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.     

The partial annealing of low-carbon steel strip

Abstract

Tinplate stock that had been cold reduced 82 % by rolling was partially annealed at temperatures between 460 and 6200 C to produce a variety of mechanical properties corresponding to those which might be obtainable from a continuous annealing line. The properties of this material were compared with those of material that had been cold rolled by various amounts to equivalent strengths.

The ductility of partially annealed material was greatly superior to that of cold-rolled material at virtually all strength levels. The differences in ductility between the two types of material at equal strengths are presented graphically and are related to differences in microstructure. Recovery and recrystallization are responsible for the greatly improved ductility of partially annealed material. The possibility of full-scale plant production of partially annealed steel strip is discussed.

Résumé

Des tôles fines, laminées à froid de 82 %, ant été partiellement recuites à des températures variant de 460°C et 620°C pour obtenir toute une gamme de propriétés mécaniques correspondant à celle produite par recuit en continu. Les propriétés de ce matériau ont été comparées à celles obtenues par différents taux de laminage à froid et ayant alors la même résistance mécanique La ductilité du métal partiellement recuit est largement supérieure à celle de celui n';ayant été que laminé à froid mais ayant à peu pres la même résistance à la traction. La différence de ductilité entre les deux types de traitement, à résistance égale, est portée en graphique et est reliée aux différences de microstructures. L'augmentation de ductilité du matériau partiellement recuit est attribuable à la restauration et à la recristallisation. La possibilité d'implantation d'usine pour des tôles d'acier partiellement recuit est discutée.     

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.     

Metallurgical properties of heat-treated Zr-2.5 wt% Nb pressure tubes irradiated under power reactor conditions

Abstract

Three heat-treated pressure tubes of Zr-2.5 wt % Nb were irradiated as components of Chalk River reactor loops under conditions similar to those in Canadian power reactors of pressurized heavy water (CANDU-PHW) and boiling light water (CANDU-BLW) type. Two other tubes, one of which had been artificially hydrided to about 200 ppm H2, were irradiated unstressed in air at about 300°C.

Post-irradiation examination of the tubes shows that they can withstand severe through-wall defects: the critical crack length exceeds 43 mm at a hoop stress of 179 MN/m2 at 20° and 300°C. Mechanical strength was increased by neutron irradiation: eliminating autoclaving offers the advantage of lower rates of oxidation and hydrogen pickup.

Résumé

Trois tubes de force en alliage Zr-2.5 % pds Nb, ayant subi des traitements thermiques ont été irradiés comme composants de boucles dans le réacteur à Chalk River. Les conditions ressemblaient à celles dans les réacteurs canadiens à eau lourde sous pression (CANDU-PHW) et à eau légère bouillante (CANDU-BLW). Deux autres tubes, l'un ayant subi un traitement d'hydruration jusqu'à 200 ppm de H₂ ont été irradiés sans contrainte sous air à 300°C.

Les examens ultérieurs ont montré que les tubes peuvent supporter des défauts sévères qui traversent les parois: la longueur critique de fissure est supérieure à 43 mm pour une contrainte de 179 MN/m² a 20° et a 300°C. Une irradiation aux neutrons augmentent la résistance mécanique. Les taux d'oxydation et de dissolution d'hydrogène se voient diminuer si les tubes ne sont pas traités antérieurement à l'autoc1ave.     

Hot Ductility of Tool Steels

Abstract

Four tool steels (A2, D2, M2 and W1) representing a wide variety of compositions (and carbide content) were hot deformed in torsion between 900 and 1200 °C at strain rates of 0.1, 1 and 4 s^?1. Carbides contribute to an increase in strength but to a lower ductility. The plain carbon tool steel (W1) with no carbides was very ductile at all test conditions, but the alloy steels displayed poor ductility due predominantly to void formation around the carbides at lower and medium temperatures and incipient melting at higher temperatures. The effects of carbides on ductility depend on their morphology and distribution. Alloy tool steels experience eutectic solidification of the networks of primary carbides that are broken up by hot working thereby improving ductility. Hot rolled stocks experience directional ductility; such anisotropy is reduced by further working. The alloy steels display parabolic ductility curves for each strain rate; the ductility increases with decreasing strain rate and a rise in temperature up to a maximum of about 1000 °C for A2 and D2 and about 1050 °C for M2. The M2 steel, despite having the highest volume fraction of carbides and strength, displays the greatest ductility followed relatively closely by A2. D2, though close to M2 in carbide volume and strength, has much lower ductility.

On a déformé par torsion à chaud, entre 900 °C et 1200 °C, à des taux de déformation de 0.1, 1 et 4 s-1, quatre aciers à outils (A2, D2, M2 et W1), couvrant une bonne variété de compositions (et de teneurs en carbure). Les carbures augmentent la résistance à la traction mais diminuent la ductilité. L'acier à outils au carbone (W1), sans carbures, était très ductile sous toutes les conditions d'essais. Les aciers alliés ont affiché une faible ductilité à cause, principalement, de la formation de lacune autour des carbures, aux températures basses et intermédiaires, et à cause de la fonte initiale, aux plus hautes températures. L'effet des carbures sur la ductilité dépend de leur morphologie et de leur distribution. Les aciers alliés à outils subissent une solidification eutectique des réseaux de carbures primaires qui sont brisés par le formage à chaud, ce qui améliore la ductilité. Les matériaux laminés à chaud montrent une ductilité directionnelle; une telle anisotropie est réduite par le formage additionnel. Les aciers alliés affichent des courbes de ductilité paraboliques pour chaque taux de déformation, la ductilité augmentant avec une diminution du taux de déformation et une augmentation de la température, jusqu'à un maximum d'environ 1000 °C pour le A2 et le D2 et d' environ 1050 °C pour le M2. L'acier M2, en dépit de sa plus grande fraction volumique de carbures et d'une plus grande résistance, affiche la plus grande ductilité, suivi de relativement près par le A2 puis par le D2 qui, bien que se rapprochant du M2 pour ce qui est du volume en carbure et de la résistance, a une ductilité beaucoup plus faible.     

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.     

Development of high strength zirconium alloys

Abstract

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

Résumé

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

Creep and stress-rupture of high strength zirconium alloys

Abstract

Zirconium-based alloys with small additions of tin, molybdenum, niobium and aluminum are being developed as candidate materials for high-strength pressure tubes in advanced CANDU reactors. The out-reactor creep and stress-rupture properties of 12 alloys based on these elements have been determined and correlated with their metallographic structures and substructures and thermomechanical histories. An alloy of composition Zr-3 wt% Sn-1 wt% Mo-1 wt% Nb was the best for high creep strength, low neutron capture cross section and reasonable corrosion resistance.

Résumé

Des alliages à base de zirconium et con tenant de faibles additions d'étain, de molybdéne, de niobium et d'aluminium sont en voie de développement comme matériaux à haute résistance pour des tubes de force pour le réacteur CANDU. Les propriétés de 12 de ces alliages ont été évaluées hors réacteur quant au fluage et à la rupture; des corrélations ont été établies entre ces propriétés et la structure métallographique, et les traitements thermomécaniques subis. Le meilleur alliage pour sa résistance au fluage, sa faible section de caputre des neutrons et sa résistance à la corrosion, a une composition de: Zr-3% Sn-1% Nb (% pondéral).     

The End-Quench as a Screening Tool for Controlled Cooling of Hot-Rolled Plates of Potential Premium Rail Compositions

Abstract

Current alloy premium rail chemistries have a relatively high hardenability which leads to welding problems. However, premium rails with a hardness of ～Rc 38 are necessary in Canada because the high wear rate of standard C- Mn rails is inadequate on curved track under heavy duty conditions. In the present work, potential premium rail steels combining a hardness of Rc 38, a pearlitic microstructure, and acceptable weldability, were screened by end-quench experiments. Thus, 51 eutectoid, mainly lean-alloy steel compositions were evaluated, the results from which enabled a few compositions to be selected that gave a desirable combination of properties, at cooling rates between ～105 and ～180°C min ^?1 at 705°C. One-inch (25.4-mm) thick, hot-rolled plates of these compositions were then cooled, after rolling, at similar rates and their microstructures and mechanical properties determined. The results showed that cooling rates necessary to produce Rc 38 pearlite in the plates were comparable with those indicated by end-quench experiments. The plates had good tensile properties and an impact toughness similar to or better than that of current alloy rails.

Résumé

Les rails, de qualité supérieure, en alliages couramment employés, ont des propriétés de trempe assez élevées. Cela cause des problèmes pour la soudure. Cependant, au Canada, il est nécessaire que les rails de qualité supérieure aient une dureté de ～ Rc38, car les rails communs C-Mn qui ont un taux d'usure élevé, sont inadéquats sur les voies courbées sous des conditions rigoureuses. Dans ce travail, des aciers pouvant produire des rails de qualité supérieure, et qui combinent une dureté de Rc38, une microstructure perlitique et une soudabilité acceptable, ont été evalués par des essais de trempe des extrémités. Cinquante et un eutectoïdes, surtout d'aciers d'alliages pauvres, ont été évalués. Les résultats ont permis de choisir quelques compositions qui donnaient des propriétés désirables, à des taux de refroidissement entre 105 et 180°C min^?1 à 705°C. Des plaques de ces compositions choisies, laminées à chaud à une épaisseur d'un pouce (25.4 mm) on été refroidies à des taux similaires, et leurs microstructures et propriétés mécaniques ont ete determinées. Les résultats ont démontré que des taux de refroidissement necessaires pour produire une microstructure perlitique avec une dureté de Rc38 étaient com parables à ceux indiqués par les essais de trempe des extrémités. Les plaques avaient de bonne résistance à la traction et une tenacité d'impact équivalente ou même supérieure à celle des rails en alliages couramment employés.     

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 effect of various rolling conditions on the properties of a C-Mn structural steel With an appendix by W.R. Tyson

Abstract

A commercial C-Mn (0.17%C-1.2%Mn) steel was soaked at different temperatures between 1200°C and 680°C and then continuously rolled (finishing temperatures ?980°C to ～680°C) through a total reduction of ～67% to 3/4 in thickness. Various rolling schedules were employed and two cooling rates used after the last pass.

Air-cooled plates had an equiaxed, recrystallized structure for finishing temepratures ≥790°C. The grain size decreased, yield strength and toughness increased with decreasing finishing temperature. Layered, substructured grains appeared for finishing temperatures ≤760°C, and under these conditions good yield strengths and longitudinal toughness were obtained, but transverse toughness decreased significantly. Room temperature impact absorption energies of normalized Charpy specimens decreased for lower plate finishing temperatures. Oil-quenching improved tensile properties by ～3–10 ksi and decreased the grain size. Oil-quenched plates had good longitudinal toughness; however, transverse toughness tended to be inferior to that possessed by air-cooled plates.

It was concluded that it would be worthwhile to explore methods to finish-roll at low temperatures but to have initial reductions at high temperatures.

Résumé

Un acier commercial au C-Mn (0.17%C–1.2%Mn) a été prechauffe à diverses temperatures dans l'intervalle 1200°C à 680°C puis laminé en continu jusqu'à 3/4 po. D'épaisseur (réduction d'environ 67%); les temperatures de finition ont varié entre environ 680°C et 980°C. On a utilisé divers programmes de laminage et deux taux de refroidissement après la dernière passe.

Les plaques refroidies à l'air, à partir de températures de fmition ≥90°C avaient une structure de grains équiaxiaux, recristallisés. La grosseur du grain était plus petite, la limite élastique et la résilience augmentaient lorsqu'on diminuait la temperature de fmition. Pour des temperatures de finition ≤760°C la structure était formée de grains disposés en couches et contenant une sous-structure; à cette structure étaient associees de bonnes limites élastiques et une bonne resiliénce longitudinale mais une résilience transversale appréciablement plus faible. L' énergie absorbée par des échantillons Charpy normalisés ruptures à l'ambiante a diminué avec un abaissement de la température de fmition. Une trempe à l'huile a amélioré les propriétés en traction d'environ 3 à 10 ksi et a contribué à réduire la grosseur du grain. Les plaques ainsi trempees possédaient une bonne résilience longitudinale; cependant, leur résilience transversale tendait à être plus faible que celle des plaques refroidies à l'air.

On en a conclu qu'il serait utile d' étudier des méthodes ou la température de fm de laminage serait relativement basse mais où les premières réductions seraient effectuées à des températures élevées.     

Embrittlement of heat-treated Zr-2.5 wt% Nb pressure tubes

Abstract

Fracture studies were made on two batches of SGHWR pressure tubing. One of the batches had a normal grain size and structure, while the other was coarse grained due to overheating during heat treatment. The aim was to determine the critical crack length of the tubes under reactor operating conditions, and the effect on the critical lengths of embrittlement by hydrogen absorption and neutron irradiation damage. Tubes were measured directly where possible, while supplementary data were obtained from tests on small specimens, enabling the effects of embrittlement to be predicted. The coarse-grained tube was found to be much more susceptible to hydrogen and irradiation embrittlement than the fine-grained tube, and it is expected that the critical length would be reduced from an initial 4 in. to about 1.5 in. at the end of life. In contrast the critical length of the fine-grained material would only be reduced from 5 in. to approximately 3.5 in.

Résumé

Des essais de rupture ont été faits sur deux lots de tubes de force SGHWR. Léun de ces lots avait une taille de grain et une structure normales tandis que le second avait de gros grains dûs à une surchauffe lors des traitements thermiques. Le but de cette étude était de déterminer la longueur critique des fissures des tubes dans les conditions d'opération et l'effet sur cette longueur critique de la fragilisation par l'hydrogène adsorbé et par irradiation aux neutrons. Quand ce fut possible les essais furent effectués sur les tubes et des données supplémentaires furent obtenues par des essays sur petits échantillons, ceci permettant de prédire les effets de la fragilisation. Le tube à gros grains était plus sensible à la fragilisation par hydrogène et par irradiation et il est preévu que la longueur critique sera réduite de 4 à 1.5 pouces a la fin de la vie utile. Pour le tube à grain fin par contre cette longueur ne serait réduite que de 5 à 3.5 pouces environ.     

Comparison of temper-rolled and temper-annealed 70/30 brass strip

Abstract

The possibility of using temper annealing of heavily rolled strip, as an alternative to temper rolling has been investigated in 70/30 brass.

It has been found that temper annealing is an attractive alternative because (a) the combination of mechanical properties obtained is better at virtually any desired strength level, and (b) temper annealing lends itself easily to continuous annealing as well as to batch annealing. Normal mill variations in composition were found to have negligible effects on the annealing behaviour and on the properties of the finished material.

Résumé

Les auteurs ont étudié la possibilité d'effectuer un recuit ménagé sur de la tôle fortement laminée de laiton 70/30 pour obtenir les mêmes propriétés qu'après laminage superficiel.

Les essais ont montré que le recuit ménagé est une alternative intéressante parce que (a) il en résulte une meilleure combinaison de propriétés mécaniques pour presque tous les niveaux désirés de résistance à la traction, et (b) le recuit ménagé peut être réalisé facilement par recuit en continu tout aussi bien que par recuit en lots. Les variations de composition normalement acceptées en usine exercent une influence négligeable sur le comportement au recuit et sur les propriétés du produit fini.     

Effects of Fe and Ni additions on emerging Al–4·5Cu–1·5Mg powder metallurgy alloy

Abstract

In recent laboratory studies, a method designed to modify an emerging Al–Cu–Mg powder metallurgy alloy with Fe and/or Ni additions was successfully developed. The objectives of this research were designed to expand upon this work with an emphasis on characterising the industrial processing behaviour and thermal stability of the alloy with and without additions of these transition metals. All powder compacts exhibited an industrial sintering response that mirrored prior laboratory findings thereby confirming commercial viability. Subsequently, tensile specimens were machined from industrially sintered bars, heat treated to the T6 temper and then subjected to various conditions of thermal exposure at temperatures up to 280°C. Differential scanning calorimetry (DSC) data confirmed that Fe/Ni additions reduced the precipitation kinetics of the S-type phases responsible for peak strengthening at temperatures <160°C and thereby enhanced the thermal stability of important tensile properties such as yield strength. At higher temperatures (>200°C), the Fe/Ni additions were less effective with both alloys exhibiting comparable levels of strength degradation.

Lors d’études récentes en laboratoire, on a développé avec succès une méthode conçue pour modifier un alliage émergeant de la métallurgie des poudres, Al–Cu–Mg, avec des additions de Fe et/ou de Ni. Cette recherche a pour but d’élargir ce travail avec une emphase sur la caractérisation du comportement du traitement industriel et de la stabilité thermique de l’alliage, avec ou sans additions de ces métaux de transition. Tous les compacts de poudre exhibaient une réponse industrielle de frittage qui reflétait les trouvailles antécédentes en laboratoire, confirmant ainsi la viabilité commerciale. Subséquemment, on a usiné des échantillons pour mesure de résistance à la traction à partir de barres frittées industriellement et on les a traités thermiquement à l’état T6. On a ensuite soumis les échantillons à des conditions variées d’exposition thermique à des températures allant jusqu’à 280°C. Les données de DSC ont confirmé que les additions de Fe/Ni réduisaient la cinétique de précipitation des phases de type S, responsables de l’endurcissement de pointe à des températures <160°C et augmentaient ainsi la stabilité thermique des propriétés importantes de résistance à la traction comme la limite d’élasticité. À des températures plus élevées (>200°C), les additions de Fe/Ni étaient moins efficaces, les deux alliages exhibant des niveaux comparables de dégradation de la résistance.     

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.     

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.     

Intercritical Deformation of Low Carbon Steel

Abstract

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

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

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.     

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

Abstract

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

Résumé

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

Texture produced in cold-rolled and recrystallized zircaloy-2 and Zr-2.5 wt% Nb alloys

Abstract

Cold rolling zircaloy-2 develops a texture with the {0001} plane of the grains orientated parallel to the rolling plane and the [1010] direction parallel to the rolling direction. In cold-rolled Zr - 2.5 wt %. Nb the grains are tilted towards the transverse direction so that the {1014} plane is parallel to the rolling plane and the [2132] direction parallel to the rolling direction.

Beta annealing of zircaloy-2 and Zr - 2.5 wt % Nb results in a rotation about the hexagonal axis along with a reorientation so that some grains have their [0001] direction close to the rolling direction. Alpha annealing of zircaloy-2 results only in the rotation of the grains about their hexagonal axis.

Although fibre texture banding in α-annealed heavily cold worked zirconium has been reported, it was not observed in zircaloy-2 after reducing 95 per cent or after α-annealing.

Résumé

Le laminage à froid du zircalloy-2 produit une texture des grains, les plans {0001} étant parallèles au plan de Iaminage et la direction [101a] parallèle à la direction de laminage. Lors du laminage à froid du Zr-2.5% Nb les grains basculent dans le sens travers de sorte que la texture est alors {1014} [2132].

Le recuit en phase β de ces deux alliages conduit à une rotation autour de l'axe [0001] et à une réorientation de sorte que quelques grains ont leur direction [0001] voisine de la direction de laminage. Le recuit en phase α du zirca1loy-2 ne conduit qu' à une rotation des grains par rapport à leur axe hexagonal

Bien qu'après un fort écrouissage l'apparition de texture en bandes a été rapportée pour du zirconium recuit en phase α, nen de tel n'a été observé sur du zircalloy-2 soit après déformation de 95%, soit après recuit en phase α