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.     

Superplasticity in a commercial copper dispersion alloy

Abstract

The high-temperature ductility of a fine-grained commercial copper dispersion alloy (CDA 638 - Cu - 2.8% Al - 1.8% Si - 0.4%. Co) has been investigated in the temperature range 400°–800°C at strain rates of 10-2 to 1 min-I. Ductility was markedly temperature and strain rate dependent with a maximum of 320 % at 550°C and 3.9 × 10^?2 min^?1. The strain rate sensitivity of the flow stress was about 0.5 under these conditions and the behaviour can be termed ‘superplastic’. Extensive intergranular cavitation was observed which restricts the ductility; to optimize ductility in this alloy the factors of both cavitation and strain rate sensitivity must be evaluated.

Résumé

La ductilite d'un alliage commercial de cuivre à particules dispersées (CDA 638 – Cu: 2.8% Al, 1.8% Si, 0.4% Co) a été étudiée dans l'intervalle de température 400–800°C pour des vitesses de déformation entre 10^?2 et 1 min^?1. La ductilityé dépendant fortement de la température et de la vitesse de déformation avec une valeur maximale de 320% à 500°C pour une vitesse de 3.9 × 10^?2 min^?1. Ce comportement est considéré comme superplastique dans le mesure où l'exposant reliant la contrainte et la vitesse de déformation a une valeur de ～0.5 dans ces conditions. La ductilité est limitée par une cavitation intergranulaire importante et pour l'augmenter il faut tenir compte de ce facteur aussi.     

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 Influence of Rolling Practice on Fracture Properties of Hot Rolled Plate

Abstract

The fracture behaviour of ferrite-pearlite steels finish-rolled in the (α + γ) region has been investigated and correlated with specific microstructural features. The effect of increasing the amount of deformation at lower temperatures in the (α + γ) region is to skew the ferrite grain-size distribution toward larger grain sizes at the same mean value of ferrite grain size, and to increase the dislocation density of the ferrite. In addition, the proportion of large ferrite grains oriented with (001) parallel to the rolling plane is increased. In conventional fracture tests it was observed that the lower finish rolling temperature did not alter either the impact transition temperature or the K_1C value for cleavage (measured at – 196°C). However, the through-thickness fracture properties deteriorate with lower finish rolling temperature because of the increased ease of nucleating microcracks at arrays of inclusions as well as the preferential nucleation of cleavage cracks in the large ferrite grains oriented parallel to (001). The results indicate that the variation of through thickness properties with rolling practice is a sensitive indicator for optimizing hot rolling practice.

Résumé

Le comportement lors d'essais de rupture d'aciers laminés ferrite-perlite a été étudié et corrélé à la microstructure obtenue pour des températures de finition dans la région (α + γ). L'effet d'augmenter la déformation pour de basses températures dans la région (α + γ) est de déplacer la distribution de la grosseur du grain de la ferrite vers de plus grandes valeurs dela grosseur du grain pour une même valeur moyenne et d'accroître la densité de dislocations de la ferrite. De plus, la proportion de gros grains de ferrite orientés avec les plans (001) parallels au plan de laminage est accru. Pour des essais de rupture conventionnels, la température de transition lors d'essais d'impact ou la valeur K_1C pour le clivage (mesurée à – 196°C) ne sont pas affectées par une température de finition basse. Cependant, les proprietes de rupture mesurées dans le sens travers court sont abaissées dû à une plus grande facilit;amp;#x00E9; d'amorcer des microfissures pres d'amoncellements d'inclusions et l'amorce préférentielle de fissures de clivage dans de gros grains de ferrite orientes parallèlement à (001). Les résultats indiquent que l'effet de la pratique de laminage sur les propriétés mecaniques dans le sens travers court serait un bon indice pour optimiser la procédure de laminage.     

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.     

A Comparative Study of the Kinetics of Interface Diffusion Controlled Transformations In Fe-Zn Alloys

Abstract

A comparative study of the kinetics of discontinuous precipitation, coarsening and dissolution, diffusion induced grain boundary migration and grain growth has been carried out in Fe-Zn alloys. Except for cells of the discontinuous coarsening reaction, rates of migration of the cell boundaries of precipitation and dissolution and diffusion induced grain boundary migration (DIGM) rates lie within an order of magnitude of each other. The rate of cell boundary migration during discontinuous coarsening is two orders of magnitude smaller than those for the four transformation processes mentioned above. The kinetics (of minimum rate) of grain growth which occurs after long annealing times is comparable to the discontinuous precipitation and coarsening in the Fe-Zn alloy. The kinetics (of maximum rate) of grain growth, which corresponds to short annealing times, are comparable to the discontinuous dissolution and DIGM. The diffusivity values lie within an order of magnitude of the boundary diffusivity during grain growth when considered at the same temperature (extrapolated). Although the driving force differs by four orders of magnitude from as low as 0.08 Jmol^?1 for grain growth to 1420 Jmol^?1 for DIGM at 923 °K, the small difference in the diffusivity (kD_bδ) predicts that the conduit for solute transport is the same for the above transformations.

On a effectué une étude comparative de la cinétique de précipitation discontinue, de grossissement et de dissolution, de migration de joints de grain induite par diffusion (DIGM) et de croissance de grain, d'alliages de Fe-Zn. À l'exception des cellules de réaction de grossissement discontinu, le taux de migration des joints de cellules de précipitation, de dissolution ainsi que le taux de migration de joints de grain induite par diffusion se situent à un ordre de grandeur l'un de l'autre. Le taux de migration du joint de la cellule lors du grossissement discontinu est de deux ordres de grandeur plus petit que celui des quatre procédés de transformation mentionnés ci-dessus. La cinétique (taux minimum) de croissance de grain qui se produit après une longue durée de recuit est comparable à la précipitation discontinue et au grossissement de l'alliage Fe-Zn. La cinétique (taux maximum) de croissance de grain qui correspond à de courtes périodes de recuit est comparable à la dissolution discontinue et à “DIGM”. Les valeurs de diffusivité se situent à un ordre de grandeur de la diffusivité du joint lors de la croissance de grain lorsque considérée à la même température (extrapolée). Bien que la force directrice diffère par quatre ordres de grandeur, allant de 0.08 Jmol^?1 pour la croissance de grain jusqu'à 1420 Jmol^?1 à 923 °K pour “DGIM”, la petite différence de diffusivité (kD_bδ) prédit que le conduit pour le transport de soluté est le même pour les transformations ci-dessus.     

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.     

Measurement and Modeling of Heat Transfer Across Interfacial Mold Flux Layers

Abstract

Surface quality problems in continuous cast steel are greatly affected by heat transfer across the interfacial layers in the gap between the solidifying steel shell and the mold. An experimental apparatus has been constructed to measure temperatures in the steel, mold flux layers, and copper under conditions approximating those in continuous casting. The flux solidified in multiple layers similar to those observed from continuous casting molds and contained many gas bubbles. Flux conductivities average about 1.0 Wm K and appear to evolve with time. Contact resistances at both interfaces are significant and average about 0.0015 m². KW. Flux crystallization appears to be the only significant effect of flux composition. The one glassy flux tested had much greater thermal conductivities, presumably due to radiation transport. Temperature and gap thickness had a negligible effect on the properties. These properties depend on the model used to extract them. They are being implemented into a mathematical model to simulate heat transfer in the mold, interface, and solidifying shell of a continuous slab-casting machine. © 2000 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Résumé

Les problèmes de qualité de surface de l'acier de coulée continue sont grandement affectés parle transfert de chaleur à travers les couches interfaciales dans l'intervalle entre la gaine d'acier en train de se solidifier et le moule. On a construit un appareil expérimental afin de mesurer la température de l'acier, des couches d'écoulement du moule et du cuivre sous des conditions appro chant celles de la coulée continue. L'écoulement s'est solidifié en couches multiples similaires à celles observees dans les moules de coulée continue et celles-ci contenaient plusieurs bulles de gaz. La moyenne de conductivité de l'écoulement est d'environ 1.0 Wm K et semble évoluer avec le temps. La résistance de contact aux deux interfaces est importante et atteint en moyenne environ 0.0015 m².kw. La cristallisation de l'écoulement parait etre le seul effet important de la composition du flux. Le seul écoulement vitreux évalué avait une conductivité thermique beaucoup plus élevée, vraisemblablement dil au transport parradiation. La température et la largeur de l'intervalle avaient un effet négligeable sur les propriétés. Ces propriétés dépendent du modèle utilisé pour les extraire. On est en train de les développer en un modéle mathématique afin de simuler le transfert de chaleur dans le moule, à l'interface et dans la gaine de solidification d'un appareil de coulée continue de brame. © 2000 Canadian Institute of Mining and Metallurgy.Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.     

Growth of phosphorus concentrating phase in modified steelmaking slags

Abstract

Recycling steel slag to metallurgical process requires removing phosphorus from slag. In this paper, solidification experiments of converter slag modified by SiO₂ at three isothermal temperatures with several durations were performed at air conditions from superheating temperature (1520°C). Grain size evolution of P concentrating phase (C₂S, dicalcium silicate) was investigated. Results show that crystal size distributions of C₂S can be fitted by lognormal distributions, the average size of C₂S increases with increasing dwelling time and grows faster at higher holding temperature, and the relationship between average size of C₂S and holding time can be best described by equation D?=?kt^m. It is concluded that the growth mechanism of C₂S is diffusion controlled, and higher isothermal temperature promotes the growth of C₂S.

Le recyclage de la scorie de l’acier par un procédé métallurgique nécessite l’enlèvement du phosphore de la scorie. Dans cet article, on discute d’expériences de solidification de scorie de convertisseur modifiée par du SiO₄ à trois températures isothermes avec durées variées, effectuées à l’air à partir d’une température de surchauffage (1520°C). On a examiné l’évolution de la taille de grain de la phase de concentration du P (C₂S, silicate dicalcique). Les résultats montrent que l’on peut ajuster les distributions de la taille de cristal (CSD) du C₂S à une distribution log-normale, que la taille moyenne du C₂S augmente avec l’augmentation du temps de résidence et croît plus vite à une température plus élevée de rétention et que la relation entre la taille moyenne du C₂S et la durée de rétention est bien décrite par l’équation D?=?kt^m. On conclut que le mécanisme de croissance du C₂S est contrôlé par la diffusion et que la température isotherme la plus élevée favorise la croissance du C₂S.     

A numerical method for evaluating and predicting high-temperature thermal properties of carbides

Abstract

A numerical method has been developed to evaluate the high-temperature heat content data of solids. Although the method has been successfully applied to several refractory metal carbide phases only, it is equally applicable to any kind of solids. Moreover, this method allows one to predict heat content values of solids at high temperatures where data are lacking. Predictions of bulk modulus values at room temperature and heat content values at non-stoichiometric compositions for alloys with wide range of homogeneity are possible but the validity of the predictions has not been entirely established due to lack of sufficient data in the literature.

Résumé.

On a mis au point une méthode numérique d'evaluation des données d'enthalpie à haute température pour les solides. Quoique la méthode n'ait été, jusqu'ici, utilisée que pour plusieurs phases de carbures de métaux réfractaires (et ce, avec succès), elle s'applique à tous les types de solides. De plus, cette méthode permet de prédire les valeurs d'enthalpie des solides à des températures elevées lorsque les données ne sont pas disponibles. On peut aussi prédire les valeurs du module global à l'ambiante et les valeurs de l'enthalpie pour des compositions non stoïchiometriques, dans le cas d'alliages ayant un large intervalle d'homogénéité. Cependant, la validité des prédictions n'a pu être démontrée avec certitude par suite d'un manq ue de données dans la littérature.     

Reduction of Ilmenite Concentrates By Methane Containing Gas,Part II: Effects of Preoxidation and Sintering

Abstract

Reduction of preoxidized and sintered ilmenite concentrates by a CH₄-H₂-Ar gas mixture was investigated in a laboratory fixed bed reactor in temperature programmed experiments. The ilmenite concentrates contained different concentrations of TiO2 (55.6-71.5wt%) and iron oxide (Fe_total 14.5-28.2wt%).

In the reduction of ilmenite by hydrogen, during ramping reduction temperature from 230 to 1100 °C, only iron oxides were reduced to metallic iron and the reduction was not complete. The reduction of titania was slight. The ilmenite concentrates were reduced by CH₄-H₂-Ar gas mixture to metallic iron and titanium oxycarbide. Preoxidation and sintering of ilmenite concentrates changed their phase composition and caused a sharp decrease in specific surface area of raw materials and an increase in carburization temperature. Sintering also increased the metallization temperature of iron.

On a étudié, dans un reacteur de laboratoire à lit fixe, lors d'experiences à températures programmées, la réduction de concentrés d'ilménites pre-oxydes et frittes par un melange de gaz de CH4-H2-Ar. Les concentres d'ilmenites contenaient differentes concentrations de TiO2 (55.6-71.5% en poids) et d'oxyde de fer (Fetotal 14.5-28.2% en poids).

Au cours de la réduction de l'ilménite par l'hydrogene, lors de l'augmentation de temperature de réduction de 230 à 1100 °C, seuls les oxydes de fer etaient réduits en fer métallique et, de plus, la réduction n'était pas compléte. La réduction du dioxyde de titane était faible. Les concentrés d'ilménites ont été réduits par le mélange de gaz CH₄-H₂-Ar en fer métallique et en oxycarbure de titane. La préoxydation et le frittage des concentrés d'ilménite ont change leur composition de phase et ont causé une diminution marquée de la surface specifique des matériaux bruts ainsi qu'une augmentation de la température de cémentation. Le frittage a également augmenté la température de métallisation du fer.     

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.     

Thermal reduction of olivine by calcium carbide and by silicon in the presence of calcium oxide

Abstract

The vapour pressures over the reactants olivine - calcium-carbide and olivine - silicon - calcium oxide have been measured over the temperature ranges 1115 to 1190°C and 1045 to 1165°C, respectively. The equilibrium reactions do not involve olivine since this material readily decomposes in the presence of CaC₂ or CaO. In the calcium carbide reduction, the reaction mechanism depends on the ratio of olivine to calcium carbide in the charge. In the silicon reduction, the equilibrium-pressures are essentially the same as those for the corresponding reduction of dolomite. The possible role of an intermediate calcium-silicon alloy in the latter case is discussed.

Résumé

Les auteurs ont mesuré les tensions de vapeur au-dessus des réactifs olivine - carbure de calcium et olivine - silicium - oxyde de calcium à des intervalles de température de 1115 à 1190°C et de 1045 a 1165°C respectivement. Les réactions de'équilibre n'impliquent pas l'olivine car ce composé se décompose en présence du CaC₂ ou du CaO. Dans le cas de la réduction du carbure de calcium, les mécanismes de réaction dépendent de la proportion d'olivine et du carbure de calcium dans la charge. Pour la réduction du silicium, les pressions à l'equilibre sont essentiellement les mêmes que celles pour la réaction équivalente avec la dolomite. Le rôle possible d'un composé intermédiaire calcium - silicium dans le dernier cas est discuté.     

Modeling of Casting Solidification Stochastic or Deterministic?

Abstract

Solidification modeling has had a phenomenal impact on metalcasting in the last decade. Following its initial success in predicting the occurrence of porosity defects, it has grown to be an essential casting engineering tool. As more complex models have been developed (in response to the realization that simple heat flow models were not adequate to solve the shrinkage problem), they are being used to design more efficient gating and risering systems, which minimize the amount of metal poured to produce a good casting. Models today include predictions of fluid flow during mold filling, casting distortion, mold-metal interface reactions and cast structure.

Until a few years ago solidification simulation was based only on deterministic models. As prediction of microstructural evolution became a contemporary problem, the limitation of deterministic models in predicting such features as dendrite coherency, columnar-to-equiaxed transition, dendrite fragmentation

and movement of dendrites by the liquid, became evident. Recently developed stochastic models for solidification are capable of simulating and displaying the growth of columnar and equiaxed grains. However, the physics of dendritic growth is rather approximate. The growth of dendrite arms and their branching are ignored, and only a bulk representation of the grain growth is provided.

A micro-scale approach for more accurate dendritic growth simulation in casting processes is presented in this paper. The model couples stochastic modeling at a length scale of 10^?6 m, with deterministic modeling at a length scale of 10^?4 m. A deterministic tip-velocity model is used to calculate the advance of the dendrite tip. Arm thickening is also calculated with a deterministic law derived from the dendrite tip velocity law and crystallographic considerations in combination with a deterministic coarsening model. However, the overall growth of dendrite arms is derived from probabilistic calculations. Branching of dendrites arm is allowed to occur based on morphologic instability. Thus the dendrite morphology, rather than the gain structure can be simulated.

A discussion on the advantages and limitations of contemporary deterministic and stochastic models is also included. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Résumé

La modélisation de la solidification a eu un impact phénomenal sur le coulage des metaux au cours de la derniere decennie. A la suite de son succes initial a predire l'occurrence de porosite, la modelisation est devenue un outil d'ingenierie essentiel pour lecoulage. Puisque des modeles plus complexes ont été développes (suite à la réalisation que de simples modéles d'écoulement de chaleur n'étaient pas adequats pour la resolution du probleme de retrait), ceux-ci sont utilises pour concevoir des systemes plus efficaces d'attaqué de coulée et de disposition de masselottés. Ces systemés minimisént ainsi la quantité de metal versée pour la production d'un bon coulage. Les modéles d'aujourd'hui peuvent prediré l'écoulement de fluide lors du remplissage du moulè, la distorsion des coulages, les réactions à l'interface moule-metal et la structure du coulage.

Jusqu'à il y a quelques années, la simulation de la solidification était basée uniquement sur des modèles déterministes. Puisque la prediction de l'évolution de la microstructure est devenue un probleme contemporain, la limitation des modéles déterministes à prédire des caracteristiques telles que la coherence des dendrites, la transition basaltique-à-équiaxe, la fragmentation et le mouvement des dendrites par le liquide, est devenue evidente. Les modeles stochastiques de solidification, développes recemment, sont capables de simuler et d'exposer la croissance de grains basaltiques et équiaxes. Cependant, la physique de la croissance des dendrités est plutot approximative. La croissance des dendrites et de leurs embranchements est ignorée et seulement une representation en vrac de la croissance de grain est fournie.

Dans ce document, on présente une approche à l'échelle microscopique afin de fournir une simulation plus exacte de la croissance de dendrite, dans les procedes de coulage. Le modele associé la modélisation stochastique, à une echelle de longueur de 10⁶ m, avec la modelisation deterministe, à une échelle de longueur de 10⁴m. Un modele deterministe de velocite a l'éxtremite est utilise pour calculer l'avance de l'extremite du dendrite. L'épaississement du bras est aussi calcule avec une loi deterministe derivée de la loi de velocité a l'extremité du dendrite et de considerations cristallographiques en combinaison avec un modéle de grossissement deterministe. Cependant, la croissance generale des dendrites est derivée de calculs probabilistes. L'embranchement des dendrites est permis en se basant sur l'instabilite morphologiqué. Ainsi, on peut simuler la morphologie de dendrite, plutot que la structure de grain.

On inclut également une discussion des avantages et des limites des modéles deterministes et stochastiques contemporains. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.     

Kinetics of the Lime Enhanced Reduction of Cu2S With Carbon

Abstract

The rate of reduction of Cu₂S with carbon in the presence of lime was investigated in the temperature range of 900 to 1050 °C by means of thermogravimetric analysis.

The composition of the gas phase evolving during the reduction of Cu₂S was determined. The effects of temperature, the amount of carbon and the amount of CaO on the reduction rate were also determined. The results indicate that reduction of Cu₂S to Cu proceeded through the gaseous intermediates of CO and CO₂. The controlling step of the overall kinetics was the oxidation of carbon by CO₂. Temperature had the largest influence on the reduction rate. An energy of activation of 363 kJ/mol was calculated for the reduction of Cu₂S with carbon in the presence of CaO within the temperature range of 900 to 1050 °C.

On a étudié le taux de réduction du Cu₂S par le carbone, en présence de chaux, dans la gamme de température allant de 900 à 1050 °C, au moyen d'analyse thermogravimétrique.

On a déterminé la composition de la phase gazeuse dégagée lors de la réduction du Cu₂S. On a également déterminé l'effet de la température et de la quantité de carbone et de CaO sur le taux de réduction. Les résultats indiquent que la réduction du Cu₂S en Cu passait par les intermédiaires gazeux CO et CO₂. L'étape de contrôle de la cinétique était l'oxydation du carbone par le CO₂. La température avait la plus grande influence sur le taux de réduction. On a calculé une énergie d'activation de 363 kJ/mole pour la réduction du Cu₂S par le carbone, en présence de CaO, dans la gamme de température de 900 à 1050 °C.     

Growth of Austenite in the Intercritical Annealing of Fe-C-Mn Dual Phase Steels

Abstract

The growth of austenite during the intercritical annealing of a ternary Fe-C-Mn alloy is analysed, using a local equilibrium model. It is shown that austenite growth is first controlled by the diffusion of carbon. These initial stages are usually complete within a few seconds and are followed by a period of slow manganese-diffusion-controlled growth. The analysis predicts the partitioning of manganese, such that both the austenite and ferrite phases become non-uniform in Mn in relatively short times. Electron probe analyses are presented to support this conclusion.

The change in austenite volume fraction on cooling from intercritical annealing temperatures is discussed. It is shown that manganese partitioning, developed during isothermal processing can act to “lock” the ferrite-austenite interfaces, so that the high-temperature austenite precipitate size is retained on cooling.

Résumé

La croissance de l'austénite pendant le revenu intercritique d'un alliage ternaire Fe-C-Mn est analysée en utilisant un modéle de l'équilibre local. Nous avons montré que la croissance de l'austenite est tout d'abord contrôlée par la diffusion de carbone. Ces étapes initiales sont habituellement complétées en dedans de quelques secondes et sont suivies par une période de croissance lente contrôlée par la diffusion du manganèse. L'analyse predit la répartition du manganèse, de telle façon que les phases austénitique et ferritique deviennent non-uniformes en Mn en des temps relativement courts. Des analyses à la microsonde sont présentées qui supportent cette conclusion.

Le changement de la fraction volumique d'austénite au refroidissement à partir des températures de revenu intercritique est discuté. Nous avons montré que la ségrégation du manganèse développée pendant le traitement isotherme peut agir pour bloquer les interfaces ferrite-austénite de telle façon que la taille du précipité d'austenite obtenu à haute température est conservée au refroidissement.     

A new insight into grain growth kinetics in terms of polygonized sub-structure development

Abstract

Multi- and double-annealing techniques have been used to study modifications in grain growth kinetics due to thermal cycling in aluminum, lead and tin of different purities.

The results indicate that thermal cycling brings about polygonization in high purity aluminum, lead and tin. The evolution of this substructure depends on the nature and amount of impurities as well as on the parameters of the annealing treatment.

The observed changes in the growth kinetics are a direct result of the development of the polygonized substructure which interacts with the grain boundaries and leads to modification of their topography, as revealed by the liquid gallium grain boundary separation technique.

A physical model based on the gradual evolution of this substructure and its interaction with the grain boundaries has been put forward to explain qualitatively the observed modifications in the grain growth kinetics.

Résumé

Dans l'aluminium, le plomb et l'étain de différentes puretés, les auteurs ont utilisé les techniques de recuits double et multiple pour étudier les modifications dans la cinétique de croissance du grain, dues au cyclage thermique.

Les résultats expérimentaux révèlent que le cyclage thermique induit une polygonisation dans l'aluminium, le plomb et l'étain de haute pureté. L'évolution de cette sous-structure dépend de la nature et du niveau d'impuretés, ainsi que des paramètres du traitement de recuits.

Les modifications observées dans la cinétique de croissance sont des effets directs du développement de la sous-structure polygonisée, qui interagit avec les join ts de grains et conduit à une modification de leur topographie, comme le révèle la technique de décohesion intergranulaire au gallium liquide.

Un modèle physique faisant appel à l'évolution graduelle de cette sous-structure et à son interaction avec les joints de grains est proposé par les auteurs pour expliquer qualitativement les modifications observées dans la cinétique de croissance du grain.     

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.     

A Perspective of Research and Development in North American Steelmaking

Abstract

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

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