Strengthening Characteristics of AA6111 Aluminum

Abstract

In this study the effect of cold work on the precipitation process in AA6111 was evaluated with a view to establishing its role on the strengthening characteristics. The results showed a considerable improvement in yield and tensile strength with an increasing level of prestrain. Yield and tensile strength decreased with increasing aging temperature at a given level of prestrain. At fixed levels of prestrain, the aging response varied with aging temperature. The peak aging time decreased with the increasing temperature. Scanning electron microscopy revealed the presence of intermetallics. Transmission electron microscopy showed that the density of dislocation tangles increased with an increasing degree of prestrain.

Dans cette étude, on a évalué l'effet de l'écrouissage sur le procédé de précipitation de AA6111 en vue d'établir son rôle sur les caractéristiques de renforcement. Les résultats montrent une amélioration considérable de la limite d'élasticité et de la résistance à la traction avec une augmentation du niveau de pré-déformation. La limite d'élasticité et la résistance à la traction diminuaient avec une augmentation de la température de vieillissement à un niveau donné de pré-déformation. À des nivaux fixes de pré-déformation, la réponse au vieillissement variait avec la température de vieillissement. La dureté maximale de vieillissement diminuait avec une augmentation de la température. La microscopie électronique à balayage a révélé la présence de composés intermétalliques. La microscopie électronique à transmission a montré que la densité des enchevêtrements de dislocation augmentait avec une augmentation du degré de pré-déformation.     

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.     

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.     

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.     

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

Abstract

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

Résumé

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

Creep forging of an aluminum bronze

Abstract

Compression tests on a commercial three-phase aluminum bronze showed significant softening above the β transformation. This was not observed in either beryllium-copper or α/β brass above their transformation temperatures. Isothermal compression tests on the aluminum bronze showed some rate sensitivity and there was no significant change in either mechanical properties or microstructure after large strains at the elevated temperature. These characteristics are typical of superplastic alloys.

Closed-die forging experiments in which a thin tapered lip was backward extruded on a cylindrical billet have shown that the material forges adequately at low pressures at temperatures above the transformation. It was concluded that creep forging of this aluminum bronze gives good die filling and surface finish.

Résumé

On a observé un adoucissement significatif d'un bronze à l'aluminium commercial (contenant trois phases) lorsque déformé en compression au-dessus de la transformation β. Le phénomène n'a pas été observe dans le cuivre au beryllium et le laiton α+β déformés au-dessus de leur temperature de transformation. Des essais de compression isotherme sur le bronze à l'aluminium ont permis d'observer une certaine sensibilité au taux de déformation; après de grandes déformations à la température élevée, les propriétés mécaniques et la microstructure n'ont pas été modifiées appréciablement. Ce comportement est typique des alliages superplastiques.

Des essais de forgeage en matrice ferme, au cours desquels une mince lèvre effilée a été extrudée, d'une manière inverse, sur une billette cylindrique, ont montré que de faibles pressions sont suffisantes pour forger le matériau adéquatement lorsqu'on opère à des températures au-dessus du point de transformation. Les auteurs ont conclu que le forgeage de fluage permet de bien remplir la cavite et d'obtenir un bon fini de surface.     

Texture and anisotropy of zirconium in relation to plastic deformation

Abstract

Possible modes of plastic deformation of tubular materials are analyzed generally. Based on symmetry considerations applied to known textures of zirconium wire and strip, textures of zirconium tubes are predicted as resulting from a wide range of deformation modes. This is made possible by focusing on the main feature of texture, Le., the orientation distribution of basal poles. A relation between texture and the mechanical anisotropy of zirconium is developed, and rules are suggested for softening and hardening caused by texture change. Experimentally, Zircaloy tubes were deformed by various techniques. The resulting textures were determined by X-ray diffraction and the mechanical anisotropy by Knoop-hardness measurement. Each determination is condensed into two representative figures, one describing the type of texture or anisotropy and the other describing the sharpness of texture or the degree of deviation from isotropy.

The experiments verify the predicted relation between type of texture and mechanical anisotropy, and also indicate how degree of anisotropy depends on sharpness of texture. Changes in texture are investigated in relation to plastic deformation, and further refined rules are derived for the direction and rate of these changes. The initially predicted textures are concluded to be stable, i.e., they are reached only after a certain degree of deformation. Zircaloy tubes of three different textures were subjected to tensile testing, closed-end burst testing and open-end burst testing. The observed texture-softening phenomenon corroborates the rules suggested and is considered to commonly occur, as opposed to texture hardening, which requires special combinations of texture and testing method.

Résumé

Les différents modes de déformation plastique possibles dans les tubes ont été analysés d'une façon générale. En se basant sur des considérations de symétrie appliquées aux textures connues pour le zirconium en fil et en bandes, la texture des tubes de zirconium resultant de divers modes de déformation a été prédite. Ceci est possible si l'on tient surtout compte des principes de la texture, c'est à dire, la distribution des orientations des poles de base. Une relation entre la texture et l'anisotropie du zirconium est développée, et des règles sont suggérées pour l'adoucissement et la consolidation dûs à un changement de texture. Dans les expériences, les tubes de zirconium ont été déformés par plusieurs modes. Les textures résultantes ont été déterminées par la diffraction des rayons-X. et l'anisotropie par des mesures de dureté Knoop. Chacune de ces déterminations est représentée dans deux figures, l'une décrivant le genre de texture ou anisotropie, l'autre décrivant la netteté de la texture ou l'écart du caractère isotrope. Les expériences vérifient la relation prévue entre la texture et l'anisotropie. Les changements de texture sont examinés en fonction de la déformation plastique, et d'autres règles plus rigoureuses sont dérivées pour la direction et la vitesse de ces changements. On conc1ut que les textures prévues initialement sont stables, c'est à dire qu'elles ont lieu apres une certaine déformation. Des tubes de Zircalloy de trois textures différentes ont été soumis à des essais detraction, des essais d'éc1atement à extrémités ouvertes ou fermées.

Le phénomène d'adoucissement observé, causé par la texture, est en accord avec les règles suggérées et est généralement présent, ce qui n'est pas le cas du durcissement causé par la texture, durcissement nécessitant des combinaisons spéciales de texture et de méthodes d'essai.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

Precipitation reactions in Zr-2 at. %Cr-0.16 at. %Fe

Abstract

The heat treatment which optimizes the corrosion resistance of Zr-2.0 at %Cr-0.16 at. %Fe is a β quench and age at 760°C. Rumball and Coleman have shown that if the quench rate is in the range 3500° to 7500°C/s, the subsequent ageing treatment leads to grain growth involving loss of strength and ductility. This work shows that ageing in the temperature range 270° to 400°C induces precipitation prior to recrystallization, which may restrict grain growth at higher temperatures. The low-temperature precipitation is associated with two peaks, in the resistivity isotherms, which become progressively less pronounced, and occur at progressively shorter ageing times as the ageing temperature is raised. The precipitation process, involving the rejection of Cr and Fe from supersaturated solid solution, did not follow a simple rate law, but could be characterized by an activation energy of 0.93 ± 0.03 eV once equilibrium had been attained. Supplementary evidence shows that the resistivity peaks are probably associated with two distinct preprecipitates which may be compared to the θ′ precipitate found in Al-Cu alloys.

Résumé

Le meilleur traitement thermique pour mInImiSer la corrosion du Zr-2 %Cr-0.16 % Fe est une trempe β suivie d'un vieillissement a 760°C. Rumball et Coleman ont montrβ que si le taux de refroidissement se situe entre 3500 et 7500°C/s, le vieillissement subséquent méme à une croissance des grains et à une diminution de la résistance et de la ductilité. Cette étude montre qu'un vieillissement entre 270 et 400°C conduit à une précipitation avant la recristallisation ce qui peut éviter la croissance des grains à plus haute température. A cette précipitation à basse température sont associés deux pies de résistivité (conditions isothermes) qui deviennent moins prononcés et apparaissent à des temps de vieillissement plus courts quand la température de vieillissement augmente. Le processus de précipitation (rejet de Cr et de Fe d'une solution solide sursaturée) ne suit pas une loi simple mais peut avoir une énergie d'activation de 0.93 ± 0.03 eV une fois l'équilibre atteint. Certains faits peuvent montrer que les pies de résistivité sont vraisemblablcment associés avec deux précipités distincts comparables à la phase θ′ des alliages Al-Cu.     

The effect of processing variables on the mechanical properties and strain ageing of high-strength low-alloy V and V-N steels

Abstract

Laboratory experiments have been conducted on a series of vanadium and vanadium-nitrogen steels. The results indicate that the combination of vanadium plus nitrogen gives an excellent notch toughness in the normalized plates (EA TT < ?80°C). Controlled rolling gives about 100 MPa higher yield strength with somewhat reduced notch toughness (EATT? ?50°C). Aluminum does not improve the properties of a normalized or controlled-rolled vanadium-nitrogen plate. Vanadium is able to combine with nitrogen so effectively that the steel can be considered. to be unsusceptible to strain ageing.

Résumé

Les auteurs ont fait des essais de laboratoire sur une série d'aciers au vanadium et au vanadium-azote. Les résultats indiquent que la combinaison vanadium-azote donne d'excellentes propriétés de résilience pour des tôles fortes normalisées (EA TT < ?80 °C). Le laminage contrôlé conduit à une limite d'élasticité plus élevée d'environ 100 MPa et a une résilience quelque peu réduite (EATT ? -50°C). L'aluminium n'améliore pas les propriétés d'une tôle forte d'acier au vanadium-azote après normalisation ou après laminage contrôlé. L'efficacit;amp;#x00E9; de la réaction entre Ie vanadium et l'azote est telle que l'acier peut être consideéré comme n'étant pas susceptible au vieillissement après écrouissage.     

Creep-Fatigue Problems in Electricity Generating Plant

Abstract

Various components of boilers and turbines are subjected to creep-fatigue loading which can cause cracking and, occasionally, lead to catastrophic failure. To better understand the problem, relevant fatigue data are required which should, ideally, be obtained from tests incorporating cyclic temperature and strain.

High Temperature Low Cycle Fatigue is reviewed briefly with particular emphasis on Thermal Fatigue, i.e. where strain cycling results from and is accompanied by temperature changes.

Some results on 2–1/4 Cr–1Mo steel are presented which show that the fatigue resistance under simulated operational conditions is significantly lower than under the isothermal conditions often used to generate design data. Suggestions for further research are put forward.

Résumé

Diverses parties constitutives de chaudières et de turbines sont soumises à des contraintes de fatigue en condition de flu age, qui peuvent en trainer la fissuration et occasionellement, conduire à une rupture catastrophique. Une meilleure compréhension du probléme implique l'obtention de données appropriées sur la fatigue; ces données devraient être obtenues à partir d'essais cycliques faisant intervenir déformation cyclique et température.

Une bréve revue du processus de Fatigue oligocyclique à haute température est effectuée; elle porte en particulier sur le cas de Fatigue thermique dans lequelle cyclage de déformation provient et est accompagné de changements de température.

Quelques résultats concernant l'acier 2–1/4 Cr–1 Mo montrent que la résistance à la fatigue en conditions opératoires simulées est nettement plus faible que celle obtenue en conditions isothermes qui est couramment utilisee pour ca1culer les installations. Quelques idées pour une recherche ultèrieure sont suggérées.     

Heat flow in blast furnace hearths

Abstract

Heat flow and temperature distribution in iron blast furnace hearths has been investigated using a digital computer implemented simulation. Furnace hearths, with and without underhearth cooling, have been simulated to provide dynamic thermal response characteristics and to explore refractory material requirements for improved hearth design.

A digital computer program utilizing numerical approximations to the heat flow equations in three dimensions (two dimensions with radial symmetry in the third) was used to calculate unsteady state heat transfer characteristics. Stave cooling, carbon and ceramic refractories, refractory thermal property variations, salamander formation, underhearth cooling systems, and other design and operating parameters were considered in evaluating the steady and unsteady state temperature distributions in blast furnace hearths.

Résumé

On fait l' étude du flux de chaleur et de la distribution de température dans le creuset d'un haut fourneau par une simulation à l'aide d'un ordinateur. Nous considérons le creuset sans ou avec refroidissemen t afin d'obtenir l' évolution des proprietes thermiques et de sonder les besoins en matériaux réfractaire pour ameliorer le design du creuset.

Un programme d'ordinateur basé sur la méthode d'approximations numeriques aux équations tridimentionnelles de transfert de chaleur (deux dimensions rectilignes avec symétrie radiale dans la troisième direction) a été employé dans le calcul du comportement de transfert de chaleur en régime transitoire. Nous avons considéré le refroidissement des douves, l'u tilisation des réfractaires à carbone et à ceramique, la variation des propriétés thermiques des réfractaires, la formation d'un loup ferreux, d'autres designs et les paramètres d' opération dans cette évaluation des distributions des températures en régime transitoire et en régime permanent des creusets des hauts-fourneaux.     

Yield loci of Zircaloy tubing with different textures

Abstract

Yield loci of four batches of Zircaloy-4 canning tubes with different textures were measured at room temperature for quadrants I and IV (axial tensile or compressive stresses in combination with internal pressure). The circumferential and axial strains were continuously recorded using applied strain gauges and maximum plastic strains of about 0.2%.

A comparison with the yield loci determined by Knoop hardness measurements gave marked differences in the shape of the yield loci. The experimental results showed that the shape of the yield loci of Zircaloy tubing can be altered by texture variations, mainly by changes in the tilt angle of the basal poles of the hexagonal zirconium crystals from the radial towards the tangential direction of the tubes. The yield loci of tubes with a sharp ideal orientation can be calculated successfully for all four quadrants on the basis of the active slip or twinning systems for specific biaxial loading conditions. It is shown that the use of the Von Mises yield criterion is limited to only a few texture and stress conditions.

Résumé

Les points d'ecoulement de quatre lots de tubes en Zircaloy-4, ayant des textures différentes, ont été mesurés à l'ambiante pour les quadrants I et IV (contraintes axiales de tension ou de pression juxtaposées a une pression interne). Les déformations circonférentielles et axiales furent continuellement enregistrées à l'aide de jauges de déformation et de déformations plastiques d'environ 0.2%.

Des différences marquées dans la forme du point d'écoulement furent observées en comparaison avec celle mesurée par dureté Knoop. Les résultats expérimentaux ont montré que la forme du point d'ecoulement de tubes de Zircaloy peut être modifiée par des variations de texture surtout par des changements dans l'angle d'inclinaison des pôles du plan de base du zirconium, de la direction radiale vers la direction tangentielle des tubes. On peut ca1culer avec succés le point d'écoulement pour les quatre quadrants, de tubes ayant une orientation idéale marquée, en se basant sur les systèmes actifs de glissement ou de maclage pour des conditions spécifiques de contrainte biaxiale. On montre qu'on peut utiliser le critère d'écoulement de von Misès seulement pour quelques conditions de texture et de contraintes.     

The Use of Temperature Measurements in the Analysis and Control of Flotation Columns

Abstract

The temperature of the wash water added to the top of the froth in a flotation column is often significantly different from the temperature of the feed slurry. In such cases very valuable information can be obtained by measuring temperatures in and below the froth phase and of streams entering and leaving the column. Data collected on an industrial lead cleaner column at Polaris Mine, N.W.T., Canada, are used to obtain: measurements of froth-slurry interface level; estimates of froth washing efficiency; quantifications of the mixing process occurring in the froth phase; and measurements of the effectiveness of the wash water distributor. The use of measurements of froth-slurry interface level and estimates of froth washing efficiency in the on-line control of the column is discussed.

Résumé

La température de l'eau de lavage ajoutée à l'écume dans la colonne de fiottation est souvent significativement différente de la température de la pulpe à l'entrée. Dans ce cas, des informations très pertinentes peuvent être obtenues en mesurant les températures de l'écume, en dessous de l'écume ainsi que celles des courants entrants et sortants de la colonne. Des données échantillonnées sur une colonne industrielle de nettoyage du plomb à la mine Polaris, T.N.O., Canada ont été utilisées pour obtenir: des mesures de niveau de l'interface écume-pulpe; des estimés de l'e fficacité de lavage de l'écume; des quantifications du processus de mélange s'eifectuant dans la phase écume; et des mesures de l'efficacité du distributeur d'eau de lavage. L'utilisation des mesures du niveau de l'interface écume-pulpe et des estimés de l'efficacité de lavage de l'écume sur le contrôle en continu de la colonne est discutée.     

Effect of oxygen and fabrication variables on the mechanical properties of Zircaloy tubing

Abstract

The effects of oxygen concentration and fabrication variables on the mechanical properties of Zircaloy-2 tubing were investigated.

The strength can be adjusted with a sma11loss of ductility by controlling oxygen concentration. Cold reduction in the range of this study has a large effect on recrystallization and ductility but little on texture. The Q value, the ratio of the wall thickness reduction to the diameter reduction during fabrication, has a significant effect on texture, hydride orientation and deformation behaviour.

Tubes produced with a high Q value possess a superior combination of strength and ductility than tubes produced with a low Q value.

In burst testing, axial contraction contributes greatly to the circumferential elongation due to the difficulty of thickness reduction in high- Q tubes. In low- Q tubes, both thickness reduction and axial contraction, which is smaller than that in high-Q tubes, contribute to the circumferential elongation.

In practice, the optimum fabrication conditions for each fuel design must be determined.

Résumé

Les effets de la teneur en oxygène et du mode de fabrication sur les propriétés mécaniques de tubes en Zircaloy-2 ont été étudiés.

En controlant la teneur en oxygène, la résistance de ce matériau peut être ajustée avec une faible diminution de la ductilité. Dans le domaine de cette étude, l'écrouissage a une forte influence sur la recristallisation et la ductilité mais trés peu sur la texture. La valeur de Q (rapport entre la réduction de l'épaisseur des parois du tube et la réduction du diamétre) joue un rôle significatif sur la texture, sur l'orientation des hydrures et sur le comportement à la déformation.

Les tubes fabriqués avec une forte valeur de Q ont une meilleure combinaison de résistance et de ductilité.

Lors d'essais d'ec1atement, la contraction axiale contribue beaucoup a l'allongement circonférentiel pour les valeurs élevées de Q, car l'épaisseur des parois peut difficilement être réduite. Pour les faibles valeurs de Q la réduction de l'épaisseur et la contraction axialc, inférieure dans un cas précédent, contribuent simultanément à l'allongement circonférentie1.

En pratique il est nécessaire, pour tous les cas, de déterminer les conditions optimales de fabrication.     

Effect of Subcritical Isothermal Holding of Austenite on the Kinetics of First Stage Graphitization

Abstract

White cast iron specimens were cooled rapidly from the austenite region to temperatures in the range 300–500°C, held there for some time before being subjected to graphitization at 900–1000°C. Holding of austenite in the lower temperature range allows isothermal transformation and influences the microstructure. The graphite volume fraction and nodule density were determined under different conditions and the kinetics of first stage graphitization traced. The study shows that the isothermal holding of austenite accelerates the graphitization process to a significant degree. This acceleration is attributed to the creation of additional cementite/austenite interfaces as revealed by both optical and scanning electron microscopy. The nucleation of graphite occurs essentially during the isothermal holding treatment at subcritical temperatures whereas growth is accomplished at 900–1000°C. The growth process is limited by carbon diffusion in austenite.

Résumé

Des échantillons de fonte blanche furent refroidis rapidement du domaine austénitiquejusqu'a des températures de 300–500°C et maintenus quelques temps dans cet intervalle de températures avant d'être soumis à une graphitisation à 900–1000°C. Le maintien de l'austénite dans le domaine des plus basses températures permet une transformation isotherme et influence la microstructure. La fraction volumique de graphite et la densité de nodule furent déterminés sous différentes conditions et la cinétique du premier stade de la graphitisation fut enregistrée. L'étude montre que le maintien isotherme de l'austénite accèlère d'une façon significative le processus de graphitisation. Cette accéleration est attribuée a la création d'interfaces cémentite/austénite additionnels tel que révélé par la microscopie optique et la microscopie à balayage électronique. La nucléation du graphite se produit essentiellement durant le maintien isotherme à des températures inférieures à température critique alors que la croissance est accomplie vers 900–1000°C. Le processus de croissance est limité par la diffusion du carbonne dans l'austénite.