PREDICTION OF THE CRYSTALLOGRAPHIC PARAMETERS ASSOCIATED WITH THE MARTENSITIC TRANSFORMATION OBSERVED IN Fe–7.9% Cr–1.11% C ALLOY

Abstract

A twinning system for a lattice invariant shear deformation is considered to analyze crystallographic parameters associated with the fcc to bct martensitic phase transformation in a Fe–7.9% Cr–1.11% C alloy using the infinitesimal deformation (ID) approach. The results of the crystallographic parameters obtained in this study are compared with the experimental results.

On considère un système de maclage pour une déformation par cisaillement à réseau invariant afin d’analyser les paramètres cristallographiques associés à la transformation de phase martensitique de fcc à bct pour l’alliage Fe – 7.9% Cr – 1.11% C, en utilisant l’approche de la déformation infinitésimale (ID). On compare les résultats des paramètres cristallographiques obtenus dans cette étude avec les résultats expérimentaux.     

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.     

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.     

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.     

On enhancement of hypoeutectic aluminium–silicon powder metallurgy alloy

Abstract

Currently, there exists a considerable demand within the automotive industry for the development of aluminium–silicon alloys that can be processed through powder metallurgy (PM) technologies. As such, a study aimed at the development of a new hypoeutectic aluminium–silicon PM alloy (Al–6Si–4·5Cu–0·5Mg–0·2Sn) was recently undertaken. Although the preliminary data were encouraging, it was postulated that a refinement of the bulk alloy chemistry could yield additional gains. In the present work, the sintering response mechanical properties of this alloy were enhanced by making controlled adjustments in composition. The influence of the amount and raw powdered sources of copper, magnesium and tin were the principal variables investigated. Using XRD and metallographic examination, it was determined that a decrease in the copper content to 3·0 wt-% improved ductility significantly. Furthermore, the incorporation of magnesium as an elemental powder versus an Al–Mg master alloy improved sintering behaviour significantly, while tin additions up to 0·2 wt-% increased yield stress and hardness. The optimised alloy exhibited a threefold increase in ductility as well as a 25% gain in yield strength.

Présentement, il existe une grande demande dans l’industrie de l’automobile pour le développement d’alliages aluminium silicium qu’on peut obtenir par les techniques de métallurgie des poudres (PM). Ainsi, on a récemment entrepris une étude visant au développement d’un nouvel alliage hypoeutectique aluminium silicium (Al-6Si-4·5Cu-0·5Mg-0·2Sn) par PM. Bien que les données préliminaires soient encourageantes, on a postulé qu’un raffinement de la chimie de l’alliage brut pourrait produire des gains additionnels. Dans le présent travail, on a amélioré les propriétés mécaniques de la réponse au frittage de cet alliage en faisant des ajustements contrôlés de la composition. L’influence de la quantité et l’influence des sources de poudres brutes de cuivre, de magnésium et d’étain étaient les principales variables examinées. En utilisant la XRD et l’examen métallographique, on a déterminé qu’une diminution de la teneur en cuivre à une valeur de 3·0% en poids améliorait significativement la ductilité. De plus, l’incorporation du magnésium comme poudre élémentaire par rapport à un alliage maître d’Al-Mg améliorait significativement le comportement de frittage, alors que des additions d’étain jusqu’à 0·2% en poids augmentaient la limite élastique et la dureté. L’alliage optimisé exhibait une augmentation triple de la ductilité ainsi qu’un gain de 25% de la limite d’élasticité.     

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

Abstract

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

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

Solid state and smelting reduction of Panzhihua ilmenite concentrate with coke

Abstract

Solid state and smelting reduction of ilmenite is an important process of upgrading ilmenite to high titania feedstock. In this study, an ilmenite concentrate supplied by Panzhihua Iron and Steel (Group) Co. was first reduced at solid state in an electric resistance furnace, followed by smelting reduction in an induction furnace. The effects of reducing agent (carbon) amount on the chemical composition of the solid state reduction sample and the titania slag reduced from them, were analysed. It was found that the metallisation of iron in the solid reduction samples and the grade of titania slag generally increased with increasing carbon amount from 8 to 12%, and then remained constant when the carbon amount was increased above 12%. The content of metallic iron in the titania slag increased with increasing carbon amount, because the slag viscosity and liquidus temperature increased with decreasing FeO content. It was also known that the content of Ti₂O₃ increased with decreasing the content of FeO in the slag. Some metallic iron particles were found in the high titania slag samples. The liquidus lines and viscosity of the slag were calculated using FactSage to explain the experimental results.

La réduction à l’état solide et par fusion de l’ilménite est un procédé important de valorisation de l’ilménite pour charge d’alimentation à haute teneur en dioxyde de titane. Dans cette étude, un concentré d’ilménite fourni par le groupe Panzhihua Iron and Steel Co. a d’abord été réduit à l’état solide dans un four électrique à résistances, suivi par la réduction par fusion dans un four à induction. On a analysé les effets de la quantité d’agent réducteur (carbone) sur la composition chimique de l’échantillon de réduction à l’état solide et de la scorie de dioxyde de titane réduit à partir de lui. On a trouvé que la métallisation du fer dans les échantillons de réduction solide et la qualité de la scorie de dioxyde de titane augmentaient généralement avec une augmentation de la quantité de carbone de 8 à 12%, et ensuite restaient constantes lorsqu’on augmentait la quantité de carbone au-delà de 12%. La teneur en fer métallique dans la scorie de dioxyde de titane augmentait avec l’augmentation de la quantité de carbone, parce que la viscosité de la scorie et la température du liquidus augmentaient avec une diminution de la teneur en FeO. On sait également que la teneur en Ti₂O₃ augmentait avec une diminution de la teneur en FeO dans la scorie. On a trouvé quelques particules de fer métallique dans les échantillons de scorie à haute teneur en dioxyde de titane. On a calculé les lignes de liquidus et la viscosité de la scorie en utilisant FactSage pour expliquer les résultats expérimentaux.     

Electrodeposition of cobalt–tungsten alloys from alkaline citrate containing bath as alternative for chromium hexavalent replacement

Abstract

Cobalt–tungsten alloys have been considered as potential materials for various applications. This work investigates the wear and corrosion resistance behaviour of cobalt–tungsten–phosphorus alloys electroplated from alkaline citrate containing baths. The wear rates of the cobalt–tungsten alloy electrodeposits were lower than those of the unalloyed cobalt electrodeposits. The wear rate was also lower than those of chromium plated from hexavalent chromium plating bath. It was also demonstrated that the addition of small quantities of phosphorus into Co–W alloys improved the corrosion resistance of the alloy. In fact, the addition of phosphorus further improved the corrosion of the alloy exposed to immersion test in comparison to cobalt–tungsten. The cobalt–tungsten alloys without having any phosphorus component were subjected to further oxidation of tungsten component followed by dissolution in deionised water during the immersion tests.

On a considéré des alliages de cobalt et tungstène comme matériaux potentiels pour diverses applications. Ce travail examine le comportement d’usure et de résistance à la corrosion d’alliages de cobalt, tungstène et phosphore déposés par électrolyse, à partir de bains alcalins contenant du citrate. Les taux d’usures des dépôts de l’alliage de cobalt et tungstène étaient plus faibles que ceux des dépôts non alliés de cobalt. Le taux d’usure était également plus faible que ceux de chrome déposés à partir d’un bain de dépôt électrolytique de chrome hexavalent. On a également démontré que l’addition de petites quantités de phosphore dans les alliages de Co–W améliorait la résistance à la corrosion de l’alliage. En fait, l’addition de phosphore améliorait davantage la corrosion de l’alliage exposé à un essai d’immersion par rapport à l’alliage au cobalt et tungstène. Les alliages de cobalt et tungstène, sans la composante de phosphore, étaient sujets à davantage d’oxydation de la composante de tungstène suivie par la dissolution dans de l’eau déionisée lors des essais d’immersion.     

X-ray photoemission electron microscopic study of transformed shear bands in AISI 4340 steel

Abstract

Failures of structural materials under dynamic mechanical loading at high strain rates are commonly initiated by shear strain localisation along adiabatic shear bands, which act as preferential sites for crack initiation and propagation. We have used synchrotron based X-ray photoemission electron microscopy (XPEEM) to identify chemical elements and measure compositional contrast in the shear band in AISI 4340 steel. The high spatial resolution of XPEEM combined with near edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectroscopy is used to study the microstructural evolution in transformed shear bands that formed in quench hardened and tempered AISI 4340 steel under dynamic impact loading. We compared our XPEEM findings with other complementary techniques such as energy dispersive X-ray spectroscopy and scanning electron microscopy to get a complete picture. As in the case of optical and scanning electron microscopy, XPEEM images show a featureless transformed band devoid of the martensite laths found in the parent metal. Interestingly, XPEEM images and corresponding Cr 2p→3d and Ni 2p→3d NEXAFS spectra confirms a compositional contrast in the transformed shear band that resulted in more nickel inside the shear band than in the adjacent region.

Les défaillances des matériaux structuraux sous charge mécanique dynamique à des vitesses élevées de déformation sont communément initiées par la localisation de la déformation de cisaillement le long des bandes de cisaillement adiabatique, lesquelles agissent comme sites préférentiels pour l’amorçage et la propagation de fissure. Nous avons utilisé le synchrotron basé sur la spectromicroscopie d’électrons photo-excités par rayons X (XPEEM) pour identifier les éléments chimiques et pour mesurer le contraste de composition dans la bande de cisaillement de l’acier AISI 4340. La haute résolution spatiale par XPEEM, combinée avec la spectroscopie des structures fines d’absorption X proches du seuil (NEXAFS), est utilisée pour étudier l’évolution de microstructure dans les bandes de cisaillement transformées qui se forment dans l’acier AISI 4340 durci par trempe et revenu sous charge dynamique par impact. Nous avons comparé nos trouvailles par XPEEM à d’autres techniques complémentaires comme la spectroscopie aux rayons X à dispersion d’énergie et la microscopie électronique à balayage afin d’obtenir une image complète. Comme dans le cas de la microscopie optique et électronique à balayage, les images XPEEM montrent une bande transformée sans particularité et sans martensite massive trouvée dans le métal parent. Ce qui est intéressant, c’est que les images XPEEM et les spectres correspondants de NEXAFS Cr 2p →3d et Ni 2p →3d confirment un contraste de composition dans la bande de cisaillement transformée qui a pour résultat la présence de plus de nickel à l’intérieur de la bande de cisaillement que dans la région adjacente.     

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.     

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.     

Electric resistivity of fine chromite ore: measurement and prediction

Abstract

Fine chromite ore is a common raw material used to produce ferrochrome alloy by submerged electric arc furnace process. The electric resistivity of fine chromite ore determines current distribution, which in turn, affects operation efficiency during the process. The effects of particle size and contact area of the particles on the electric resistivity of several types of chromite were investigated at room temperature. The relationship between the electric resistivity of mixed particles and the volume fraction of lump ore to fine ore was also studied. Contact resistivity decreases with increasing box-counting dimension. Finally, a ‘parallel connection circuit model’ for predicting the electric resistivity of the chromite mixture was developed. Results show that electric resistivity increases as particle size increases, and that the electric resistivity of the mixture decreases with increasing volume ratio of fine ore. The electric resistivity calculated by the parallel connection circuit model is consistent with measurements.

Le minerai fin de chromite est un matériau brut commun utilisé dans la production d’alliage de ferrochrome par le procédé du four électrique à arc submergé. La résistivité électrique du minerai fin de chromite détermine la distribution du courant, qui, à son tour, affecte l’efficacité de l’opération lors du procédé. On a examiné, à la température de la pièce, l’effet de la taille de particule et de l’aire de contact des particules sur la résistivité électrique de plusieurs types de chromite. On a également étudié la relation entre la résistivité électrique de particules mélangées et la fraction volumique du minerai en bloc par rapport au minerai fin. La résistivité par contact diminuait avec une augmentation de la dimension de boîtes. Finalement, on a développé un ″modèle de circuit à connexions en parallèle″ pour la prédiction de la résistivité électrique du mélange de chromites. Les résultats montrent que la résistivité électrique augmente avec une augmentation de la taille de particule et que la résistivité électrique du mélange diminue avec une augmentation de la densité relative de minerai fin. La résistivité électrique calculée au moyen du modèle de circuit à connexions en parallèle est en accord avec les mesures.     

Computational study on the behaviours of supersonic jets and their impingement onto molten liquid free surface in BOF steelmaking

A mathematical model is proposed to study the impingement of multiple supersonic jets onto the free surface of the liquid bath containing molten slag and metal in a steelmaking converter by means of volume of fluid (VOF) approach. The applicability of the proposed model is verified by the good agreement with measured and calculated results. The model is then used to study the jet hydrodynamic behaviours such as jet profile, impact force, penetration depth and impact area, as well as time-dependent evolution of cavity, with respect to temperature, operating pressure and lance height. The results show that the temperature effect on total impact force is negligible but significant for penetration depth and impact area. A semi-empirical correlation is used to describe penetration depth under the steelmaking condition of high temperature. It is also shown that the proposed model can reproduce the splashing phenomenon on the bath surface.

On propose un modèle mathématique pour étudier l’impact de jets supersoniques multiples à la surface libre du bain liquide contenant de la scorie et du métal fondus dans un convertisseur de production d’acier, au moyen de l’approche du Volume de Fluide (VOF). On vérifie l’applicabilité du modèle proposé par l’agrément entre les résultats calculés et les résultats mesurés. On utilise ensuite le modèle pour étudier les comportements hydrodynamiques du jet, comme le profil du jet, la force de choc, la profondeur de pénétration et la superficie de l’impact, ainsi que l’évolution de la cavité en fonction du temps par rapport à la température, à la pression d’opération et à la hauteur de la lance. Les résultats montrent que l’effet de la température sur la force totale de choc est négligeable mais qu’il est important pour la profondeur de pénétration et pour la superficie de l’impact. On utilise une corrélation semi-empirique pour décrire la profondeur de pénétration pour la production d’acier à température élevée. On montre également que le modèle proposé peut reproduire le phénomène d’éclaboussement à la surface du bain.     

Improving corrosion resistance of epoxy coatings modified with silane monomers on AZ31D magnesium alloy

Abstract

In recent years, there has been growing interest in developing high performance silane containing epoxy coatings. In this work, two silane monomers (3-glycidoxypropyltrimethoxysilane and vinyltrimethoxy silane) were incorporated in epoxy coatings. The results demonstrated that the incorporation of 5 wt-% 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane in coating formulation improved the anticorrosive performance of the epoxy coating on AZ31D magnesium alloy. The improving effect of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane was much better than that of vinyltrimethoxy silane, which can be ascribed to the compatibility of the former with epoxy vehicle. The adhesion between epoxy coatings and substrate was also strengthened by addition of the two silane monomers.

Ces dernières années, on note un intérêt grandissant dans le développement de revêtements à haute performance de résine époxy contenant du silane. Dans ce travail, on a incorporé deux monomères de silane (3-glycidoxypropyltriméthoxysilane et vinyltriméthoxy silane) dans des revêtements de résine époxy. Les résultats ont démontré que l’incorporation de 5% en poids de 3-glycidoxypropyltriméthoxysilane dans la formule du revêtement améliorait le rendement anti-corrosif du revêtement de résine époxy sur l’alliage au magnésium AZ31D. L’amélioration du 3-glycidoxypropyltriméthoxysilane était bien meilleure que celle du vinyltriméthoxy silane, ce que l’on peut attribuer à la compatibilité du premier avec le véhicule de la résine époxy. L’adhésion entre les revêtements de résine époxy et le substrat était également renforcée par l’addition des deux monomères de silane.     

PERFORMANCE OF HIGH REFLECTANCE MULTIPLE LAYERED THERMAL BARRIER COATING SYSTEMS

Abstract

Afurther increase in gas turbine engine temperature necessitates a continuous development and advancement of thermal barrier coatings. While tremendous effort has been devoted to developing new thermal barrier coating materials and processing methods in order to decrease the thermal conductivity, limited attention has been paid to radiative thermal transport through coatings. It is the purpose of this study to develop a new multiple layered coating structure that can be used to effectively reduce both the radiative thermal transport as well as thermal conductivity and to demonstrate the mechanism and performance of the proposed multiple layered coating structure. Mathematical modelling based on multiple beam interference and simulation results are presented.

Une augmentation supplémentaire de la température de la turbine à gaz nécessite le développement et l’avancement continu des revêtements pour barrière thermique. Alors qu’on a dévolu un effort remarquable au développement de nouveaux matériaux de revêtement pour barrière thermique et aux méthodes de traitements afin de diminuer la conductivité thermique, on a peu porté attention à la transmission thermique radiative à travers les revêtements. C’est le but de cette étude de développer une nouvelle structure de revêtement multicouche, que l’on peut utiliser pour réduire efficacement tant la transmission thermique radiative que la conductivité thermique, et de démontrer le mécanisme et le rendement de la structure proposée de revêtement multicouche. On présente un modèle mathématique basé sur l’interférence à faisceaux multiples ainsi que les résultats de la simulation.     

Electrochemical and corrosion behaviour of stainless steels 316L and 317L in chloridised ammonium sulphate solution

Abstract

The corrosion of stainless steel alloys 316L and 317L in chloridised ammonium sulphate solution at 100°C and varying pH was investigated. Alloy 316L was found to be an adequate material for use in naturally aerated solution within the pH range of 5·4–7·4. At low potentials (<0·23 V) and a high potential (0·75 V), alloy 317L shows better performance. It also exhibits better pitting resistance at high potential, however, in the potential range of 0·23–0·45 V, alloy 316L shows better corrosion resistance. The dissolution of the Mo oxide species is proposed to be the reason for the weak performance of alloy 317L in the potential range of 0·23–0·45 V.

On a examiné la corrosion des aciers inoxydables 316L et 317L dans une solution chlorée de sulfate d’ammonium à 100°C et à pH variable. On a trouvé que l’alliage 316L était un matériel adéquat pour utilisation dans une solution aérée naturellement dans la gamme de pH de 5·4 à 7·4. Aux faibles potentiels (<0·23 V) et à potentiel élevé (0·75 V), l’alliage 317L montrait une meilleure performance. Il exhibait également une meilleure résistance à la corrosion par piqûres à potentiel élevé. Cependant, dans la gamme de potentiel de 0·23–0·45 V, l’alliage 316L montrait une meilleure résistance à la corrosion. On propose la dissolution d’une espèce d’oxyde de Mo comme étant la raison pour la faible performance de l’alliage 317L dans la gamme de potentiel de 0·23–0·45 V.     

Modelling of platinum extraction by Aliquat 336 utilising RSM technique

Abstract

Modelling of platinum extraction from synthetic solution has been conducted using Aliquat 336 in kerosene considering the effects of four variables; contact time, extractant and HCl concentration, as well as aqueous-to-organic (A/O) ratio. Using ‘Design Expert’ software, a mathematical model has been developed with the Response Surface Methodology (RSM) technique and central composite design (CCD). Optimised conditions were also investigated. Our results show that there is huge potential to extract platinum up to 99% using Aliquat 336.

On a effectué la modélisation de l’extraction du platine à partir d’une solution synthétique en utilisant Aliquat 336 dans du kérosène tout en considérant les effets de quatre variables: la durée de contact, la concentration de l’agent d’extraction et du HCl, ainsi que le rapport aqueux-à-organique (A/O). En utilisant le logiciel ‘Design Expert’ on a développé un modèle mathématique au moyen de la méthodologie de surface de réponse (RSM) et d’un plan composé central (CCD). On a également examiné les conditions optimisées. Nos résultats montrent qu’il y a un potentiel énorme permettant d’extraire jusqu’à 99% du platine en utilisant Aliquat 336.     

Particle Discrimination in Water Based Limca (Liquid Metal Cleanliness Analyzer) System

Abstract

A mathematical model has been developed to predict the motion of particles in a water based version of the LiMCA system — APS II (Aqueous Particle Sensor) system. The fluid field entering the electric sensing zone (ESZ) was obtained by solving the Navier-Stokes equations and the trajectories of particles by equations for the motion of particles. The results showed that the motions of the particles inside the parabolic shaped orifice are affected by particle density and size. Entrained micro-bubbles lead the fluid flow, travelling faster than latex micro-spheres, which are slightly denser than the fluid and lag only slightly behind the flow. Silica particles, which are much denser than the fluid, lag significantly behind the flow, accelerating more slowly than latex micro-spheres and much more slowly than bubbles. The relative velocities between the entrained particles and the inflowing water decrease with decreasing particle size. The experimental results showed that 1) larger particles have longer transit times than do smaller ones, 2) bubbles have shorter transit times than do latex spheres and much shorter than do silica particles of the same size and 3) differences in transit times are more pronounced for larger particles in keeping with theoretical predictions. The results prove that inclusion discrimination on the basis of density difference is realizable in water based LiMCA systems.

On a développé un modèle mathématique pour prédire le mouvement des particules dans une version à base d’eau du système “LiMCA” (analyseur de la ‘propreté’ du métal liquide)—système APS II (détecteur aqueux pour particules). On a obtenu le champ fluide entrant la zone de détection électrique (ESZ) en résolvant les équations de Navier-Stokes; on a obtenu la trajectoire des particules par les équations du mouvement des particules. Les résultats montrent que le mouvement des particules à l’intérieur de l’orifice parabolique est affecté par la densité et la taille des particules. Les micro-bulles entraînées conduisent l’écoulement de fluide, voyageant plus vite que les microsphères de latex, qui sont légèrement plus denses que le fluide et ne sont que très légèrement en retard derrière l’écoulement. Les particules de silica, qui sont beaucoup plus denses que le fluide, sont significativement en retard derrière l’écoulement, accélérant plus lentement que les micro-sphères de latex et beaucoup plus lentement que les bulles. La vélocité relative entre les particules entraînées et l’eau d’entrée diminue avec une diminution de la taille des particules. Les résultats expérimentaux montrent que 1) les plus grosses particules ont une durée de passage plus longue que les petites particules, 2) les bulles ont une durée de passage plus courte que les sphères de latex et beaucoup plus courte que les particules de silica de la même taille. 3) Les différences de durée de passage sont plus prononcées pour les plus grosses particules, en accord avec la théorie. Les résultats prouvent que la discrimination d’inclusion sur la base de la différence de densité est réalisable avec un système “LiMCA” à base d’eau.     

Kinetic analysis of silicothermic process under flowing argon atmosphere

The Pidgeon process, a silicothermic reduction of calcined dolomite under vacuum, is the dominant process to make magnesium metal. Experimental data from Morsi et al., were utilised for kinetics analysis of silicothermic reduction of calcined dolomite under argon atmosphere. A number of kinetic models were assessed to evaluate the rate-controlling step in the process. The results suggest that the reaction is controlled by the solid-state diffusion of reactants with the Jander and Ginstling–Brounshtein model providing the best representation of the process kinetics. Mass transfer effects of magnesium vapour from the surface to the bulk gas phase was also analysed. These results suggest that gas–film mass transfer is not the limiting step of the kinetics. Pore diffusion through briquettes is postulated to have some effect on the kinetics but solid-state diffusion is the major rate-limiting step.

Le procédé Pidgeon, une réduction silicothermique sous vide de dolomie calcinée, est le procédé dominant de production de magnésium métallique. On a utilisé les données expérimentales de Morsi et al pour l’analyse cinétique de la réduction silicothermique de dolomie calcinée sous une atmosphère d’argon. On a estimé un certain nombre de modèles cinétiques afin d’évaluer l’étape du procédé cinétiquement limitante. Les résultats suggèrent que la diffusion à l’état solide des réactants contrôle la réaction, le modèle de Jander et Ginstling-Brounshtein fournissant la meilleure représentation de la cinétique du procédé. On a également analysé les effets du transfert massique de la vapeur de magnésium de la surface vers le c?ur de la phase gazeuse. Ces résultats suggèrent que le transfert de masse gaz-film n’est pas l’étape limitante de la cinétique. On postule que la diffusion par pore à travers les briquettes a un certain effet sur la cinétique mais la diffusion à l’état solide est l’étape majeure cinétiquement limitante.     

Furnace refractory practice at Manitoba Rolling Mills

Abstract

Iron is considered as an impurity in aluminium alloys due to its detrimental impact on strength and ductility. Much work has been carried out to reduce the iron levels in recycled aluminium alloys. In this investigation, the influence of Mn additions for reducing the Fe content in an Al–Si alloy has been studied. The experimental results and thermodynamic calculations revealed that a reduction of up to 62%Fe content can be achieved. The major mechanism of iron removal is the formation of the primary α-AlFeMnSi particles when held at lower temperatures. The characteristics and compositions of these particles, which settle on the bottom of the alloy melts, were confirmed using optical microscopy and X-ray diffraction techniques.

Dans les alliages d’aluminium, le fer est considéré comme une impureté en raison de son effet négatif sur la résistance et la ductilité. Des travaux ont été menés pour réduire la quantité de fer dans les alliages d’aluminium recyclé. L’étude menée porte sur l’influence des ajouts de manganèse visant à réduire la teneur en fer dans un alliage Al–Si. Les résultats expérimentaux et les calculs thermodynamiques ont révélé qu’il est possible d’atteindre une réduction de 62% de la teneur en Fe. Le principal mécanisme d’extraction du fer est la formation de particules d’alliage α-AlFeMnSi lorsque des températures plus basses sont maintenues. Les caractéristiques et la composition de ces particules, qui se déposent au bas des fontes d’alliage, ont été confirmées à l’aide de microscopie optique et de techniques de diffraction des rayons X.