mesurees it 60 htz sur une boucle d'hystérésis. On a trouvé qu'une addition de CaO fait diminuer la force coercitive et la rémanence des minerais réduits par rapport à la magnétite pure, tan dis que les effets des autres additions sont sans signification. Une interprétation des résultats est donnee.     

Kinetics of sulphur segregation at grain boundaries and the mechanical properties of nickel

Abstract

The prior Petch study by the authors of segregated Ni-S alloys containing <1-50 ppm S is extended here to examination of the kinetics of grain boundary hardening and of the effects of thermal history in these same alloys. It is demonstrated that the kinetics of segregation as inferred from boundary hardening are quite complex and much too rapid to be accoun ted for by normal volume diffusion. However, segregation kinetics become sufficiently slow below room temperature that quenching to, and testing at, cryogenic temperatures permit comparison of the tensile properties of bulk specimens of the nickel alloys in the condition with sulphur dispersed and that with sulphur segregated near the grain boundaries. Even the purest nickel tested (<1 ppm S) exhibits a significant increase in reduction-in-area and an increase in the .2% flow stress in the dispersed state relative to the segregated state. The present results are shown to be most fully consistent with a vacancy assisted, non-equilibrium segregation model rather than one of precipitation or equilibrium segregation.

Résumé

Pour faire suite à leur précédente étude de la relation de Petch dans les alliages Ni-S contenant 0–50 ppm, les auteurs ont étudié la cinétique de durcissement des joints de grains et les effets de l'histoire thermique dans ces meme alliages. La cinétique de ségrégation telle que déduite du durcissement du joint est quelque peu complexe et beaucoup trop rapide pour être interprétée en termes de diffusion volumique normale. Cependant, au-dessous de la température ambiante, la cinétique de ségrégation devient suffisamrtlent lente pour que, par trempe et essais à des tempéraptures cryogéniques, une comparaison puisse être établie entre les propriétés en traction D'échantillons d'alliages de nickel soit con tenant du soufre sous forme dispersée soit contenant du soufre ségrégé prés des join ts de grains. Même le nickel le plus pur (S < 1 ppm) révèle une augmentation significative de la réduction de section et une augmentation de la limite d'élasticité à 0.2% quand le soufre est à l'etat disperse plutot qu'a l'état ségrégé. Ces résultats se révèlent beaucoup plus compatibles avec un modèle de ségrégation de non-équilibre assistée par les lacunes plutôt qu'avec un modèle de ségrégation d'équilibre ou un modèle de précipitation.     

Factors Affecting the Coercivity and Remanence of Artificial Magnetite

Abstract

Sintered chemically pure ferric oxide particles were reduced by a mixture of carbon monoxide and carbon dioxide in a rotary drum furnace. The product was then concentrated in a Davis tube and from the hysteresis loop of the minus 65 plus 100 mesh particles of the magnetics, the volume average remanence and coercivity were obtained.

It was found that the residual magnetism and coercive force of the particles were inversely proportional to the reduction temperature. Reduction time had no significant effect on either coercive force or residual magnetism.

Résumé

Des particules d'oxyde ferrique aggloméré, chimiquement pur, ont été réduites par un mélange de monoxyde de carbone et bioxyde de carbone dans un four à tambour rotatif. Le produit fut ensuite concentré dans un tube Davis, et la rémanence moyenne par volume ainsi que la coercivité furent obtenues du cycle d'hystérésis des particules entre 65 et 100 mailles de la fraction magnétique.

On trouva que la magnétisme residuel et la force coercive des particules étaient inversement proportionnels à la température de réduction. La durée de la réduction n'avait guère d'effet sur la force coercive ou Ie magnétisme résiduel.     

Primary recrystallization during the creep of alumina

Abstract

Polycrystalline alumina prepared by cold isostatic compaction and sintering has been deformed in compression in the temperature range 1600 – 1700°C and at a stress of 3000 p.s.i. The strain-time curves indicated that under these conditions recrystallization may be initiated at strains as low as 1/4-1/2%. Metallographic examination of the deformed specimens revealed directly the initial stages of recrystallization. Preferential nucleation occurred at, or near, grain boundaries and the tips of microcracks. A mechanism involving the polygonization of dislocations in highly deformed regions of the crystals is proposed as a likely nucleation process.

Résumé

De l'alumine polycristalline préparée par compaction isostatique à froid et frittage a été déformée en compression sous une contrainte de 3000 psi dans un intervalle de température de 1600° à 1700°c. Les courbes déformation-temps indiquent que dans ces conditions la recristallisation peut débuter à des déformations aussi faibles que 1/4-1/2 %. Un examen métallographiq ue des échantillons déformés révèle directement les premiers stades de la recristallisation. Une germination préférentielle se produit aux (ou près des) joints de grains ainsi qu'à la pointe des microfissures. Comme interprétation possible de cette germination, les auteurs proposent un mécanisme faisant appel à la polygonisation des dislocations dans les régions des grains fortement déformées.     

Effect of thermal cycling on the stress orientation and circumferential ductility in Zircaloy-2

Abstract

The radial orientation of hydride in Zircaloy tubing reportedly causes a marked decrease in the circumferential ductility. Zircaloy cladding tubes used in power reactors today are fabricated under conditions controlled so that hydrides in the tube are circumferentially oriented. Applied stress during the precipitation of hydride under cooling affects the orientation in experiments on stress reorientation but the effect of stress has been investigated during only one thermal cycle. In reactor, however, cladding encounters repeated thermal cycles between operating temperature and room temperature. The effects of thermal and stress cycles on the orientation of hydride, simulating reactor operation, were investigated.

After 30 thermal cycles without an applied stress, the hydride orientation did not change, but the length of the hydride platelet depended on the cooling rate. A cooling rate of 80°C/h caused a decrease in hydride size with repeated cycles. The effect of stress was not significant up to 10 kg/mm². Hydride size decreased with increasing number of cycles with an applied stress of 20 kg/mm2 and radially oriented hydrides increased.

The circumferential ductility of Zircaloy-2 tubing subjected to the thermal cycling was measured by flare and flattening tests. Generally, ductility at room temperature was low and increased with increasing temperature. At a high hydrogen concentration of 1000 ppm, ductility at room temperature was zero, whereas at 300°C, the ductility was similar to that of the lowest hydrogen specimen. At a stress of 20 kg/mm², one and five thermal cycles caused a decrease in ductility.

Résumé

L'orientation radiale des hydrures dans les tubes de Zircaloy est la cause d'une diminution marquée de la ductilité circonférentielle. Les tubes de gainage en Zircaloy utilisés dans les réacteurs sont fabriqués dans des conditions telles que les hydrures sont orientes circonférentiellement. L'application d'une contrainte lors de la précipitation des hydrures pendant le refroidissement affecte leur orientation; l'effet d'une telle contrainte n'a cependant été étudié que pendant un cycle thermique. Dans les réacteurs les gaines subissent des cycles thermiques répétes entre l'ambiante et la température de fonctionnement. Les auteurs ont étudié les effets des cycles thermiques et de contrainte sur l'orientation des hydrures en simulant le fonctionnement d'un réacteur.

Après 30 cycles thermiques, sous contrainte nulle, l'orientation des hydrures restait constante mais leur longueur variait avec le taux de refroidissement. Un taux de refroidissement de 80°C/h faisait diminuer la taille des hydrures apres des cycles répétés. Jusqu'à 10 kg/mm² l'effet de la contrainte est négligeable. La taille des hydrures diminue avec un nombre de cycles croissant et une contrainte de 20 kg/mm² et le nombre d'hydrures d'orientation radiale augmente.

La ductilité circonférentielle des tubes de Zircaloy-2 ayant subi des cycles thermiques a éteé mesurée par des essais d'éclatement et d'aplatissement.

D'une façon générale, la ductilité à température ambiante est faible et augmente avec la température. A une teneur élevée en hydrogéne (1000 ppm) la ductilité est nulle à l'ambiante et à 300°C elle est semblable à celie des éprouvettes ayant les plus faibles teneurs en hydrogene. A une contrainte de 20 kg/mm², un et cinq cycles thermiques faisaient diminuer la ductilité.     

Heat Transfer Modelling of the Melting of Solid Particles in an Agitated Molten Metal Bath

Abstract

The melting of solid particles in stagnant melt such as the melting of iron pellets in an electric arc-furnace has been the subject of many investigations. However, little work can be found in the literature about the modelling of heat transfer during the melting of solid particles in an agitated molten metal bath. The present work deals with the development of a heat transfer model for the melting of the solid pellets in a stirred melt, as melting in induction furnaces or gas-stirred vessels. First, the flow pattern in the liquid bath was obtained using a two-equation k–ε turbulent flow model which was further employed to obtain the particle's trajectory and its slip velocity. The heat transfer coefficient between the melt and particle was then calculated and used in the model to identify the rate of heat transfer to the particle. Parametric studies were carried out to evaluate the effects of such parameters as physical properties of particle and those of the melt on the melting rate of particle. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Résumé

La fonte de particules solides dans un liquide stagnant, telle que la fonte de boulettes de fer dans un four à arc électrique, a été le sujet de plusieurs investigations. Cependant, on trouve peu d'information dans la litterature sur la modélisation du transfert de chaleur lars de la fonte de particules solides dans un bain agite de métal fondu. Le present travail a pour objet le développement d'un modèle de transfert de chaleur de la fonte de boulettes solides dans un liquide agité, telle que la fonte dans les fours a induction ou les réacteurs à agitation gazeuse. Premièrement, on a obtenu le patron d'écoulement dans le bain liquide en utilisant un modèle d'écoulement turbulent à deux equations, k–ε, également utilisé pour obtenir la trajectoire de la particule et sa vélocité de glissement. On a ensuite calculé le coefficient de transfert de chaleur entre le liquide et la particule et on l'a utilisé dans le modéle pour identifier le taux de transfert de chaleur vers la particule. On a mene des etudes paramétriques afin d'evaluer l'effet de parametres tels que les proprietes physiques de la particule et celles du liquide sur le taux de fonte de la particule. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.     

Particle Discrimination in Water Based Limca (Liquid Metal Cleanliness Analyzer) System

Abstract

A mathematical model has been developed to predict the motion of particles in a water based version of the LiMCA system — APS II (Aqueous Particle Sensor) system. The fluid field entering the electric sensing zone (ESZ) was obtained by solving the Navier-Stokes equations and the trajectories of particles by equations for the motion of particles. The results showed that the motions of the particles inside the parabolic shaped orifice are affected by particle density and size. Entrained micro-bubbles lead the fluid flow, travelling faster than latex micro-spheres, which are slightly denser than the fluid and lag only slightly behind the flow. Silica particles, which are much denser than the fluid, lag significantly behind the flow, accelerating more slowly than latex micro-spheres and much more slowly than bubbles. The relative velocities between the entrained particles and the inflowing water decrease with decreasing particle size. The experimental results showed that 1) larger particles have longer transit times than do smaller ones, 2) bubbles have shorter transit times than do latex spheres and much shorter than do silica particles of the same size and 3) differences in transit times are more pronounced for larger particles in keeping with theoretical predictions. The results prove that inclusion discrimination on the basis of density difference is realizable in water based LiMCA systems.

On a développé un modèle mathématique pour prédire le mouvement des particules dans une version à base d’eau du système “LiMCA” (analyseur de la ‘propreté’ du métal liquide)—système APS II (détecteur aqueux pour particules). On a obtenu le champ fluide entrant la zone de détection électrique (ESZ) en résolvant les équations de Navier-Stokes; on a obtenu la trajectoire des particules par les équations du mouvement des particules. Les résultats montrent que le mouvement des particules à l’intérieur de l’orifice parabolique est affecté par la densité et la taille des particules. Les micro-bulles entraînées conduisent l’écoulement de fluide, voyageant plus vite que les microsphères de latex, qui sont légèrement plus denses que le fluide et ne sont que très légèrement en retard derrière l’écoulement. Les particules de silica, qui sont beaucoup plus denses que le fluide, sont significativement en retard derrière l’écoulement, accélérant plus lentement que les micro-sphères de latex et beaucoup plus lentement que les bulles. La vélocité relative entre les particules entraînées et l’eau d’entrée diminue avec une diminution de la taille des particules. Les résultats expérimentaux montrent que 1) les plus grosses particules ont une durée de passage plus longue que les petites particules, 2) les bulles ont une durée de passage plus courte que les sphères de latex et beaucoup plus courte que les particules de silica de la même taille. 3) Les différences de durée de passage sont plus prononcées pour les plus grosses particules, en accord avec la théorie. Les résultats prouvent que la discrimination d’inclusion sur la base de la différence de densité est réalisable avec un système “LiMCA” à base d’eau.     

Chlorination of a Scheelite-Wolframite Concentrate with Chlorine and Sulphur Dioxide

Abstract

The chlorination of a scheelite-wolframite concentrate with chlorine and sulphur dioxide was studied in order to determine the operative conditions that favor the tungsten extraction. Tests were made in a vertical reactor with a static bed and upward flow of reactive gases. Effects of the flow rates of chlorine and of sulphur dioxide, the reaction time and the reaction temperature on the tungsten extraction were analyzed. The evolution of the tungsten extraction determined in our tests was briefly explained from the volatile and non-volatile reaction products formed in each case. The main reaction products identified were WO₂Cl₂, FeCl₂, FeCl₃, CaSO₄ and CaCl₂. The mechanism and apparent activation energy of the reaction were analyzed from data obtained under non-isothermal conditions. The kinetic analysis shows that the presence of non-volatile reaction products affects the chlorination. Effects of the impurity reactivity, the ratio of tungsten-bearing minerals and the particle size of the concentrate on the chlorination were analyzed. Finally, the operative conditions that allowed a tungsten recovery near 90% were determined.

Résumé

On a étudié la chloration au chlore et au bioxyde de soufre d'un concentré de scheelite-wolframite, afin de déterminer les conditions d'opération qui favorisent l'extraction du tungstàne. On a exécuté des tests dans un réacteur vertical à lit statique, á l'ecoulement vers le haut des gaz réactifs. On a analysé l'effet, sur l'extraction du tungstène, des taux d'écoulement du chlore et du bioxyde de soufre, de la durée de réaction et de la température de réaction. On a expliqué brièvement l'évolution de l'extraction du tungstène, déterminée dans nos tests, à partir des produits de réaction volatiles et non volatiles formés dans chaque cas. Les principaux produits de' réaction identifies étaient le WO₂Cl₂, le FeCl₂, le FeCl₃, le CaSO₄ et le CaCl₂. On a analysé le mécanisme et l'énergie d'activation apparente de la réaction á partir de données obtenues so us conditions non isothermes. L'analyse cinétique montre que la préesence de produits de réaction non volatiles affecte la chloration. On a analysé les effets, sur la chloration, de la réactivité des impuretes, de la proportion des mineraux porteurs de tungstene et de la taille de particule du concentre. Finalement, on a déterminé les conditions d'opération qui permettent la récupération de pràs de 90% du tungstène.     

Development of high strength zirconium alloys

Abstract

Assessment of the effects of various alloying elements and strengthening methods in zirconium alloys has indicated that alloys with adequate strengtl1 for use as pressure tube material at temperatures above 400°C can be developed. Ternary, quaternary and quinary alloys based on zirconium have been prepared and subjected to various thermal and deformation treatments. Their age-hardening behaviour and tensile properties are described and some information on their corrosion resistance and response to fast neutron irradiation at 300° and 450°C is presented. The target of UTS in the range 90–120 kpsi at 450°C can be achieved in alloys having an acceptable thermal neutron capture cross section. Adequate strength combined with the ductility necessary for pressure tube fabrication can be obtained by air cooling selected alloys from temperatures high in the (α + β) range.

Résumé

L'evaluation des effets de divers éléments d'alliage et des méthodes dc durcissement permet de croire que des alliagcs ayant une résistance adéquate peuvent être développés pour des tubes de force utilisés à des températures supérieures à 400°C. Des alliages ternaires, quaternaires et quénaires à base de zirconium ont été préparés et soumis à divers cycles thermiques et cycles de déformation. L'étude a porté sur leur vieillissement et leurs propriétés en traction; quelques observations sur leur tenue en corrosion et en irradiation par des neutrons rapides à 300° et 450°C sont présentées. Il est possible d'atteindre des résistances à la traction de 90 à 120 kpsi a 450°C pour des alliages ayant une faible section de capture des neutrons. Une résistance suffisante jointe à la ductilité nécessaire pour la fabrication des tubes peut être obtenue par refroidissement à l'air de certains alliages à partir d'une température élevée dans le domaine α + β.     

Wear Characteristics of a Zinc-Based Alloy Compared With a Conventional Bearing Bronze Under Mixed Lubrication Conditions: Effects of Material and Test Parameters

Abstract

This study discusses the sliding wear response of a zinc-based alloy (conforming to ZA 27) in mixed lubrication conditions at different sliding pressures and speeds. A conventional bearing bronze (conforming to SAE 660) was also tested under identical test conditions for comparison purposes.

Wear rate increased with speed and pressure. Further, the zinc-based alloy attained superior wear response (less wear rate and frictional heating) than the bronze at all test speeds except prior to seizure (occurring at 7.0 MPa) at the speed of 4.60 m/s. The trend reversed in the latter case. Wear rate of the specimens also agreed with the degree of frictional heating experienced by them. A higher wear rate corresponded to larger frictional heating and vice versa. Wear behaviour of the samples improved considerably in the present study due to the presence of the oil lubricant as compared to the study in dry conditions.

Wear behaviour of the samples has been discussed in terms of the nature and response of their various microconstituents and the effects produced by varying test speeds and pressures under mixed lubrication conditions. Features of wear surfaces, subsurface regions and debris particles generated during the testing of the specimens further substantiated the observed wear behaviour of the samples and were helpful in understanding the operating wear mechanisms.

Cette étude discute de la réponse à l'usure par glissement d'un alliage à base de zinc (seconformant à ZA 27) sous condition de lubrification mixte à différentes pressions et vitesses de glissement. On a aussi évalué un bronze conventionnel pour palier (se conformant à SAE 660) sous des conditions identiques pour fin de comparaison.

Le taux d'usure augmentait avec la vitesse et la pression. De plus, l'alliage à base de zinc démontrait une réponse supérieure à l'usure (i.e. un plus bas taux d'usure et moins de chaleur de friction) en comparaison avec le bronze, à toutes les vitesses d'évaluation sauf juste avant qu'il ne grippe (ce qui se produit à 7.0 MPa), à la vitesse de 4.60 m/s; la tendance s'inversait dans ce dernier cas. Le taux d'usure des spécimens était aussi en accord avec leur degré d'échauffement par friction, i.e. un plus haut taux d'usure correspondait à un échauffement plus important par friction et vice-versa. Le comportement d'usure des échantillons s'est amélioré considérablement dans la présente étude à cause de la présence de l'huile lubrifiante en comparaison avec l'étude en condition sèche.

On a discuté du comportement d'usure des échantillons en termes de la nature et de la réponse de leurs divers micro constituants ainsi que des effets produits en variant la vitesse et la pression d'évaluation sous condition de lubrification mixte. Les caractéristiques des surfaces d'usures, des régions sous la surface ainsi que des débris de particules générés lors de l'évaluation des spécimens ont davantage établi le comportement observé d'usure des échantillons et étaient utiles pour comprendre les mécanismes d'usure en opération.