Fine particle strengthening in Cu-0.35 wt% Cr

Abstract

The flow stress of polycrystalline, Cu-0.35wt% Cr, containing precipitate less than 130Å in diameter, has been investigated.

The flow stress can be described in terms of a grain size effect, given by a Petch type relationship, in addition to strengthening effects resulting from dislocation particle interactions. The precise mechanism by which dislocation particle strengthening occurs has not been determined unambiguously, but the present results and their agreement with published data suggest that the dislocation particle contribution to flow stress is controlled by coherency effects.

Résumé.

Les auteurs ont étudié la contrainte d'écoulement d'échantillons poly cristallins de Cu-0.35% Cr contenant des précipités ayant un diamétre inférieur à 130Å.

La contrainte d'écoulement peut etre expliquée en termes d'un effet de taille de grains selon une relation du type Petch, auquel s'ajoutent des effets de durcissement résultant des interactions dislocations?particules. Le mécanisme exact par lequel le durcissement dislocations?particules a lieu n'est pas identifie sans ambiguïté, rnais les résultats actuels et l'accord avec les donnees publiees indiquent que des effets de coherence controlent la contribution à la contrainte d'écoulement venant des interactions dislocations?particules.     

The hardness view of the tempering mechanism of an aluminum bronze martensite

Abstract

The monotonic tensile and fatigue properties of 7075-T6 aluminum alloy were investigated with respect to grain size. A range of grain sizes was obtained by subjecting the fully annealed material to varying degrees of cold deformation prior to recrystallization and subsequent heat treatment. Monotonic tensile properties of 7075-T6 aluminum alloy were not affected by grain size variation. The fatigue properties were also unaffected by grain size. Debonding of the large incoherent second-phase particles (1 μm to 20 μm max) and groups of these particles (～ 25 μm to ～ 60 μm) initiated fatigue cracks of the same size when sheet specimens were subjected to pulsating tensile loads of relatively low amplitude resulting in lives of 10⁴ to 10⁷ cycles. It is shown that within this life range, the cyclic properties are strongly influenced by debonding occurring within the largest groups of particles lying close to the surface of the specilnen. Such cracks grow faster than others which result from debonding and eventually cause failure.

Résumé

Les auteurs ont étudié les propriétés de l'alliag d'aluminium 7075-T6 en traction et en fatigue en fonction de la taille de grains. Les différentes tailles du grain ont été obtenues à partir de l'alliage complétement recuit par différents taux d' écrouissage suivis d'une recristallisation et de traitements thermiques. Ni les propriétés en traction, ni les propriétés en fatigue de l'alliage 7075-T6 ne varient avec la taille des grains. La décohésion à l'interface de la matrice d'une seconde phase incohérente (particules dont les dimensions varient de 1 à 20μ) et d'amas de ces particules (de 25 à 60μ environ) était à l'origine des fissures de fatigue d'une taille analogue; les échantillons plats étaient alors sujets à des tractions cycliques de faible amplitude, donnant une endurance de 10⁴ à 10⁷ cycles. Dans ce domaine d'endurance, les propriétés en fatigue sont fortement influencées par la décohésion des plus gros amas de particules prés de la surface. De telles fissures se propagent plus rapidement et produisent éventuellement la rupture finale.     

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.     

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.     

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.     

A Perspective of Research and Development in North American Steelmaking

Abstract

A thermomechanical processing technique is used to improve austenitic Hadfield Mn-steel wear properties. ASTM A128 grade C steel billets were sized and multi-pass hot rolled. Rolling has been successfully carried out up to an 80% reduction in thickness on four passes in the temperature range 1200 to 800 °C. The inter-pass time ranged between 9 to 13 seconds. The steel was then solution treated at 900, 1000 and 1100°C for 30 min. at temperature. Austenite grain size was measured and the carbide volume fraction was evaluated. The austenitic grains of the as-cast structure are surrounded by a network of carbides. The carbides have a lamellar structure and are richer in Cr and Mn than the austenitic grains. Austenitizing at 1100 °C was the optimum to dissolve the network of carbides. However, solution treatment at the higher temperature coarsens the austenite grains while decreasing the carbide volume fraction. By contrast, hot rolling creates finer grains and signficantly reduces the carbide content. Furthermore, hot rolling followed by solution treatment further decreases the carbide content and distributes them homogeneously. This process has a positive effect on both the mechanical and wear properties. High reductions by hot rolling of the Hadfield steel creates both deformation bands and a twinned structure. These twinning boundaries are considered as slip obstacles to provide strengthening. A thick sheet martensitic structure is created accompanying twinning. Moreover, solution treatment of the hot deformed steel leads to the formation of a thin martensitic structure.

On utilise une technique de traitement thermomécanique pour améliorer les propriétés d'usure de l'acier austénitique au manganèse. On a coupé et laminé à chaud par passes multiples des billettes d'acier ASTM A 128, de grade C. On a effectué le laminage, avec succès, jusqu'à une réduction de 80% de l'épaisseur, avec quatre passes dans la gamme de température de 1200 à 800 °C. La durée entre les passes était de 9 à 13 secondes. On a ensuite effectué un traitement de mise en solution à 900, 1000 et 1100°C, pendant 30 minutes à la température donnée. On a mesuré la taille de grain de l'austénite et l'on a évalué la fraction volumique du carbure. Les grains d'austénite de la structure brute de coulée sont entourés d'un réseau de carbures. Les carbures ont une structure lamellaire et sont plus riches en Cr et en Mn que les grains d'austénite. La température optimale d'austénitisation pour la dissolution du réseau de carbures était de 1100 °C. Cependant, le traitement de mise en solution à cette température plus élevée produit un grossissement des grains d'austénite tout en diminuant la fraction volumique de carbure. En contraste, le laminage à chaud crée des grains plus fins et réduit significativement le contenu en carbure. En outre, le laminage à chaud suivi par le traitement de mise en solution diminue encore plus le contenu de carbures et distribue ceux-ci de façon homogène. Ce traitement a un effet positif tant sur les propriétés mécaniques que sur les propriétés d'usure. Des réductions élevées par laminage à chaud de l'acier austénitique au manganèse créent des bandes de déformations ainsi qu'une structure maclée. Ces joints de grains de macle sont considérés comme des obstacles au glissement, fournissant ainsi un renforcement. Une feuille épaisse à structure martensitique, accompagnant le maclage, est ainsi créée. De plus, le traitement de mise en solution de l'acier chaud déformé mène à la formation d'une structure martensitique mince.     

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.     

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.     

Strength,damage and failure of iron-carbon alloys subiected to cyclic plasticity

Abstract

The cyclic deformation behaviour, fracture mechanisms and damage accumulation in pure iron and mild steel have been studied in strain control at various temperatures and deformation rates. Explanations are offered for the effects of prior cold working, cyclic deformation rate and temperature, including combinations of these parameters, on the cyclic stress response, dislocation substructure, surface damage and fatigue fracture.

It has been found that steady state cyclic deformation may be achieved by a critical amount of prior monotonic strain and the equivalence of monotonic and cyclic hardening processes is considered and supporting microstructural work is provided.

The influence of cyclic deformation rate on the material behaviour is considered. At room temperature the stress response increases with increasing deformation rate and it is shown that the effective stress component is lower than the equivalent value for monotonic deformation, however, the dislocation velocity exponent is independent of the deformation mode. The substructure is also considered. As the temperature is increased to 370°C changes in the internal stress component occur due to an increase in the rate of dislocation multiplication under dynamic strain aging conditions which enhance inhomogeneous deformation. At higher temperatures, the internal stress component decreases to accelerate thermal recovery.

Studies carried out on pure iron have shown that the fatigue life and the fracture mechanism are influenced by the homogeneity of plastic deformation. The dependence of fatigue life on the degree of dynamic strain aging is shown to be a single valued function of a dynamic strain aging probability element which is discussed. Under such conditions, restricted plasticity retards blunting of the propagating cracks, resulting in a high crack growth rate and a correspondingly decreased life.

On carrying out static strain aging at 125° and 250°C prior to strain cycling, it is observed that the stress response increases with the degree of aging, however, this does not influence the amount of cyclic softening which takes place. As opposed to the effect of dynamic strain aging, it is shown that the fatigue life increases with static strain aging.

Résumé

Les auteurs ont étudié le comportement en déformation cyclique, les mécanismes de rupture et l'accumulation des dommages dans du fer pur et de l'acier doux à différentes températures et taux de déformation. Les expériences ont été conduites en contrôlant la déformation. Ils proposent des explications pour l'influence de l'écrouissage préalable, du taux de déformation cyclique et de la température, ainsi que pour l'effet combiné de ces paramètres, sur la contrainte cyclique, la sous-structure des dislocations, les dégats de surface et la rupture lors de la fatigue.

Ils ont trouvé qu'un état stationnaire de déformation cyclique peut être atteint par une valeur critique de la déformation monotone antérieure. Ils ont étudié l'équivalence éntré les mécanismes de consolidation cyclique et monotone et ils apportent des preuves expérimentales par une analyse de la microstructure.

Ils ont aussi étudié l'influence du taux de déformation cyclique sur le comportement de ces matériaux. A la température ambiante, la contrainte cyclique augmente avec le taux de déformation. Ils montrent que la composante effective de la contrainte est plus basse en déformation cyclique que celle pour des déformations monotones. Cependant l'exposant de l'expression d.e la vitesse des dislocations en fonction de la contrainte est indépendant du mode de déformation. Ils ont aussi étudié la sous-structure. Lorsque la température augmente à 370°C, des changements dans la composante de la contrainte interne ont lieu. La cause en est une augmentation de la vitesse de multiplication des dislocations lorsqu'il y a vieillissement dynamique après écrouissage, ce qui favorise les déformations inhomogènes. A plus hautes températures, la composante de la contrainte interne diminue ce qui accélère la restauration.

Ils montrent que le temps de vie et les mécanismes de rupture dans le fer pur sont influencés par l'homogénéité de la déformation plastique. L'influence du degré de vieillissement dynamique après écrouissage sur le temps de vie en fatigue se caractérise par une fonction monotone de la probabilité de vieillissement dynamique après écrouissage, que les auteurs discutent. Dans de telles conditions, la plasticité roouite rétarde l'émoussement des fissures se propageant, ce qui entraïne une vitesse élevée de propagation ayant pour conséquence une diminution du temps de vie.

Des essais de vieillissement statique à 125° et 250°C avant la déformation cyclique entraïnent une augmentation de la contrainte cyclique qui dépend du degré de vieillissement; cependant, ce vieillissement n'influence pas l'amplitude de l'adoucissement cyclique. A l'opposé de l'effet du vieillissement dynamique après écrouissage, le temps de vie augmente avec Ie vieillissement statiq ue après écrouissage.     

The Effect of Oxide Grain Structure on the High-Temperature Oxidation of Fe,Ni and Cr

Abstract

Investigations have shown that the oxidation rate of metals and alloys is strongly influenced by the oxide grain size. This paper summarizes some of our data on the oxidation of Fe, Ni, Cr, and some alloys and relates the observed oxide grain structures to the oxidation kinetics and transport processes. Fine-grained polycrystalline oxide thickens most rapidly because the many oxide grain boundaries act as preferential paths for rapid diffusion. In contrast, monocrystalline oxide such as forms on some orientations of Ni and Cr thickens very slowly and shows the highest activation energy. Oxide grain size is found to depend on such factors as metal orientation, chemical pretreatment of the surface, cold work, and oxidation procedure.

Résumé

Plusieurs programmes de recherche ont montré que le taux d'oxydation des métaux et alliages dépend de la grosseur des grains des oxydes produits. Cet article présente certains des résultats obtenus en oxydant du Ni, du Cr et certains alliages; un rapport entre la structure des grains d'oxydes produits, d'une part, et d'autre part, la cinétique d'oxydation et les processus de transport présents, a été etabli. Les oxides polycristallins é grain serré facilitent l'oxydation, car leurs nombreux joints de grains offrent une route préférentielle à la diffusion rapide de l'oxygéne. Par contre, selon certaines orientations de Ni et de Cr, l'oxide monocristallin formé s'épaissit très lentement et présente les énergies d'activation les plus élevées. La grosseur des grains d'oxydes dépend de certains facteurs tels que l'orientation du metal oxyde, le prétraitement chimique de la surface, le travail à froid et la procédure d'oxydation.     

Recovery and recrystallization of carbon steel between intervals of hot working

Abstract

Interrupted compression tests were used to study the static softening of austenite at temperatures from 780 to 1040°C. Prior straining was carried out at strain rates in the range 10^?3 to 10^?1 s^?1 and interruption strains of up to 0.41 were applied to 0.06% C, 0.42% C and 0.68% C steels, as well as to a modified 0.07% C steel containing niobium.

The results indicate that a critical strain is required for the initiation of static, i.e., classical, recrystallization after prior hot deformation. For strains inferior to this critical amount, recrystallization does not occur at all, even after holding intervals of 10⁵ s or more, and softening takes place instead entirely by static recovery. Evidence is presented for the existence of a second critical strain, about twice as large as the first, which corresponds to a point just before the peak in the flow curve. This is the critical strain for the initiation of post-dynamic (metadynamic) recrystallization. The latter process, unlike the mechanism of classical recrystallization, does not involve an incubation period.

The effects of prior strain, strain rate and temperature on the rates of these three softening mechanisms are compared. Some attention is also given to the influence of alloying elements on softening rates in austenite.

Résumé

Des essais de compression à chaud avec interruptions ont été utilisés pour etudier la restauration statique de l'austénite entre 780 et 1040°C.

La déformation initiale a été effectuée à des vitesses variant de 10^?3 à 10^?1 s^?1 et les interruptions ont eu lieu jusqu'à des déformations de 0.41. Ces essais ont été réalisés pour des aciers à 0.06%C, 0.42%C et 0.68%C, ainsi qu'à un acier à 0.07%C modifié au niobium.

Les résultats indiquent qu'une déformation critique est nécessaire pour initier après déformation la recristallisation statique, c'est-à-dire classique.

Pour des valeurs de la déformation inférieure à cette valeur critique, la recristallisation ne se produit jamasi même après des temps de maintient de l0⁵s ou plus et l'adoucissement qui apparaît est entièrement dû à une restauration statique.

La preuve est faite de l'existence d'une second déformation critique, environ deux fois plus élevée que la premiere, et qui correspond à un point situé juste avant le sommet de la courbe effort-déformation. Cette seconde déformation est la déformation critique nécessaire à l'initiation de la recristallisation post-dynamique (métarecristallisation). Contrairement au mécanisme de la recristallisation classique, cette métarecristallisation ne nécessite pas une période d'incubation.

Les auteurs comparent les effets de la déformation initiale, de la vitesse de déformation et de la température sur ces trois mécanismes d'adoucissement. Ils portent une attention spéciale à l'influence des éléments d'alliage sur l'adoucissement de l'austénite.     

Effect of the Quenching Medium and the Solidification Microstructure on the θ′ Precipitation in Al–Al2Cu Eutectic Alloys

Abstract

The precipitation of θ′ particles in the α phase of Al–Al₂Cu eutectic alloys with different solidification microstructure and the effect of the quenching medium on the θ′ precipitation were studied with scanning electron microscopy techniques. The lattice parameter of the α phase was measured by X-ray diffraction techniques. The θ′ particles precipitate in the colony and as-cast structures with the same Widmanstätten structure as has been observed in dilute Al–Cu and Al– Al₂Cu lamellar eutectic alloys. Furthermore, the dependence of the density of these particles with the cooling medium and the α phase width indicates that only a fraction of the high temperature equilibrium Copper concentration is retained at room temperature. This can be explained by the precipitation of Cu-atoms onto the θ phase during the cooling time. The fraction retained increases with the quenching rate and/or the α phase width. The density of θ′ particles also depends on the solidifiation microstructure, being higher in the lamellar structure than in the as-cast one. This dependence is understood as caused by a lower precipitation rate of Cu atoms onto the θ phase in the lamellar structure than in the as-cast one, consistent with a larger degree of coherency of the lamellar interface.

Résumé

A l'aide des techniques de la microscopie électronique à balayage nous avons analysé la precipitation des particules θ′ dans la phase α d'alliages eutectiques Al–Al₂Cu possédant différentes microstructures de solidification ainsi que l'effet du milieu de trempe sur la précipitation de θ′. La paramètre de la maille de la phase α a été mesuré par des techniques de diffraction X. Les particules θ′ précipitent dans la colonie et dans les structures brutes de coulée avec la même structure de Widrnanstätten qui a été observée dans les alliages eutectiques lamellaires Al–Cu et Al–Al₂Cu. De plus, l'influence du milieu de refroidissement et de la largeur de la phase α sur la densité de ces particules, indique que seulement une fraction de la concentration d'équilibre à haute température du cuivre est retenue à la température ambiante. Ceci peut-être expliqué par la précipitation des atomes de Cu sur la phase θ pendant le refroidissement. La fraction retenue augmente avec la vitesse de trempe et/ou la largeur de la phase α.La densité des particules θ′ dépend aussi de la microstructure de solidification, étant plus élevée dans une structure larnellaire que dans une structure brute de coulée. On croit que cette dépendance est causée par une plus faible vitesse de précipitation des atomes de Cu sur la phase θ dans la structure lamellaire que dans une structure brute de coulée. Ceci concorde avec un degré plus élevé de cohérence de l'interface lamellaire.     

A re-evaluation of the Hall-Peteh analysis

Abstract

Careful studies of the effects of grain size, temperature and strain rate on the lower yield stress of body-centred cubic transition metals have shown, through the application of rate theory, that changing anyone of these variables can change the rate-controlling deformation mechanism. Thus, theoretical models of the grain size dependence of yield stress based on one mechanism, such as have been developed to interpret the Hall-Petch equation, must be regarded as inadequate. A recent set of experimental results on niobium published by Szkopiak show that three different sets of Hall-Petch parameters, characteristic of different grain size ranges, can be obtained at room temperature. Each one of these is probably characteristic of a particular rate-controlling Liiders band propagation mechanism. There is probably a hitherto overlooked “inherent grain size effect” resulting from a variation in the width of the Luders front with grain diameter, which can account for at least part of the grain size dependence of yield stress.

Résumé

Des études minutieuses des effets de la taille du grain, de la température, de la vitesse de déformation sur la limite inférieure d'élasticité des métaux de transition de structure cubique centrée, par application des théories de l'activation, montrent que la variation d'une de ces variables peut modifier le mécanisme de déformation contrôlé par la vitesse. Par conséquent, les modèles théoriques de l'influence de la taille du grain sur la limite d'élasticité, fondés sur un seul mécanisme, tels qu'ils ont été développés pour interpréter l'équation de Hall-Petch, doivent être considérés comme inadéquats. Dne récente série de résultats expérimentaux sur le niobium, publiée par Szkopiak, montre que trois valeurs différen tes des parametres de Hall-Petch, caractéristiques d'un intervalle donné de taille de grains, peuvent être obtenues à température ambiante. Chacune de ces valeurs est probablement caractéristique d'un mécanisme particulier de propagation des bandes de Luders. Il existerait probablement un effet intrinsèque de la taille du grain, jusqu'ici ignoré, résultant de la varition de la largeur du front de Luders en fonction du diamètre du grain, ce qui peut expliquer en partie l'effet de la taille du grain sur la limite d'élasticité.     

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.     

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.     

Some tensile and fatigue properties of Zn-ZnO powder composites at various temperatures

Abstract

The tensile and fatigue properties of rods which were extruded from Zn-ZnO powder composites were determined at temperatures between 150°C and ?196°C. Different particle sizes were used in the powders and the amount of 0₂ was varied from 0.12 to 1.71 weight per cent (w/o): The effect of ball-milling the powder prior to compaction was also studied.

In general, the specimens of powder origin were stronger than fine-grained pure zinc and those made from powder containing very small particles (～3 μm) displayed good ductility, particularly at room temperature. However, they possessed poor work-hardening properties so that the UTS was never more than 4000 psi above the 0.2% proof stress. Specimens of ball-milled powder origin were stronger and more brittle than other specimens. The superior tensile strengths of the powder composites over pure zinc were reflected by superior fatigue (push-pull) properties. The improvement at higher temperatures is surprising, in view of the very fine grain size of the composite specimens, so the results are rationalized in terms of oxide pinning of the grain boundaries.

Résumé

Des propriétés mécaniques en traction et en fatigue dans la gamme de temperature de 150°C à ?196°C ont été déterminées pour des tiges du matériau composite Zn-ZnO, extrudées à partir de poudres. Des particules de différents diaméters ont été employees lors de la préparation des poudres, ainsi que diverses proportions d'O₂ variant de 0.12 à 1.71% en poids. L'effet d'un broyage à boulets de la poudre avant compactage a également été étudié.

D'une façon générale, les échantillons préparés à partir de poudres ont montré une plus grande résistance que ceux préparés à partir de zinc pur à grain fin; ceux contenant des particules trés fines ont montré une bonne ductilité, surtout à la température ambiante. Cependant, Ie taux de consolidation des composites demeure faible, ce qui explique que l' écart entre la résistance à la traction et la limite élastique à 0.2% d'allongement ne dépasse pas 4,000 psi Les échantillons dont la poudre a subi un broyage à boulets étaient plus résistants et plus fragiles que les autres échantil1ons. Le fait que la résistance à la traction des composites soit supérieure à celle du zinc pur s'est manifesté par de meilleures propriétés en fatigue (tension-compression). L'amélioration des propriétés mécaniques aux températures plus élevées est étonnante, compte tenu de la grosseur du grain tres faible des échantillons composites. Cette amélioration est expliquee en termes d'un piégeage des joints de grains par des oxydes.     

The kinetics of reaction of zinc metal with selenium vapour

Abstract

The kinetics of reaction of coupons of zinc with selenium vapour have been investigated by the thermogravimetric technique at temperatures between 350 and 415°C and at selenium pressures between 0.05 and 0.8 Torr. Cubic zinc selenide (ZnSe) was the only reaction product observed under all experimental conditions. The selenization kinetics were essentially parabolic, although at higher temperatures initially linear reactions were sometimes observed. The apparent activation energy for the selenization of zinc metal was in the range 24 to 32 kcal/mole. The selenization rate varied inversely as the square root of the selenium pressure. It is postulated that the rate-controlling step of the selenization reaction is the outward diffusion of neutral zinc interstitials through a constantly thickening zinc selenide reaction scale.

Résumé

On a étudié la cinétique de la réaction entre des plaques de zinc et la vapeur de sélénium par la méthode de thermogravimétrie dans une gamme de température et de pression de sélénium comprise entre 350 et 415°C et 0.05 et 0.8 Torr. respectivement. Le séléniure de zinc de malie cubique (ZnSe) était Ie seul produit de la réaction obtenu dans toutes les conditions expérimentales. La cinétique de séléniuration était essentiellement de forme parabolique, bien qu'on ait observé parfois aux températures plus élevées des réactions initialement linéaires. L' énergie apparente d'activation pour la séléniuration du zinc métallique était comprise dans une gamme variant entre 24 et 32 kcal/mol. La vitesse de la séléniuration était inversement proportionnelle à la racine carrée de la pression du sélénium. On suggére que l' étape déterminante de la vitesse de reaction soit la diffusion vers l'extérieuI des interstitiels de zinc électriquement neuters à travers une couche de séléniure de zinc qui s'épaissit constamment.     

Hydride orientation and tensile properties of Zr-2.5 wt% Nb pressure tubing hydrided while internally pressurized

Abstract

An investigation was carried out to determine the orientation and the effect on tensile properties of hydrides precipitated in heat-treated Zr-2.5 wt% Nb tubing during the corrosion hydriding of internally pressurized samples. It was found that as the stress during hydriding was increased the hydrides gradually assumed a characteristic radial orientation nearly perpendicular to the hoop stress. The observed radial hydride orientation was influenced by prior β grain size, residual quenching stresses, cold-work strains and stresses applied while the pressure tube was being hydrided. Hoop stresses in excess of 20,000 psi were required to produce complete radial orientation of the hydrides.

Transverse tensile tests on the hydrided tubes were conducted using a reduced section ring technique. These tests revealed a low ductility at low temperatures with a transition in the range 60°–100°C for material with radially oriented hydrides. Low tensile ductility was observed at significantly higher temperatures when a massive hydride layer was present near the surface of the test samples.

Résumé

Dans des tubes en Zr-2.5 % poids Nb trempé et vieilli et soumis à la corrosion hydrogenante sous pression, une étude a été entreprise pour déterminer l'orientation des hydrures précipités et leurs effets sur les propriétés mecaniques en traction. Les résultants indiquent que lorsque la contrainte augmente pendant léhydrogenation, les hydrures acquièrent graduellement une orientation radiale caractéristique, à peu prés perpendiculaire à la contrainte circonférentielle. Cette orientation radiale des hydrures est influencée par la taille du grain β initial, les contraintes de trempe résiduelles, les déformations à froid et les contraintes appliquées lorsque le tube sous pression est hydrogéné. Des contraintes circonférentielles supérieures à 20,000 psi sont nécessaires pour produire une orientation parfaitement radiale des hydrures.

Des essais de traction en travers des tubes hydrogénés ont été réalisés en utilisant la technique de l'anneau à section réduite. Ces essais ont révélé une faible ductilité à basses températures avec une transition dans le domaine 60°–100°C pour le matériau à hydrures orientés radialement. Une faible ductilité en traction a été observée à des températures beaucoup plus hautes quand une couche massive d'hydrures existait près de la surface des échantillons.     

Mechanical properties and structure of as-received,heat-treated and hydrided Zr-1.5 wt% Cr-0.1 wt% Fe alloy tubing

Abstract

The mechanical properties or both unhydrided and hydrided Zr-Cr-Fe alloy tubing have been evaluated using ring tensile, tube burst and Charpy impact tests over a range of temperatures from room up to 400°C. Aspects of the recovery and recrystallization or two batches or tubing were studied. Stress relieving cold-worked tubing between 450° and 575°C gave stronger, less ductile material compared with recrystallized tubing but the actual tensile values depended critically on the stress-relieving temperature. Beta quenching and ageing thin-walled tubing resulted in poor ductility, variabk strength and structure with some massive grain coarsening. The tensile duct iii ty or Zr-Cr-Fe tubing was lowered by circumferentially aligned hydride although the drop was not serious at least up to 400 ppm hydrogen. Hydride had little effect on tensik stength up to 300 ppm hydrogen but there was an increase in strength at higher hydrogcn levels.

Résumé

Les propriétés mécaniques du Zr-Cr- Fe, hydruré ct non-hydruré, ont été évaluées en utilisant des essais de traction sur anneaux, d'eclatement de tubes et l'essai Charpy dans une gamme de température variant de l'ambiante a 400°C. Des aspects de la restauration ct la recristallisation de deux séries de tubes ont été étudiés. Un recuit entre 450° et 575°C pour éliminer les contraintes résiduelles a donné un matériau plus résistant et moins ductile en comparaison aux tubes recristallisés, mais les valeurs obtenues en traction dépendaient fortement de la température de ce recuit. Dans les tubes à paroi mince, une trempe de la phase β (suivie d'un vieillissement a diminué la ductilité et donné une résistance mécanique variable et une structure contenant des régions à trés gros grains. Des hydrures alignés circumférentiellement ont réduit la ductilité en traction des tubes de Zr-Cr-Fe, mais cette réduction était mineure, du moins jusqu'à 400 ppm d'hydrogène. Jusqu'è 300 ppm d'hydrogène, les hydrures ont peu intluencé la résistance en traction, mais ont causé une augmentation de la résistance mécanique à des teneurs plus élevées.     

The annealing of bainite while being concurrently deformed

Abstract

Annealing with oncurrent deformation has been carried out on a bainitic high-carbon steel in a temperature range just below the lower transformation temperature, i.e. ～850 – 975K.

The enhancement of carbide coarsening was measured during hot torsion under conditions of (a) constant strain rate and (b) constant experiment duration. The carbide coarsening rates are compared with results obtained from earlier experiments employing isothermal annealing without deformation, and the enhancement of coarsening due to concurrent deformation is quantitatively assessed from measurements of the mean particle radius and mean free ferrite path.

From kinetic data, the rate limiting step in coarsening during concurrent deformation is identified as the self-diffusion of iron and two dominant mechanisms are proposed which result in a discontinuity of coarsening rate at critical strain levels. The effective diffusion coefficient for coarsening is shown to be a linear function of strain rate and the strain rate coefficient is evaluated from the present data for bainitic 1070 steel.

Résumé

Un traitement de revenu associé à une déformation simultanée a été appliqué à un acier bainitique à haut carbone dans une gamme de températures juste inférieures à la température de transformation (850–975K).

L'accélération de la coalescence des carbures pendant la torsion à chaud a été mesurée soit àvitesse de déformation constante, soit à temps d'expérience constant.

Les lois de coalescence des carbures sont comparées àcelles obtenues au cours d'un traitement isotherme sans déformation et l'accélération de la croissance due àune déformation simultanée est évaluée quantitativement grâce aux mesures du rayon moyen des particules et de la longueur moyenne de ferrite libre.

A partir des résultats de cinétique, le facteur limitant la coalescence sous déformation est identifie comme étant l'auto-diffusion du fer et les auteurs proposent deux mécanismes prédominants qui conduisent à une discontinuité de la vitesse de coalescence pour des niveaux critiques de la déformation. Le coefficient effectif de diffusion pour la coalescence est une fonction linéaire de la vitesse de déformation et le coefficient de vitesse de déformation est évalué à partir de ces résultats expérimentaux pour un acier bainitique 1070.