On failure mode of resistance spot welded DP980 advanced high strength steel

Abstract

This paper aims at investigating the correlation between metallurgical and mechanical characteristics of DP980 dual phase steel resistance spot welds with attention focused on the transition in failure mode from interfacial to pullout mode during the tensile shear test. It was studied whether the conventional/industrial weld size criteria can produce pullout failure modes for DP980 spot welds. Based on theoretical analysis and experimental results, there is a minimum fusion zone size which beyond that the interfacial failure mode is avoided. Results showed that by increasing welding current, pullout failure mode was promoted due to increasing the fusion zone size and encouraging martensite tempering in subcritical heat affected zone (HAZ). Fusion zone size was proved to be key factor controlling mechanical properties of DP980 welds in terms of peak load, ductility and failure energy.

Ce document vise à examiner la corrélation entre les caractéristiques métallurgiques et mécaniques de soudures par points par résistance de l’acier biphasé DP980, en mettant l’accent sur la transition du mode de défaillance de mode d’interface à mode par arrachement lors de l’essai de traction-cisaillement. On voulait savoir si les critères conventionnels ou industriels de taille de la soudure pouvaient produire des modes de défaillance par arrachement des soudures par points de DP980. L’analyse théorique et les résultats expérimentaux indiquent qu’il y a une taille minimale de la zone de fusion au-delà de laquelle on évite le mode de défaillance d’interface. Les résultats ont montré qu’en augmentant le courant de soudage, le mode de défaillance par arrachement était favorisé, à cause de l’augmentation de la taille de la zone de fusion et de l’encouragement du revenu de la martensite dans la HAZ sous critique. On a démontré que la taille de la zone de fusion constituait une composante clé contrôlant les propriétés mécaniques des soudures de DP980 en ce qui a trait à la charge de pointe, à la ductilité et à l’énergie de défaillance.     

Influence of welding parameters on peak load and energy absorption of dissimilar resistance spot welds of DP600 and AISI 1008 steels

Abstract

This paper addresses the mechanical performance of dissimilar resistance spot welds between DP600 and AISI 1008 low carbon steels. The weldability lobe was established and proper welding conditions to produce welds with sufficient size and without expulsion were determined. Correlations among the process parameters (welding current and welding time), physical spot weld attributes (fusion zone size and electrode indentation depth) and mechanical performance (peak load and energy absorption) were analysed. It was shown that the increases in welding current and welding time result in increases in fusion zone size and electrode indentation depth. In the low heat input welding condition, welds failed in interfacial failure mode. Increasing welding heat input results in sufficient weld size and promotes pullout failure mode with improved mechanical properties in terms of peak load and failure energy. However, a further increase in heat input caused metal expulsion and the failure mode was changed to partial pullout–partial thickness mode with reduced energy absorption capability.

Cet article discute du rendement mécanique de soudures dissimilaires par points entre les alliages à faible carbone DP600 et AISI 1008. On a établi le lobe de soudabilité et l’on a déterminé les conditions appropriées de soudage afin de produire des soudures d’une taille suffisante et sans expulsion. On analyse la corrélation entre les paramètres du processus (courant de soudage et temps de soudage), les attributs physiques de la soudure par points (taille de la zone de fusion et profondeur d’indentation de l’électrode) et le rendement mécanique (charge maximale et absorption d’énergie). On a montré qu’une augmentation du courant de soudage et du temps de soudage avait pour résultat une augmentation de la taille de la zone de fusion et de la profondeur d’indentation de l’électrode. Sous condition de soudage à faible apport de chaleur, les soudures défaillaient en mode de défaillance à l’interface. L’augmentation de l’apport de chaleur de soudage avait pour résultat une taille de soudure suffisante et favorisait le mode de défaillance par arrachement avec des propriétés mécaniques améliorées quant à la charge maximale et à l’énergie de défaillance. Cependant, une augmentation additionnelle de l’apport de chaleur résultait en l’expulsion du métal et le mode de défaillance se changeait en un mode d’arrachement partiel-épaisseur partielle avec capacité réduite d’absorption d’énergie.     

Wear resistance of coke-crushing hammers

Abstract

This work investigated several methods for improving the wear resistance of the 42CrMo4 tool steel used for coke-crushing hammers. The methods embraced heat treatment for obtaining different combinations of strength and ductility of the bulk steel, and surface-engineering processes comprising TiN thin-film deposition using magnetron-sputtering, nitriding and WC/Ni weld deposit surfaced by gas metal arc (GMA) method. The wear-resistance was tested under industrial conditions. Oil quenching and tempering significantly increased the wear resistance in comparison to the as-received condition. Conversely, nitriding and TiN-hard coating did not show any significant improvement. WC/Ni weld deposit provided the best protection against wear, which was caused predominantly by hard abrasive particles present in the coke.

Ce travail a examiné quelques méthodes d’amélioration de la résistance à l’usure de l’acier à outils 42CrMo4, utilisé pour les marteaux de broyage de coke. Les méthodes incluaient le traitement thermique pour l’obtention de combinaisons diverses de résistance et de ductilité de l’acier en vrac, ainsi que les procédés d’ingénierie des surfaces comprenant le dépôt de couche mince de TiN par pulvérisation au magnétron, la nitruration ainsi que le surfaçage par dépôt de soudure de WC/Ni par la méthode de soudure à l’arc sous gaz (GMA). On a évalué la résistance à l’usure en conditions industrielles. La trempe à l’huile avec revenu augmentait significativement la résistance à l’usure par rapport au métal brut d’usinage. Inversement, la nitruration, et le revêtement dur de TiN n’ont pas montré d’amélioration importante. Le dépôt de soudure de WC/Ni fournissait la meilleure protection contre l’usure, qui était principalement causée par les particules abrasives dures présentes dans le coke.     

MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL BEHAVIOUR OF Ni-ALLOYED AUSFORMED AUSTEMPERED DUCTILE IRON

Abstract

The abrasion wear behaviour of ausformed austempered ductile iron (AADI) as well as conventional austempered ductile iron (ADI) was investigated. The effects of both Ni content and rolling reduction during the ausforming process on wear resistance of AADI and ADI were studied thoroughly. The ausforming process has created a finer and more homogeneous ausferrite structure that has a direct influence on the mechanical properties of AADI. Maximum hardness and tensile strength were obtained with a 35% rolling reduction. On the other hand, ductility and impact strength were reduced with increasing rolling reduction during the ausforming process. AADI showed superior abrasion wear resistance due to its finer and harder structure.

On a investigué le comportement de résistance à l’abrasion de la fonte ductile austénitoformée, à trempe étagée bainitique (AADI) ainsi que de la fonte ductile conventionnelle à trempe étagée bainitique (ADI). On a étudié à fond l’effet de la teneur en Ni ainsi que de la réduction par laminage lors du traitement d’austénitoformage sur la résistance à l’usure de l’AADI et de l’ADI. Le traitement d’austénitoformage créait une structure ausferritique plus fine et plus homogène qui a une influence directe sur les propriétés mécaniques de l’AADI. On a obtenu une dureté et une résistance à la traction maximales avec une réduction par laminage de 35%. D’un autre côté, la ductilité et la résistance à l’impact étaient réduites avec une augmentation de la réduction par laminage lors du traitement d’austénitoformage. L’AADI a montré une résistance supérieure à l’abrasion, grâce à sa structure plus fine et plus dure.     

Microstructural investigation of controlled short circuiting gas metal arc welding deposited aluminium–lithium alloy

Controlled short circuiting gas metal arc welding (CSC-GMAW) was investigated as a potential solid freeform fabrication (SFF) process for AA2199. The low heat input of the CSC-GMAW process resulted in a cooling rate on the order of 840–3500°C s^?1 being realised during deposition. The solidification time was then calculated to range between 2–5 ms depending on the location within the weldment. The deposited material displayed a fine (4·3±1 μm) cellular structure, comparable to that previously reported for electron beam welding. Through comparison with the Kurz–Giovanola–Trivedi (KGT) model for microstructural development during solidification, the solidification front velocity (SFV) of the CSC-GMAW process was estimated to be ～2–4·5×10^?4 m s^?1. Chemical analysis revealed lateral segregation of copper to the cell walls. TOF-SIMS revealed a homogeneous lateral lithium distribution, however depth profiling displayed some extent of lithium enrichment at the surface of the deposited material.

On a examiné le soudage à l’arc sous protection gazeuse à court-circuit contrôlé (CSC-GMAW) comme processus potentiel de fabrication en forme libre solide (SFF) pour l’AA2199. Le faible débit de chaleur du processus de CSC-GMAW produisait une vitesse de refroidissement de l’ordre de 840 à 3500°C/s lors du dépôt. On a ensuite calculé que le temps de solidification variait de 2 à 5 ms, dépendant de l’emplacement dans la soudure. Le dépôt montrait une structure cellulaire fine (4·3±1 μm), comparable à la structure rapportée antérieurement pour le soudage par faisceau d’électrons. Par comparaison avec le modèle de Kurz–Giavanola–Trivedi (KGT) de développement de la microstructure lors de la solidification, on a estimé que la vélocité du front de solidification (SFV) du processus de CSC-GMAW était de ～2 à 4·5×10^?4 m s^?1. L’analyse chimique a révélé une ségrégation latérale du cuivre sur les parois de la cellule. TOF-SIMS a révélé une distribution latérale homogène du lithium, cependant le profilage en profondeur a exposé une certaine zone d’enrichissement en lithium à la surface du matériel déposé.     

Nugget formation and growth during resistance spot welding of aluminium alloy 5182

Abstract

Surface interaction at the worksheet/worksheet interface during resistance spot welding of aluminium alloy 5182 with spherical tip electrodes was investigated. Oxide layer cracking and nugget formation were focused. Both experimental work and finite element analysis were employed to explain the contact behaviour at this interface. It was found that sheet separation and thus bending occurred during the squeezing phase of the resistance spot welding process and suggested a profound influence on nugget formation. The sheet separation caused enlarged and aligned cracks in the surface oxide layers which led to a good metal‐to‐metal contact near the periphery of the faying surface. High current densities which occurred at the beginning of the current phase caused significant heat generation in this zone. Consequently, the melting at the faying surface started near the periphery and moved in towards the central zone of the contact region to produce a ‘doughnut shaped’ nugget with a filled‐in but thin central region.

On a étudié l'interaction de la surface à l'interface feuille de travail‐feuille de travail lors du soudage par points par résistance de l'alliage d'aluminium 5182 avec des électrodes à bout sphérique. On s'est concentré sur la fracture de la couche d'oxyde et sur la formation du noyau. On a utilisé tant le travail expérimental que l'analyse par éléments finis pour expliquer le comportement de contact à cette interface. On a trouvé que la séparation de la feuille, et donc le pliage, se produisait lors de la phase de compression du procédé de soudage par points par résistance, suggérant une influence profonde sur la formation du noyau. La séparation de la feuille résultait en fissures agrandies et alignées dans les couches d'oxyde de la surface, ce qui amenait un bon contact de métal à métal près de la périphérie de l'aire de contact. Des densités élevées de courant, qui se produisaient au début de la phase de courant, résultaient en un dégagement important de chaleur dans cette zone. Conséquemment, la fonte de l'aire de contact commençait près de la périphérie et se déplaçait vers la zone centrale de la région de contact, produisant un noyau en forme d'anneau avec une région centrale remplie, mais mince.     

Effect of welding parameters on the mechanical properties of AA2024 aluminium alloy joints welded by resistance seam welding

In this study, sheets of aluminium alloy 2024-T6 of 1?6 mm thickness were welded using the technique of resistance seam welding (RSEW) with different welding parameters. The peak load, energy absorption and failure mode obtained from tensile shear tests were used to describe the mechanical performance of seam welds. The results revealed that the increase in welding current and time and the decrease in electrode force increased tensile shear strength. The interfacial to pullout transition for the AA2024 seam welds occurred at a critical weld nugget (WN) diameter of 3?77 mm. In addition, a hardness evaluation was carried out in order to determine the effect of welding parameters on the welded joints and it was found that the developed heat affected the joint hardness.

Dans cette étude, on a soudé des feuilles d’alliage d’aluminium 2024-T6 de 1·6 mm d’épaisseur en utilisant la technique de soudage par résistance en ligne continue avec différents paramètres de soudage. On a utilisé la charge maximale, l’absorption d’énergie et le mode de défaillance obtenus à partir des essais de traction en cisaillement pour décrire le rendement mécanique des soudures en ligne continue. Les résultats ont révélé que l’augmentation du courant de soudage et de la durée ainsi que la diminution de la force de l’électrode augmentaient la résistance au cisaillement par traction. La transition de l’interface à l’arrachement des soudures en ligne continue de l’AA2024 se produisait à un diamètre critique du noyau de soudure de 3·77 mm. De plus, on a évalué la dureté afin de déterminer l’effet des paramètres de soudage sur les joints soudés. On a trouvé que la chaleur développée affectait la dureté du joint.     

Extractive metals from metallic powders recovered from waste printed circuit boards

Leaching behaviours of metallic powders were investigated using electrically generated chlorine at the anode chamber containing sulphuric acid solution, NaCl and CuSO₄. Various parameters, which included the solid/liquid ratio, current density, concentration of NaCl, CuSO₄, and H₂SO₄, leaching temperature, particle size, and stirring speed, were studied to understand the mechanism of leaching metallic powders. The capability of dissolved metallic powders increased with the increase in all parameters except the solid/liquid ratio. Leaching metallic powders were transport-controlled with a low activation energy of 14·7 kJ mol^?1. The dissolved copper could be transferred from the anodic chamber to the middle chamber by solvent extraction technology. In the electric field, copper ions are transferred from the middle chamber to the cathodic chamber through a cation exchange membrane (CEM) and electrodeposited to form copper foils. The tensile strength and elongation percentage of 65 μm-thick copper foils were 276 Mpa and 10·66%, respectively. The utilisation of metallic powders recovered from waste PCBs (WPCBs) could produce high-performance copper foil.

On a examiné le comportement de lixiviation de poudres métalliques en utilisant du chlore engendré par électricité dans la chambre de l’anode contenant une solution d’acide sulfurique, du NaCl et du CuSO₄. On a étudié une variété de paramètres, incluant le rapport solide à liquide, la densité de courant, la concentration de NaCl, de CuSO₄ et d’H₂SO₄, la température de lixiviation, la taille de particule et la vitesse d’agitation, afin de comprendre le mécanisme de lixiviation des poudres métalliques. La capacité des poudres métalliques dissoutes augmentait avec l’augmentation de tous les paramètres, sauf le rapport solide à liquide. Les poudres métalliques de lixiviation étaient contrôlées par le transport, avec une faible énergie d’activation de 14·7 kJ/mol. On pouvait transférer le cuivre dissous de la chambre anodique à la chambre du milieu au moyen de la technologie d’extraction par solvant. Dans un champ électrique, les ions de cuivre étaient transférés de la chambre du milieu à la chambre cathodique par une membrane d’échange de cation et étaient déposés par galvanoplastie pour former des feuilles de cuivre. La résistance à la traction et le pourcent d’élongation de feuilles de cuivre de 65 μm d’épaisseur étaient respectivement de 276 MPa et de 10·66%. Les poudres métalliques récupérées de cartes de circuit imprimé de rebut pourraient produire une feuille de cuivre à haute performance.     

Influence of stirring conditions on hard anodising of aluminium A6061-T6 shapes

Hard anodising is used to produce relatively thick and adherent coatings in order to improve the hardness, abrasion and corrosion resistance of aluminium components. In typical industrial conditions, the local variation of anodic oxide film thickness is often significant and it affects the dimensional tolerances and reliability of coating thickness. Electrolyte stirring is a simple and effective way to improve the uniformity of the oxide layer thickness. However, very little practical information is available in the literature to guide industry in this regard. In this work, extruded A6061-T6 specimens were anodised in industrial conditions. To reduce the thickness variability of the coating, three methods of electrolyte stirring were studied and compared. Air bubble stirring showed the best coating thickness uniformity and improved control over anodising parameters. However it did not reduce the variability due to metal forming texture.

On utilise l’anodisation dure afin de produire un revêtement d’oxyde épais et adhérent à la surface de pièces en alliage d’aluminium. Ce revêtement accroît la dureté, la résistance à l’abrasion et la résistance à la corrosion des composantes. En milieu industriel, l’épaisseur de la couche d’oxyde a tendance à varier en fonction de la position dans la cellule et même d’un endroit à l’autre sur une pièce, ce qui réduit la précision dimensionnelle. L’agitation de l’électrolyte dans la cellule est un moyen simple et efficace d’améliorer l’uniformité de l’épaisseur du revêtement. Toutefois, très peu d’information est disponible dans la littérature pour guider les industriels et déterminer dans quelle mesure l’agitation permet de réduire cette variabilité. Dans ce travail, des composantes extrudées en alliage A6061-T6 ont été anodisées en milieu industriel. Afin de réduire la variabilité de l’épaisseur de la couche anodisée, trois types d’agitation d’électrolyte dans la cellule ont été étudiés et comparés. L’agitation par bulles d’air a permis d’obtenir la meilleure uniformité de l’épaisseur de la couche anodisée et le meilleur contrôle sur les paramètres d’anodisation. Toutefois, les résultats montrent aussi que l’agitation accentue la différence d’épaisseur de la couche anodisée occasionnée par la texture de laminage ou d’extrusion.     

Effects of ceramic particles and composition on elastic modulus of low density steels for automotive applications

The present work deals with the effects of TiB₂ ceramic particles and selected alloying elements (Al and Mn) on the elastic modulus of steels. Steels and its composite containing varying amounts of Al, Mn and C, and a fixed amount of TiB₂ particles (7·8 wt-% i.e. 13 vol.-%) were made using the bulk route of liquid steel metallurgy. All the materials were processed thermomechanically to sheet form following standard processing routes for automotive sheets. The steels containing only Al exhibited ferritic microstructures whereas addition of Mn and C caused the evolution of ferrite or austenite based duplex microstructures in the material depending on the Mn and C content. On the contrary, large TiB₂ particles formed mainly by eutectic reaction from the liquid state were distributed in the ferritic matrix of the composite. All the investigated materials showed a large density drop in the range of 7·4–12·7%. Al caused a drastic drop in elastic modulus of ferritic steels whereas the elastic modulus was recovered in ferrite based duplex steel by virtue of Mn. On the contrary, Mn did not improve the elastic modulus in austenite based duplex steel. TiB₂ and small amount of TiC particles in the composite were found to increase the elastic modulus by ～19% in as cast condition. However, the elastic modulus of composite showed a dependence on the processing steps with decreases after subsequent hot and cold rolling steps. It was due to the delamination of particle/matrix interface, void formation and fragmentation of reinforcing particles with reduction in thickness of sheet. The elastic modulus of the composite also showed directionality due to specific alignment and various shape of ceramic particles. It was predicted that the performance and weight saving of these materials for automotive applications would be enhanced with a good combination of high strength, low density and high elastic modulus.

Ce travail a pour objet l’effet des particules de céramique de TiB₂ et d’éléments d’alliage choisis (Al et Mn) sur le module d’élasticité des aciers. On a fabriqué des aciers et leurs composites contenant des quantités variables d’Al, de Mn et de C et une quantité fixe de particules de TiB₂ (7·8% en poids, soit 13% en volume) en utilisant la route en vrac de la métallurgie de l’acier brut liquide. On a utilisé le traitement thermomécanique sur tous les matériaux pour former des tôles d’après des routes normales de traitement des tôles d’automobile. Les aciers contenant seulement de l’Al exhibaient des microstructures ferritiques alors que l’addition de Mn et de C résultait en l’évolution de microstructures biphasées à base de ferrite ou d’austénite dans le matériau, dépendant de la teneur en Mn et en C. Au contraire, de grosses particules de TiB₂, formées principalement par réaction eutectique à partir de l’état liquide, étaient distribuées dans la matrice ferritique du composite. Tous les matériaux examinés exhibaient une baisse importante de densité dans la gamme de 7·4 à 12·7%. L’Al avait pour résultat une baisse drastique du module d’élasticité des aciers ferritiques alors que le module d’élasticité était récupéré dans l’acier biphasé à base de ferrite, grâce au Mn. Au contraire, le Mn n’a pas amélioré le module d’élasticité de l’acier biphasé à base d’austénite. On a trouvé que le TiB₂ et une petite quantité de particules de TiC dans le composite augmentaient le module d’élasticité d’environ 19% pour la condition de brut de coulée. Cependant, le module d’élasticité du composite montrait une dépendance sur les étapes de traitement, diminuant avec les étapes subséquentes de laminage à chaud et à froid. Cette baisse résultait du délaminage de l’interface particules et matrice, de la formation de cavité et de la fragmentation des particules de renforcement, avec la réduction de l’épaisseur de la tôle. Le module d’élasticité du composite montrait également une directionnalité résultant de l’alignement des particules de céramique. On a prédit l’amélioration du rendement et de la réduction de poids de ces matériaux pour l’industrie de l’automobile grâce à une bonne combinaison de haute résistance, de faible densité et de module d’élasticité élevé.     

Effect of submerged arc welding parameters on microstructure of SA516 steel weld metal

Abstract

The influence of submerged arc welding (SAW) process parameters on the microstructure of SA516 grade 70 steel weld metal (WM) was investigated in the present work. Steel plates of 17 mm thickness were submerged arc welded using welding currents of 700–850 A and welding speeds of 5·3–15·3 mm s^?1. The morphologies and volume fractions of the various ferrites in the WM were studied using optical microscopy and the morphologies and chemical compositions of the WM inclusions were examined using scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectrometry. The results showed that the WM grain structure coarsened but the grain width of prior austenite grains decreased with increasing heat input. Also, the proportion of acicular ferrite (AF) in the WM increased initially, while the volume fractions of grain boundary ferrite and Widmanstätten ferrite decreased with increasing welding current. However, with further increasing the welding current above 800 A, less AF was produced. The weld nugget area decreased with increasing welding speed at all currents, but did not affect the amount of AF produced.

Au cours de ce travail, on a examiné l’influence des paramètres du procédé de soudage à l’arc sous flux en poudre (SAW) sur la microstructure du métal soudé (WM) de l’acier SA516, Gr. 70. On a soudé à l’arc sous flux en poudre des tôles d’acier de 17 mm d’épaisseur en utilisant des courants de soudage de 700 à 850 A et des vitesses de soudage de 5·3 à 15·3 mm s^?1. On a étudié la morphologie ainsi que la fraction volumique des diverses ferrites du WM en utilisant la microscopie optique et l’on a examiné la morphologie ainsi que la composition chimique des inclusions du WM en utilisant la microscopie électronique à balayage (SEM) et la spectroscopie à dispersion d’énergie (EDS). Les résultats ont montré que la structure de grain du WM grossissait mais que la largeur de grain des grains antérieurs d’austénite diminuait avec une augmentation de l’apport de chaleur. Également, la proportion de ferrite aciculaire (AF) dans le WM augmentait initialement, alors que les fractions volumiques de ferrite des joints de grain (GBF) et de ferrite de Widmanstatten (WF) diminuaient avec l’augmentation du courant de soudage. Cependant, avec une augmentation supplémentaire du courant de soudage au-dessus de 800 A, moins de ferrite aciculaire était produite. La région du noyau de soudure diminuait avec une augmentation de la vitesse de soudage à toutes les valeurs de courant, mais la quantité d’AF produite n’était pas affectée.     

Linear friction welding of Al–Cu: Part 1 – Process evaluation

Abstract

Aluminium–copper assemblies are used as power connectors in various industrial processes. Fusion welding of aluminium to copper faces two main challenges that are related to the high thermal conductivity of the materials and the aggressive reaction between the materials that forms brittle intermetallic phases at the interface. Though high energy density techniques such as electron beam welding can overcome the thermal conductivity issue, only solid state joining techniques can viably manufacture the aluminium–copper assemblies while minimising the formation of the intermetallic phases that are problematic for the electrical conductivity and efficiency of the connector. In this work, an alternative approach for manufacturing the aluminium–copper assemblies has been developed using linear friction welding, an emergent solid state joining technology. The influence of process conditions on the joint integrity and the characteristics of the interface were studied using optical microscopy and electrical conductivity measurements. Under optimum processing conditions, integral joints with limited intermetallic phases at the interface could be repeatedly produced. In comparison with aluminium–copper assemblies manufactured by explosive welding, the fraction and size of the intermetallic phases located at the interface, as well as the extent of the interfacial region over which changes in the properties occur, were determined to be considerably reduced when employing linear friction welding.

Des assemblages d’aluminium-cuivre sont utilisés comme connecteurs d’alimentation dans divers processus industriels. Le soudage par friction de l’aluminium au cuivre fait face à deux obstacles principaux qui sont reliés (1) à la conductivité thermique élevée des matériaux et (2) à la réaction agressive entre les matériaux, ce qui forme des phases intermétalliques fragiles à l’interface. Bien que des techniques à haute densité d’énergie, comme le soudage par faisceau d’électrons, puissent surmonter le problème de la conductivité thermique, seules les techniques d’assemblage par diffusion peuvent fabriquer de façon viable les assemblages d’aluminium-cuivre tout en minimisant la formation des phases intermétalliques qui sont problématiques pour la conductivité électrique et pour le rendement du connecteur. Dans ce travail, on a développé une approche de rechange pour la fabrication d’assemblages d’aluminium-cuivre en utilisant le soudage par friction linéaire (LFW), une technologie émergente d’assemblage par diffusion. On a étudié l’influence des conditions du processus sur l’intégrité de l’assemblage et sur les caractéristiques de l’interface en utilisant la microscopie optique et des mesures de conductivité électrique. Sous des conditions optimales de traitement, on pouvait produire à répétition des joints intégraux avec des phases intermétalliques limitées à l’interface. Par rapport aux assemblages d’aluminium-cuivre fabriqués par soudage par explosion (EW), on a déterminé que la fraction et la taille des phases intermétalliques situées à l’interface, ainsi que l’étendue de la région interfaciale où il se produit des changements de propriétés, étaient considérablement réduites lorsqu’on utilisait le LFW.     

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.     

Interfacial morphologies between NiO–YSZ fuel electrode/316 stainless steel as interconnect material and B‐Ni3 brazing alloy in solid oxide fuel cell system: effect of joint loading during brazing

Abstract

Joining of NiO–YSZ composite with 316 stainless steel was carried out using B‐Ni3 brazing filler alloy (Ni–4·5Si–3·2B–0·06C–0·02P, wt‐%; melting point, 982–1038°C) and two samples were fabricated. On the one hand, interfacial (chemical) reactions during brazing at the NiO–YSZ/316 stainless steel interconnect were promoted only by addition of an electroless nickel plate to NiO–YSZ composite as a coating with relevant process variables and procedures optimised during the electroless nickel plating. On the other hand, moderate loading was applied during brazing normal to the joint surface where electroless nickel plate was coated previously to improve interfacial sealing of the NiO–YSZ cermet anode/316 stainless steel interconnect structure for use in a solid oxide fuel cell. A special fixture for static loading was designed for filler metal alloy strips to be preplaced at the joint surface where static loading was applied perpendicular to it for the promotion of liquid alloy layer formation during brazing. Brazing was performed in a cold wall vacuum furnace at 1080°C and post‐brazing examination of interfacial morphologies between NiO–YSZ composite and 316 stainless steel was performed using SEM and EDS analyses. The results indicate that B‐Ni3 brazing filler alloy was fused fully during brazing and continuous interfacial layer formation and joint integrity were significantly affected by applied static loading during brazing. The loading most probably contributed to promotion of the B‐Ni3 liquid phase formation in the joint. However, the thickness of the interface area remained almost the same at 100?μm for loaded and unloaded joints.

On a assemblé le composite NiO–YSZ avec l’acier inoxydable 316 en utilisant l’alliage d’apport de brasage B‐Ni3 (4·5% en poids Si, 3·2% en poids B, 0·06% en poids C, 0·02% en poids P, et le reste, Ni, point de fusion 982–1038°C) et l’on a fabriqué deux échantillons. D’un côté, on a stimulé les réactions interfaciales (chimiques) lors du brasage à l’interconnexion NiO–YSZ/acier inoxydable 316 uniquement par addition d’un revêtement autocatalytique de nickel au composite NiO/YSZ, les variables pertinentes du procédé et les procédures étant optimisées lors du dépôt autocatalytique de nickel. D’un autre côté, lors du brasage, on a appliqué une charge modérée, normale à la surface du joint, où l’on avait auparavant déposé le nickel autocatalytique, pour améliorer le scellement interfacial de la structure de l’interconnexion de l’anode cermet NiO–YSZ/acier inoxydable 316 pour utilisation dans une SOFC (pile à combustible à oxyde solide). On a créé un montage spécifique pour charge statique pour que les rubans d’alliage de métal d’apport soient préplacés à la surface du joint où la charge statique était appliquée perpendiculaire à celui‐ci pour promouvoir la formation d’une couche d’alliage liquide lors du brasage. On a effectué le brasage dans un four à vide à paroi froide à 1080°C et, après le brasage, on a examiné les morphologies interfaciales entre le composite NiO–YSZ et l’acier inoxydable 316 en utilisant les analyses de SEM et d’EDS. Les résultats indiquent que l’alliage d’apport de brasage B‐Ni3 était complètement fusionné lors du brasage et la formation d’une couche interfaciale, continue, ainsi que l’intégrité du joint étaient affectées significativement par la charge statique appliquée lors du brasage. La charge a fort probablement contribué à la promotion de la formation de la phase liquide de B‐Ni3 dans le joint. Cependant, l’épaisseur de la région d’interface demeurait presque la même à 100?μm pour les joints avec ou sans charge.     

High modulus steels: new requirement of automotive market. How to take up challenge?

Since the last decade, lightening of automotive structure was mainly achieved by gauge reduction using ultrahigh strength steels such as dual phase and transformation induced plasticity grades. However, gauge reduction can significantly reduce the stiffness. Limits are today reached for some applications such as chassis/suspension part. Development of steel with improved specific stiffness becomes more and more relevant to go further in weight reduction. Development of steel matrix composites (SMCs) with ceramic reinforcements is a promising solution. With an appropriate selection of the ceramic, eutectic solidification can be achieved. This natural production route guarantees a good cohesion of the steel/reinforcement interface and the control of the main parameters, which provide final properties of the product (size, shape, clustering of reinforcement). Significant fraction of ceramic can be obtained (10–25 vol.-%). Eutectic SMC can be produced with conventional industrial process such as continuous casting and hot strip mill which guarantees high productivity and low cost.

Depuis la dernière décennie, l’allègement des structures automobiles a été réalisé en grande partie par la réduction des épaisseurs au travers l’utilisation d’aciers à très haute résistance tels que les aciers DP (biphasés) et TRIP (à plasticité induite par transformation). Cependant, cette réduction des épaisseurs peut entraîner une baisse de rigidité. Aujourd’hui, les limites ont été atteintes pour certaines applications telles que les composantes châssis et suspension. Le développement d’acier à rigidité spécifique améliorée devient une voie de développement de plus en plus pertinente pour progresser dans la réduction de poids. Le développement de composites à matrice d’acier et renfort céramique est une solution prometteuse. Au travers d’une sélection appropriée de la céramique, on peut obtenir une solidification eutectique. Cette route naturelle de production des aciers garantit une bonne cohésion de l’interface acier/renfort ainsi que la maîtrise des principaux paramètres qui contrôlent les propriétés finales du produit (taille, forme, agglomération du renfort). Des fractions significatives de renfort céramique peuvent être atteintes (10–25% en volume). Les composites à matrice métallique (CMM) eutectique peuvent être élaborés par des procédés industriels conventionnels tels que la coulée continue ou le laminage à chaud qui garantissent une productivité élevée et un faible coût.     

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.     

Linear friction welding of Al–Cu Part 2 – Interfacial characteristics

Abstract

Metallurgically bonded aluminium–copper assemblies are used as electrical transition pieces in high direct current bus systems to transmit electricity. The brittle, high electrical resistance intermetallics that tend to form at the interface between these two materials are problematic for the electrical conductivity and efficiency of the connector. The manufacture of such assemblies therefore requires low heat input during joining so as to minimise the extent of formation of the intermetallic phases. The application of linear friction welding (LFW), an emerging high energy density solid state joining technology, for this purpose limits the formation of the intermetallic phases and produces more promising interfacial characteristics. In this work, aluminium–copper assemblies with two different geometries, namely, laboratory scale and full scale (customised to actual industrial requirements) were produced by LFW. These were characterised using scanning electron microscopy (SEM), electron probe microanalysis (EPMA) and energy dispersive spectrometry (EDS) to identify the phases at the interface. In order to simulate the in-service behaviour of the aluminium–copper assemblies manufactured by LFW, the laboratory scale samples were heat treated at 300°C. The evolution in the interfacial region was compared with that of post-service connectors produced by explosive welding (EW) and LFW.

Les assemblages d’aluminium–cuivre à joint métallurgique sont utilisés comme pièces de transition électrique dans les systèmes de barre omnibus à courant continu élevé pour transmettre l’électricité. Les intermétalliques fragiles, à haute résistance électrique, qui tendent à se former à l’interface entre ces deux matériaux sont problématiques pour la conductivité électrique et pour le rendement du connecteur. La fabrication de tels assemblages requiert donc un faible apport de chaleur lors de l’assemblage afin de minimiser le degré de formation des phases intermétalliques. L’application du soudage linéaire par friction (LFW), une technologie émergeante d’assemblage par diffusion à haute densité d’énergie, pour cet objectif, limite la formation des phases intermétalliques et produit des caractéristiques interfaciales plus prometteuses. Dans ce travail, des assemblages d’aluminium–cuivre à deux géométries différentes, soit à l’échelle du laboratoire et à pleine échelle (adaptés pour des besoins industriels réels), ont été produits par LFW. On les a caractérisés en utilisant la microscopie électronique à balayage (SEM), la microanalyse par électrons (EPMA) et la spectroscopie à dispersion d’énergie (EDS) afin d’identifier les phases interfaciales. Afin de simuler le comportement en service des assemblages d’aluminium–cuivre fabriqués par LFW, on a traité thermiquement à 300°C les échantillons à l’échelle du laboratoire. On a comparé l’évolution de la région interfaciale à celle de connecteurs d’après service produits par soudage par explosion (EW) et par LFW.     

Effect of particle size distribution on recovery of coarse chalcopyrite and galena in Denver flotation cell

Abstract

The flotation recovery by particle size of single mineral chalcopyrite and galena was studied in a Denver flotation cell, using sodium dicresylthiophosphate (DTP) and sodium isopropyl xanthate (SIPX) as collectors and polypropylene glycol (PPG) as a frother. The study was extended to very coarse particle size (up to 1·6 mm). Froth stability was also measured in parallel to the batch flotation tests, in a specifically designed froth stability column, following the Bikerman approach. It is shown that particles up to 850 μm can be floated successfully, provided they are liberated and hydrophobic. However, the recovery of both chalcopyrite and galena was strongly influenced by the overall particle size distribution, decreasing sharply as the fraction of fines (?106 μm) in the feed also decreased. Rheology measurements showed negligible differences in pulp viscosity, and therefore in the collection zone hydrodynamics, between the different conditions tested. Froth stability, on the contrary, decreased as the feed particle size distribution became coarser. Correlation was found between the amount of fines in the pulp, froth stability and flotation recovery. The recovery of mineral particles is critically dependent on froth stability, which in turn is highly influenced by the overall particle size distribution of the feed material. For these reasons, the study also suggests that it is not possible in batch flotation to determine the rate and recovery of the coarse particle size fractions floating them independently from the fine size fractions.

Dans une cellule de flottation de Denver, on a étudié la récupération par flottation en fonction de la taille de particule d’un minéral unique de chalcopyrite ou de galène, en utilisant du dicrésyle thiophosphate de sodium (DTP) et de l’isopropyle xanthate de sodium (SIPX) comme agents collecteurs et du polypropylène glycol (PPG) comme agent moussant. On a étendu l’étude à la taille de particule très grossière (jusqu’à 1·6 mm). On a également mesuré la stabilité de la mousse en parallèle aux essais de flottation discontinue, dans une colonne de stabilité de la mousse spécialement conçue, d’après l’approche de Bikerman. On montre que l’on peut faire flotter avec succès des particules ayant jusqu’à 850 μm, à la condition qu’elles soient libres et hydrophobes. Cependant, la récupération, tant de la chalcopyrite que de la galène, était fortement influencée par la distribution globale de la taille de particule, diminuant sévèrement à mesure que la fraction de particules fines (?106 μm) dans l’alimentation diminuait. Les mesures de rhéologie montraient des différences négligeables dans la viscosité de la pulpe et ainsi dans l’hydrodynamique de la zone de collection, parmi les différentes conditions évaluées. Au contraire, la stabilité de la mousse diminuait à mesure que la distribution de la taille de particule de l’alimentation devenait plus grossière. On a trouvé une corrélation entre la quantité de particules fines dans la pulpe, la stabilité de la mousse et la récupération par flottation. La récupération des particules minérales dépend, de façon critique, de la stabilité de la mousse qui, à son tour est hautement influencée par la distribution globale de la taille de particule du matériel d’alimentation. Pour ces raisons, l’étude suggère également qu’il n’est pas possible, en flottation discontinue, de déterminer la vitesse et la récupération des fractions de taille de particules grossières, en les faisant flotter indépendamment des fractions de taille fine.     

Development of TiC reinforced austenitic manganese steel

The Fe–17Mn austenitic manganese steel and its in situ composite containing 10 vol.-%TiC were produced by conventional melting and casting technique. The mechanical properties such as hardness, impact toughness, elastic modulus, and impact wear resistance of the steel and composite were evaluated both in the as solutionised (1100°C/1 h/WQ) and secondary processed (forged plus warm rolled) condition. It is observed that an incorporation of hard TiC particles in austenitic manganese steel as well as secondary processing help to increase the hardness, elastic modulus and impact wear resistance, but deteriorate the impact toughness.

On a produit l’acier austénitique au manganèse, Fe–17Mn et son composite in-situ contenant 10% en volume de TiC, par une technique conventionnelle de fusion et de moulage. On a évalué les propriétés mécaniques comme la dureté, la résistance à l’impact, le module d’élasticité et la résistance à l’usure par impact de l’acier et de son composite après traitement de mise en solution (1100°C/1 h/trempé à l’eau) ou après traitement secondaire (forgé et laminé à chaud). On a observé qu’une incorporation de particules dures de TiC dans l’acier austénitique au manganèse, ainsi que le traitement secondaire, augmentait la dureté, le module d’élasticité et la résistance à l’usure par impact, mais détériorait la résistance à l’impact.     

Basic electric furnace slag-line and bank maintenance refractories

Abstract

The balancing of electric furnace lining wear can be accomplished by the use of hot-maintenance refractories in the harsh slag-line and bank wear areas. The maintenance materials used resist severe chemical attack in the slag-line and high-temperature erosion in the banks.

The design of Basic specialty products for these areas is constrained by the necessity for the products to: (1) be applied through a pneumatic gun, (2) adhere on impact with the hot wall and (3) densify within minutes after application. These limitations require that the accepted optimum refractory properties be compromised in maintenance materials.

Raw materials available for formulating Basic specialty products include high-purity periclase, dead-burnt magnesite, dead-burnt dolomite and chrome ore. To these are added binders, plasticizers and sintering aids.

Laboratory-determined physical property data can be related to the mineralogical structure deriving from the raw materials and additives employed, and to the chemical attack and erosion resistance of a given refractory composition. These correlations allow for the design and selection of electric furnace maintenance products based on the specific conditions encountered.

Résumé

On peut égaliser l'usure des revêtements des fours électriques par l'usage des réfractaires entretien-à-ehaud dans les régions d'usure sévère de la ligne du laitier et des banes. Il faut que les matériaux d'entretien résistent à l'attaque chimique sévère dans la ligne du laitier et à l' érosion a hautes témperatures dans les banes.

Le design des produits spéciaux “Basic” pour ces régions est contraint par les conditions que le produit: (1) soit appliqué par pulvérisateur pneumatique (2) s'attache au moment de l'impact avec la paroi chaude, (3) se solidifie quelques minutes apres l'application. Ces restrictions nécessitent un compromis des propriétés réfractaires optimales acceptées dans le cas des matériaux d' entretien.

Les matières premières disponibles pour la fabrication des produits spéciaux “Basic” sont: la periclase de haute purité, la magnésie calcinee, la dolomite calcinée, et le minerai du chrome. En plus, on peut ajouter des agglomérants, des plastifiants, et des produits pour aider le frittageo.

On peut relier les propriétés physiques mesurées dans le laboratoire à la structure minéralogique qui en résulte des matières premières et des additions utilisées, ainsi qu'à l'attaque chimique et à la résistance a l' érosion d'un réfractaire d'une composition donée. Ces corrélations nous permettent de concevoir et de sélectionner des produits d'entretien pour des fours électriques basé sur les conditions spécifiques réelees.