The formation and composition of the fluoride emissions from aluminum cells

Abstract

A survey of information in the literature regarding the total fluoride consumption per ton of aluminum produced in many plants, and the amount of fluorides retrieved from the anode gas is given. A quantitative calculation is presented for the fluoride emissions generated by vaporization from the melt, based on data for vapour pressures of sodium fluoride-aluminum fluoride melts with relevant additions. While vaporization is a significant source of fluoride emissions, other and equally important mechanisms must also contribute to the emission rates reported from the aluminum smelting industry.

Possible reactions between the moisture content of the feed and the molten fluorides are discussed. Water introduced with the feed may, in part, lead to hydrolysis reactions in the fluoride melt, and may also be partly reduced to hydrogen. Another source of hydrogen is the materials of the anode. Theoretical considerations as well as experimental evidence indicates that part of the hydrogen may be anodically oxidized to hydrogen fluoride which gives a significant contribution to the total fluoride emission rate. The reactions of water vapour with the fluoride-containing vapour from the melt will alter the chemical composition of the emissions but will not contribute to the emission rate.

Separate consideration is given to the fluoride emissions during the start of new cells and during anode effect.

The observed fluoride emission rates may be ascribed to three principal mechanisms: (1) Vaporization from the molten electrolyte; (2) primary generation of hydrogen fluoride in the cell; (3) the entrainment of liquid droplets and solid dust. Available evidence indicates that these three mechanisms are of about equal significance.

Résumé

Les auteurs font un relevé bibliographique de la consommation totale de fluorure par tonne d'aluminium produit dans de nombreuses usines et de la quantité de fluorures récupérés dans les gaze En se basant sur les pressions de vapeur de bains de fluorures de sodium et d'aluminium, les émissions de fluorures par vaporization du bain sont calculées quantitativement. Outre la vaporisation, d'autres mécanismes peuvent etre aussi importants dans l'émission de fluorures et contribuer au taux d'émission total de l'industrie de l'aluminiun.

Les réactions possibles entre l'humidité de l'alimentation et le fluorure fondu sont discutées: l'eau ainsi introduite peut, en partie, conduire à des réactions d'hydrolyse avec le fluorure et peut aussi être partiellement réduite en hydrogéne. L'anode est une autre source d'hydrogène. Des considérations théoriques et des faits expérimentaux indiquent qu'une partie de l'hydrogène peut être oxydée anodiquement en fluorure d'hydrogène et apporter ainsi une contribution importante à l'émission totale de fluorure. Si la réaction entre la vapeur d'eau et les vapeurs de fluorure du bain de fusion changera la composition des émissions, elle ne contribue pas au taux d'émission.

D'autres considérations sont apportées sur les émissions de fluorure pendant le démarrage de nouvelles cellules et pendant l'effet anodique.

Les taux d'emission de fluorure peuvent être imputables à 3 mécanismes principaux: (1) Vaporisation de l'électrolyte liquide; (2) Formation de fluorure d'hydrogène dans la cellule; (3) Entraînement de gouttelettes liquides et de poussières. Ces 3 mécanismes sont d'importance comparable.     

Diffusion du zinc dans les joints de flexion symétriques de l'aluminium

Abstract

Under the experimental conditions employed, and especially for highangle grain boundaries, the penetration distance, the diffusion coefficient and the activation energy for the diffusion of zinc along tilt boundaries in aluminum strongly depend on the misorientation. For a given boundary, the previously mentioned quantities can depend strongly on the diffusion direction, with this anisotropy becoming more marked as the misorientation becomes smaller. The results can be qualitatively explained by the influence of the grain boundary energy distribution, as given by an appropriate structural model of the boundary, on the diffusion along the boundary.

Résumé

La profondeur de pénétration dans des conditions expérimentales données, le coefficient de diffusion et la chaleur d'activation de diffusion du zinc dans des joints de flexion symetriq ues de l'aluminium dépendent beaucoup de la désorientation, en particulier pour les joints de forte désorientation. Pour un joint donné, les quantites précédentes peuvent être très différentes suivant la direction selon laquelle se fait la diffusion, l'anisotropie étant d'autant plus marquée que la désorientation est faible. Ces résultats peuvent s'interpréter qualitativement, en examinant les conséquences sur la diffusion de la répartition de l'énergie intergranulaire entre les atomes du joint, que fournit un modèle de structure intergranulaire approprié.     

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.     

Evaluation of Ultrasonic Inspection Procedures by Field Mapping with an Optical Probe

Abstract

Optical interferometric laser probes can be used to visualize the time variation of ultrasonic displacements produced by conventional transducers and their spatial variations over the surface of a test piece. This information can be used to estimate the ultrasonic field distribution incident on the region of the flaws and then can lead to a better evaluation of the reliability of the whole inspection procedure. In this communication the principles at the basis of such a technique are outlined and the optical probe used to perform the measurement is described. An example where the probe maps the inside and the outside of an Electrical Resistance Welded pipe, in which ultrasound undertakes multiple reflections, is presented.

Résumé

Les sondes laser basées sur l'interférometrie optique peuvent être utilisées pour visualiser les variations temporelles des déplacements ultrasonores produits par des palpeurs conventionnels ainsi que leur variations spatiales à la surface d'un échantillon. Les données ainsi obtenues peuvent servir à estimer la distribution du champ ultrasonore incident dans une zone de défauts et ainsi conduire à une meilleure évaluation de la fiabilité de toute la procedure d'inspection. Dans cette communication, nous présentons les principes à la base d'une telle technique d'évaluation et nous décrivons la sonde optique utilisée. Nous présentons un exemple où la sonde est utilisée pour balayer l'intérieur et l'extérieur d'un tuyau soudé par résistance dans lequel l'ultrason subit des reflections multiples.     

The importance of grain boundary morphology and cohesion on intergranular strength

Abstract

The morphology and constituency at grain boundaries are important in determining the properties of a poly crystalline material. In the present work it is shown that sulphur contents greater than 20 at. ppm. can embrittle nickel and nickel-base superalloys when the sulphur segregates to the grain boundaries and reduces intergranular cohesive strength. Moreover, low ductility can occur in nickel-base superalloy structures with controlled impurity levels when high stress concentrations develop in the grain boundary regions, either because of massive grain boundary shear or because of concentrated slip near grain boundaries.

Résumé

La morphologie et la constitution des join ts de grains sont importantes pour la détermination des propriétés de matériaux poly cristallins. Dans cette étude les auteurs montrent que des concentrations de soufre supérieures à 20 ppm. at. peuvent fragiliser le nickel et des superalliages à base de nickel quand le soufre ségrège aux joints de grains et réduit la cohésion intergranulaire. De plus, dans les superalliages à concentration contrôlée d'impuretés, une faible ductilité peut apparaître quand de fortes concentrations de contraintes se développent aux joints de grains soit sous l'effet de cisaillement massif du joint soit sous l'effet d'un glissement concentré aux joints.     

Studies on the Removal of Harmful Elements During Sintering of Siderite Iron Ore

Abstract

Addition of small amounts of calcium and magnesium chlorides to the sinter charge of siderite iron ore, to minimise the percentages of harmful elements such as Pb, Zn, Cu, Sb and As was successfully performed. Remarkable removal of these elements was achieved during sintering. The produced sinter acquired good physical characters, like Iso tumbler index. The oxidation, desulphurization and reducibility of sinters were satisfactory. X-ray analysis and microscopic examinations indicated the nature and kind of minerals already present in sinters.

Résumé

On a, par l'addition de faibles quantités de chlorures de calcium et de magnésium à la charge lors du frittage d'un minerai de fer et de sidérite, réussi à minimiser les pourcentages d'éléments nocifs tels Pb, Zn, Cu, Sb et As. Pendant le frittage une élimination remarquable de ces éléments a été réalisée. Le produit fritté possède de bonnes caractéristiques physiques, surtout en ce qui a trait à sa résistance à l'abrasion (essais de chutes ISO). L'oxydation, la désulfuration et la réductibilité des produits frittés est satisfaisante. Des analyses par rayons X et des examens microscopiques indiquent la nature et le genre des minéraux présents dans les produits frittés.     

Improvement in Carbon Rail Steels by the Addition of Columbium (Niobium)

Abstract

Increased tonnages over mainline rails has produced rail defects resulting from the steel exceeding its property limits. To compensate for this problem, rail steels have been modified by increased alloy additions and microalloying.

Early work on the addition of columbium (niobium) to carbon rail steels indicated improvement in service life. Columbium appeared to give refinement to the pearlite colony spacing and also decreased the pearlite spacing. Further work by others indicates that by the addition of other alloys the basic rail steel is further improved without loss of weldability. Lowering of the carbon content can add to the effect of the columbium and provide added improvements if properly balanced with alloy additions. These steels can be processed to provide properties equal to or superior to 100% pearlite alloy rail steels.

Résumé

L'augmentation des tonnages transportés sur les principaux tron?ons ferroviaires a produit certains défauts dans les rails existants en appliquant des efforts sur l'acier qui dépassent ses limites. Pour compenser ce probléme, les aciers pour rails ont été modifies en augmentant les additions d'alliage ou bien par micro-alliage.

Les premiers travaux sur l'addition de colombium (niobium) dans les aciers au carbone pour rails ont montré une amélioration de la durée de vie utile. Le colombium semble introduire une amélioration dans l'espacement de la colonie de perlite, et semble également reduire cet espacement. D'autres travaux ont également permis de montrer que, par addition d'autres elements d'alliage, on améliorait encore plus l'acier de base pour rails sans affecter la soudabilité. L'abaissement de la teneur en carbone permet d'ajouter aux effects du colombium et ces améliorations peuvent étre encore plus importantes si l'on recherche un equilibre convenable avec les additions d'éléments d'alliage. Ces aciers peuvent étre traités pour produire des proprietes egales ou supérieures it celles des aciers allies pour rail á structure perlite á 100%.     

Micrbband Formation in Cyclic Extrusion Compression of Aluminum

Abstract

The influence of very large deformations on the properties and microstructures of A199.95 and A199.992 is investigated. The very large deformations are imposed by the cyclic extrusion-compression (CEC) method, which combines extrusion and compression processes. It is found that above true strains of 4 and 8 respectively, the compression proof stresses of A199.992 and A199.95 stabilize. The property stabilization appears to result from the increasing incidence of micro bands which leads to the final constancy of the microstructure parameters. The homogeneous chess-board like microstructure forms during the deformation by the CEC method, as the result of rearrangement of microstructure by the mutually crossing microbands leading to the final dominance of persistent macro shear bands.

Résumé

On a étudié l'influence de très grandes déformations sur les propriétés et la microstructure de l'Al 99.95 et de l'Al 99.992. De très grandes déformations sont imposées par la méthode d'extrusioncompression cyclique (CEC), qui combine des processus d'extrusion et de compression. Au-delà de déformations réelles de 4 et 8 respectivement, les limites apparentes d'élasticité sous compression de l'AI 99.992 et de l'Al 99.95 se stabilisent. Cette stabilisation de la propriété a l'air de résulter de l'augmentation de l'occurrence de micro-bandes, ce qui méne à la constance finale des paramètres de microstructure. La microstructure homogène à apparence d'échiquier se forme lors de la déformation par la méthode CEC, comme résultat du réarrangement de la microstructure par les micro-bandes qui s'entrecroisent mutuellement, menant à la domination finale de bandes persistantes de macro-cisaillement.     

Kinetics of reactions between gases and molten alloys of iron

Abstract

Under conditions where transport in the gas phase is rate determiiling, a unified concept of reactions between gases and solutes dissolved in liquid metals may be based on the equilibrium constant for the reaction. Examples are given for reactions between the gases hydrogen or oxygen and the solutes carbon, sulphur and oxygen dissolved in liquid iron.

Résumé

Quand le transport en phase gazeuse détermine le taux de réaction, un concept unifié de réactions entre des gaz et des solutés dissouts dans un métal liquide peut être basé sur les constants d'équilibre de la réaction. Nous présentons des exemples pour la réaction de l'oxygène ou de l'hydrogène gazeux avec du carbone, du soufre ou de l'oxygène dissouts dans du fer liquide.     

Electrical Conductivities,Densities and Viscosities of Silver Refining Electrolytes

Abstract

Electrical conductivities, densities and viscosities of silver electrolytes in the composition and temperature ranges employed by industrial silver electrorefineries have been measured and equations describing these properties in terms of electrolyte composition and temperature have been developed. Using the experimental results, a comparison of the electrolyte properties in four major silver refineries has been made and criteria for choosing optimum electrolyte compositions have been developed.

Résumé

On a mesuré la conductivityé électrique, le poids spécifique et la viscosité des électrolytes d'argent utilisés dans les usines d'affinage d'argent électrolytique. Ces mesures ont été prises en fonction de la composition et de la gamme des températures que l'on retrouve dans l'industrie et l'on a ensuite mis au point des équations faisant état de ces propriétés en terme de composition et de température. À partir des résultants des expériences on a pu com parer les propriétés des électrolytes dans quatre importantes affineries d'argent et on a mis au point les critères permettant de trouver la composition électrolytique optimale.     

Heat flow in blast furnace hearths

Abstract

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

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

Résumé

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

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

Forces necessary to displace a defect-free grain boundary

Abstract

A systematic study was undertaken to calculate the energy associated with displacing a defect-free grain boundary from its minimum energy configuration. The energy required to slide the two crystals with respect to each other was determined by using pairwise potentials to simulate the atomic interactions. The energy required to displace the crystals was used to determine the forces necessary to displace the two crystals in the grain boundary plane. This study showed that the contours of the energy versus displacement curves were similar in the vicinity of the minimum for displacements in the boundary plane, both parallel and perpendicular to the tilt axis. Furthermore, the energy profiles were similar for both the case where the separation of the two crystals perpendicular to the boundary plane was adjusted to obtain the minimum energy, and the case where the separation was held constant

Several potentials were employed in this study, and the energy contours appeared to be relatively independent of the potential used. However, it was found that those potentials adjusted for truncation of the neighbour separation produced smoother curves and the resulting forces showed less perturbation in the vicinity of the minimum. The conclusion of this study is that for substantial grain boundary displacements to occur in real materials some sort of grain boundary defect would be required, since the forces required to displace defect-free boundaries are higher than observed.

Résumé

Une étude systematique a été entreprise afin de calculer l' énergie requise pour Ie déplacement, à partir de sa configuration d' énergie minimale, d'un joint de grain libre de défaut.

L' énergie requise pour faire glisser les deux cristaux l'un par rapport agrave; l'autre a été déterminée en utilisant des potentiels en couple dans Ie but de simuler les interactions atomiques. L' énergie requise pour Ie déplacement des cristaux a été utilisée pour déterminer les forces nécessaires à ce déplacement dans Ie plan du joint. Cette étude a révélé que les contours d'énergie en fonction des courbes de déplacement sont semblables au voisinage du minimum dans Ie cas de déplacements dans Ie plan du joint, et ce, pour des duections paralléles ou perpendiculaires à l'axe de flexion. De plus, les profils d'énergie sont semblables dans Ie cas pour lequel la séparation entre les deux cristaux, perpendiculaire au plan du joint, était ajustée pour obtenir l' énergie minimale, et également dans les cas pour lesquels la séparation était maintenue con stante.

Plusieurs potentiels furent utilisés dans cette étude et les contours d' énergie se sont révélés ètre relativement indépendants du potential employé. Cependant, il est apparu que les potentiels ajustés pour obtenir une diminution de la distance entre plus proches voisins donnaient des courbes plus lisses et les forces résultantes présentaient moins de variation au voisinage du minimum. La conclusion de cette étude est que tout déplacement important des joints de grains, dans des métaux réels, doivent impliquer certains types de défauts, car les forces requises pour déplacer des joints libres de défaut sont plus élevées que celles observées expérimentalement.     

Principles of metal oxidation

Abstract

The principles governing formation of superficial oxides on metal surfaces are surveyed. Oxide crystals grow on a metal surface by rearrangement and place exchange within metal-oxygen substructures arising from the accumulation of oxygen by adsorption processes. The rate-controlling steps for growth of films are discussed by means of film models describing ion and electron migration under the influence of electrical potential gradients. These condiderations give rise to inverse logarithmic, direct logarithmic, cubic and parabolic time equations for film growth. The most rigorously tested theoretical basis in metal oxidation is that for the parabolic growth of scales based upon ambipolar diffusion of the reactants by point defects in oxides such as interstitials and vacancies. In several instances low resistance diffusion paths in oxides, such as grain boundaries and dislocations, cause leakage paths in films and short-circuit paths in scales. Several cases are discussed, where oxidation is controlled to linear kinetics by phase boundary reaction steps.

Résumé

Les auteurs passent en revue les principes régissant la formation d'oxydes superficiels sur des surfaces métalliques. Les cristaux d'oxyde croissent sur une surface métallique par un réarrangement et un changement de site à l'interieur de la sous-structure métal-oxygène provenant de l'accumulation d'oxygène par adsorption. Ces étapes controllant le taux de croissance des films sont discutées en fonction de modèles decrivant la migration des ions et des électrons sous l'effet de gradients de potentiel électrique. Ces considérations donnent des équations de temps de fonne logarithmique, inverse ou direct, cubique et parabolique pour la croissance des films. La base théorique la plus rigoureuse pour l'oxydation d'un métal est la croissance parabolique de l'oxyde basée sur la diffusion ambipolaire des réactifs par défauts ponctuels dans l'oxyde, interstitiels et lacunes. Dans plusieurs cas, des chemins de diffusion facHes dans les oxydes, joints de grain ou dislocations, fonnent des chemins de fuite dans les films et des courts-circuits dans la calamine. Plusieurs cas pour lesquels l'oxydation est controllée par des réactions en joints de phases amenant une cinétique linéaire sont étudiés.     

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

Abstract

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

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

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

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

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

Résumé

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

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

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

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

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

Thermodynamic analysis and generalized computer program for hydrocarbon (C m H n ) — air mixtures

Abstract

Elastic and elastic-plastic fracture mechanics solutions are modified to predict the growth of short fatigue cracks by introducing an effective crack length, which is equal to the actual crack length increased by an amount l ₀, into the solutions for intensity factors and the J integral method of analysis. Since the threshold stress approaches the fatigue limit of the material as the crack length tends to zero the value of l ₀ can be obtained from the threshold stress intensity factor and the fatigue limit. Crack growth results for short cracks, in both elastic and plastic strain fields of smooth specimens, when interpreted in terms of the modified solutions, show excellent agreement with elastic long crack data. The accuracy of the term l ₀ in predicting crack growth rates for short cracks is found to be independent of the applied strain level. It varies linearly with grain size for low carbon steels and can be considered at the surface as a measure of the reduced flow resistance of surface grains due to their lack of constraint. It also accounts for the effect of the free boundary on the distribution of stresses around the crack tip.

Résumé

Pour la fracture dans les domaines de déformation élastique et élastique-plastique, les équations permettant de prédire la croissance de fissures de fatigue courtes sont modifiees par l'introduction d'une longueur efficace de fissure—qui est égale à la longueur réelle de fissure, plus un terme l ₀—dans les équations définissant les facteurs d'intensité et pour la méthode d'analyse par intégrale J. Puisque la contrainte seuil tend vers la limite de fatigue du matèriau quand la longueur de fissure tend vers zero, la valeur l ₀ peut être obtenue à partir du facteur d'intensityé à la contrainte seuil et de la limite de fatigue.

Dans les domaines de déformation élastique et plastique d' échantillons ductiles, les résultats de propagation de fissures courtes, interprétés en termes de solutions modifiées, sont en excellent accord avec les données de fissures longues dans le domaine élastique.

Pour la prédiction de la propagation de fissures dans le cas de fissures courtes, la précision du terme l ₀ est trouvée être indépendante de la déformation appliquée.

l ₀ varie linéairement avec la taille des grains pour les aciers à bas carbone et peut être considérée comme une mesure de la résistance réduite au fluage des grains de surface, par suite de leur mangue de contrainte. Elle tient également compte de l'effet de bord libre sur la distribution des contraintes autour du bout de la fissure.     

Deformation Twinning in Iron Alloys Containing Dispersed Particles

Abstract

Acoustic emission has been used to detect the onset of twinning in iron polycrystals containing dispersions of second phase particles. A new explanation of the grain size dependence of the twinning stress is offered based on the grain size dependence of the twinning intensity. The grain size dependence of the initial twinning stress and the 0.2 % offset stress are similar; however, at larger grain sizes the rate of twin formation is higher which leads to anomalously large values for the grain size dependence of the macroscopic twinning stress.

Twinning appears to occur due to the attainment of a large local stress concentration and thus the twinning stress is independent of the dispersion of second phase particles although the density of twins may differ in single phase and two phase materials and large second phase particles may result in twin fragmentation. The results indicate major differences between the influence of second phase particles and deformation by slip and twinning.

Résumé

On a utilisé l'émission acoustique pour détecter le début du mâclage dans des polycristaux de fer contenant une seconde phase sous la forme de particules dispersées. On propose une nouvelle explication de la relation entre la contrainte de mâclage et la taille de grain, explication fondée sur la relation entre la taille de grain et l'intensité du mâclage. La contrainte initiale de mâclage et la contrainte à 0.2 % d'allongement ont, avec la taille de grain, des relations similaires. Cependant, pour des tailles de grain élevées, le taux de formation des mâcles est plus élevé et ceci conduit à des valeurs anormalement élevée pour la relation entre la taille de grain et la contrainte macroscopique de màclage.

Il semble que l'apparition du mâdage est due à l'existence de grandes concentrations de contraintes locales et que la contrainte de mâclage est indépendante de la dispersion des particules d'une seconde phase quoique la densité des mâcles peut être différente dans des matériaux à une phase ou deux phases et que les grandes particules d'une seconde phase peuvent causer la fragmentation des mâcles. Les résultats indiquent qu'il existe des différences majeures entre l'influence de particules d'une seconde phase et la déformation par mâclage et glissement.     

Chlorination of a Scheelite-Wolframite Concentrate with Chlorine and Sulphur Dioxide

Abstract

The chlorination of a scheelite-wolframite concentrate with chlorine and sulphur dioxide was studied in order to determine the operative conditions that favor the tungsten extraction. Tests were made in a vertical reactor with a static bed and upward flow of reactive gases. Effects of the flow rates of chlorine and of sulphur dioxide, the reaction time and the reaction temperature on the tungsten extraction were analyzed. The evolution of the tungsten extraction determined in our tests was briefly explained from the volatile and non-volatile reaction products formed in each case. The main reaction products identified were WO₂Cl₂, FeCl₂, FeCl₃, CaSO₄ and CaCl₂. The mechanism and apparent activation energy of the reaction were analyzed from data obtained under non-isothermal conditions. The kinetic analysis shows that the presence of non-volatile reaction products affects the chlorination. Effects of the impurity reactivity, the ratio of tungsten-bearing minerals and the particle size of the concentrate on the chlorination were analyzed. Finally, the operative conditions that allowed a tungsten recovery near 90% were determined.

Résumé

On a étudié la chloration au chlore et au bioxyde de soufre d'un concentré de scheelite-wolframite, afin de déterminer les conditions d'opération qui favorisent l'extraction du tungstàne. On a exécuté des tests dans un réacteur vertical à lit statique, á l'ecoulement vers le haut des gaz réactifs. On a analysé l'effet, sur l'extraction du tungstène, des taux d'écoulement du chlore et du bioxyde de soufre, de la durée de réaction et de la température de réaction. On a expliqué brièvement l'évolution de l'extraction du tungstène, déterminée dans nos tests, à partir des produits de réaction volatiles et non volatiles formés dans chaque cas. Les principaux produits de' réaction identifies étaient le WO₂Cl₂, le FeCl₂, le FeCl₃, le CaSO₄ et le CaCl₂. On a analysé le mécanisme et l'énergie d'activation apparente de la réaction á partir de données obtenues so us conditions non isothermes. L'analyse cinétique montre que la préesence de produits de réaction non volatiles affecte la chloration. On a analysé les effets, sur la chloration, de la réactivité des impuretes, de la proportion des mineraux porteurs de tungstene et de la taille de particule du concentre. Finalement, on a déterminé les conditions d'opération qui permettent la récupération de pràs de 90% du tungstène.     

The orientation dependence of grain boundary motion and the formation of recrystallization textures

Abstract

The theoretical models of grain boundary motion are reviewed and compared with the experimental data on the orientation dependence of this motion. The extent that the experimental data on recrystallization textures (mainly of f.c.c. metals) can be interpreted by the orientation dependence of grain boundary motion is discussed.

Résumé

L'auteur passe en revue les modèles théoriques de migration des joints de grains et les compare aux résultats expérimentaux relatifs à l'influence de l'orientation sur cette migration. Il discute jusqu'à quel point les résultats expérimentaux relatifs aux textures de recristallisation (surtout pour les métaux c.f.c.) peuvent être interprétés en fonction de la désorientation des joints de grains.     

A Perspectival Review of Rail Behavior at the Facility for Accelerated Service Testing

Abstract

The rail metallurgy tests which have been undertaken at the Facility for Accelerated Service Testing are described. The best of the premium metallurgies has been found to wear approximately 3 to 4 times better than standard rail in the unlubricated regime. However, in the lubricated regime, the maximum improvement in wear rate achievable by the use of a premium rail has been found to be only about 50 %. A strong effect of equivalent carbon has been observed for standard and HiSi rail in the underlubricated regime. Reduced wear and metal flow has led to increased fatigue failure of rail. The failure rate of standard rail at FAST is consistent with failure behavior of standard rail elsewhere in U.S. Railroad service when allowances are made for difference in wheel load. The growth of a transverse crack in the head of a rail is shown to be consistent with predictions made from simple linear elastic fracture mechanics considerations where the flexural stresses are augmented by the curving action of the train and substantial axial residual tensile stresses are assumed to exist under the work hardened running surface region of the rail head.

Résumé

Les essais de métallurgie des rails entretenus au Laboratoire d'Essais de Service Accéléré (F.A.S.T.) sont décrits. On constate que les meilleurs aciers primium résistent á l'usure de 3 á 4 fois plus longtemps que les aciers standards, dans un régime non-lubrifié. Cependant, dans le cas d'un regime lubrifié, l'amelioration maximum pour l'utilization d'un rail d'acier primium ne dépasse guére 50 %. Un effet important d'équivalent en carbone a été constate pour le rails standards et de haute teneur in Si (“Hi Si”) dans le régime so us lubrifié. Une réduction en déformation plastique et en usure ont provoqué une augmentation du taux de rupture due à la fatigue. Le taux de rupture du rail standard au F.A.S.T. est corroboré par le comportement des rails standards dans les voies ferrees des E.U. en tenant compte des differences dans les charges des roues. La croissance d'une fissure transversale dans le champignon du rail est compatible avec les prédictions de la mécanique de fracture élastique simple dans le cas ou les efforts en flexion sont augmentes par l'action de direction du train et si l'on admet que des tractions axiales residuelles importantes existent sous la region écrouie de la bande de roulement du champignon du rail.     

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.