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.     

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.     

Conductive polymer coating for anodes used in zinc electrowinning

Abstract

In this study polypyrrole was coated on the lead silver alloy (0·5 wt-%) using electrochemical synthesis. The performance of the coating on the lead alloy corrosion behaviour in a severe corrosive electrolyte has been evaluated. Also, the morphology of polypyrrole coating was studied utilising scanning electron microscopy (SEM). The results show that the protective layer of polypyrrole decreases the corrosion rate of the anodes by about 30% for the optimum coating condition.

Dans cette étude, on a recouvert l’alliage de plomb et argent (0·5% en poids) avec du polypyrrole en utilisant la synthèse électrochimique. On a évalué le rendement du revêtement sur le comportement à la corrosion de l’alliage de plomb dans l’électrolyte sévèrement corrosif. On a également étudié la morphologie du revêtement de polypyrrole en utilisant le microscopie électronique à balayage (SEM). Les résultats montrent que la couche protectrice de polypyrrole diminue la vitesse de corrosion des anodes par environ 30% en condition optimale du revêtement.     

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.     

Recovery of TiCl4 from the slurry formed in raw titanium tetrachloride by extraction with halogenated hydrocarbon

The recovery of TiCl₄ from the slurry formed in raw titanium tetrachloride was studied and a new environment friendly process was developed by selective extraction, gravity sedimentation and distillation. The results from the experiment confirmed that this technology was an effective method for the recovery of TiCl₄ from the slurry. During selective extraction and gravity sedimentation process, dichloromethane was considered to be the best extractant comparing to chloroform and carbon tetrachloride. Meanwhile, nearly 91% of TiCl₄ was recovered by extracting with dichloromethane in the solvent/slurry (L/S) ratio of 2 : 1 for 5 min. The study of gravity sedimentation also indicates that the concentration of TiCl₄ in the extracting solution should be controlled to ensure the separation of extracting solution and residue by gravity sedimentation. Raman spectroscopy analysis and relative volatilities of CH₂Cl₂ and TiCl₄ indicates that titanium tetrachloride and dichloromethane can be separated effectively by distillation. Finally, the experiment confirmed the separation of CH₂Cl₂ and TiCl₄, and crude titanium tetrachloride with TiCl₄ and CH₂Cl₂ concentration of 8·46 and 0·09 mol L^?1, respectively were obtained by distilling the extracting solution at 120°C.

On a étudié la récupération du TiCl₄ de la suspension formée dans le chlorure de titane brut et l’on a développé un nouveau procédé vert par extraction sélective, décantation par gravité et séparation par distillation. Les résultats ont indiqué que cette technologie constituait une méthode efficace de récupération du TiCl₄ de la suspension. On a examiné les conditions affectant l’efficacité de l’extraction du TiCl₄ dans le procédé, incluant le rapport de masse L/S et la durée de contact. L’expérience de sédimentation a indiqué que le résidu avait une plus grande vitesse de sédimentation dans le mélange de chlorure de titane et de chlorure de méthylène par rapport au chlorure de titane. On a estimé le diamètre moyen de la particule de résidu au moyen de l’équation de Navier–Stokes, d’après les résultats expérimentaux. L’analyse de spectroscopie Raman a indiqué qu’il ne se produisait pas de réaction et qu’il n’y avait pas de nouvelles espèces engendrées lorsque le chlorure de titane était dissous dans le chlorure de méthylène. L’expérience de distillation a montré que l’on pouvait séparer efficacement le mélange de chlorure de titane et de chlorure de méthylène par distillation.     

Quantification of residual strain associated with reduction of hot tears by grain refinement in B206 aluminium alloy

Hot tearing continues to limit the industrial use of many aluminium casting alloys. The hot tearing susceptibility of an alloy is influenced by microstructure, solidification rate and the stress/strain conditions it experiences during solidification. In this study, a novel technique was used to quantify the residual strain associated with hot tearing in B206 aluminium alloy. Neutron diffraction strain mapping was carried out on three B206 castings with varying levels of titanium (i.e. unrefined, 0·02 and 0·05 wt-%). Titanium additions were effective in causing grain refinement of the alloy and eliminating hot tears. Neutron diffraction strain mapping was successfully used to demonstrate more uniform distribution of strain in the casting, resulting from grain refinement with consequent higher resistance to hot tearing.

La fissuration à chaud continue de limiter l’usage industriel de plusieurs alliages moulés d’aluminium. La susceptibilité à la fissuration à chaud d’un alliage est influencée par la microstructure, par la vitesse de solidification et par les conditions de contrainte et déformation dont celui-ci fait l’expérience lors de la solidification. Dans cette étude, on a utilisé une nouvelle technique pour quantifier la déformation résiduelle associée à la fissuration à chaud de l’alliage d’aluminium B206. On a effectué la cartographie de la déformation par la diffraction des neutrons de trois moulages de B206 ayant des niveaux variés de titane (i.e. non affiné, 0·02% et 0·05% en poids). Les additions de titane avaient un effet positif sur l’affinement de grain de l’alliage et sur l’élimination des criques de solidification. On a utilisé avec succès la cartographie de la déformation par la diffraction des neutrons pour démontrer la distribution plus uniforme de la déformation dans le moulage, résultant de l’affinement de grain avec pour conséquence une résistance plus élevée à la fissuration à chaud.     

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.     

Thermal simulation of HAZ regions in modern high strength steel

Abstract

Thermal simulation of the heat affected zone (HAZ) resulting from single and dual torch mechanised pulsed gas metal arc welding (P-GMAW) has been achieved in an X80 line pipe. The continuous cooling of an X80 steel with initial acicular microstructure over Δt_8-5 from 2 to 50 s results in mixed bainite and martensite microstructure at fast cooling times, bainite at intermediate cooling times and granular bainite with bainite at longer cooling times. These phases were confirmed through optical and electron microscopy. The resulting transformation temperatures have been assembled and presented as a continuous cooling transformation diagram. The toughness of the steel was examined with Charpy impact specimens for three simulated HAZ cooling cycles, grain coarsened (GC HAZ), intercritically reheated grain coarsened (ICR GC HAZ) and an interrupted intercritically reheated grain coarsened (NTR ICR GC HAZ). The NTR ICR GC HAZ is a novel HAZ that can result from dual torch welding at fast travel speed and close torch spacing. All of the thermally simulated HAZ regions showed reduced toughness that was attributed to bainitic microstructure and large effective grain sizes.

On a effectué la simulation thermique de la zone affectée par la chaleur (HAZ) résultant du soudage mécanisé à arc pulsé, à chalumeau unique ou double sous protection gazeuse (P-GMAW), dans un tuyau de conduite X80. Le refroidissement en continu d’un acier X80 avec microstructure initiale aciculaire pour un Dt8-5 de 2 à 50 sec a pour résultat une microstructure mixte de bainite et de martensite à des temps rapides du refroidissement, de la bainite à des temps intermédiaires de refroidissement, et de la bainite granulaire avec de la bainite à de plus longs temps de refroidissement. On a confirmé ces phases par microscopie optique et électronique. On a assemblé les températures de transformation qui en résultaient et on les présente sous forme de diagramme de transformation en refroidissement continu. On a examiné la ténacité de l’acier avec des échantillons de résilience Charpy pour trois cycles simulés de refroidissement de l’HAZ, soit avec grossissement du grain (GC HAZ), re-chauffage intercritique et grossissement du grain (ICR GC HAZ) et re-chauffage intercritique interrompu et grossissement du grain (NTR ICR GC HAZ). L’HAZ NTR ICR GC est une nouvelle HAZ qui peut résulter du soudage à chalumeau double à vitesse de déplacement élevée et à faible espacement de chalumeau. Toutes les régions HAZ simulées thermiquement montraient une réduction de la ténacité, qui était attribuée à la microstructure bainitique et aux grandes tailles effectives du grain.     

Reduction behaviour of rice husk ash for preparation of high purity silicon

Abstract

The reduction of rice husk ash (RHA) silica for the preparation of high purity silicon was studied using magnesium as the reducing agent. Composite magnesium–RHA pellets with magnesium content varying 0–25 wt-% in excess of stoichiometry requirement were made and heated in the temperature range of 600–900°C under flowing argon. It was found through differential thermal analysis and temperature profile recording that the reaction of RHA silica with magnesium was triggered at ～575°C. Quantitative X-ray diffraction analyses of the reduction products showed that both initial magnesium content of the pellets and the reduction dwell temperature had a significant influence on the yield of silicon. In this study, a charge with 5 wt-% magnesium in excess of the stoichiometric amount at a reduction temperature of 900°C gave a maximum silicon yield.

On a étudié la réduction de la silice de cendre de balle de riz (RHA) dans la préparation de silicium à haut degré de pureté en utilisant du magnésium comme agent de réduction. On a fabriqué des boulettes composites de magnésium-RHA avec une teneur en magnésium variant de 0 à 25% en poids en excès des besoins de la stoechiométrie et on les a chauffées dans la gamme de température de 600 à 900°C sous un flux d’argon. On a trouvé, par analyse thermique différentielle (DTA) et par enregistrement du profil de température, que la réaction de la silice de RHA avec le magnésium était déclenchée à environ 575°C. Des analyses quantitatives par XRD des produits de réduction ont montré que tant la teneur initiale en magnésium des boulettes que la température de maintien de la réduction avaient une influence importante sur le rendement en silicium. Dans cette étude, une charge avec 5% en poids d’excès de magnésium sur la quantité stoechiométrique à la température de réduction de 900°C donnait un rendement maximal de silicium.     

Three-dimensional thermal model for vertical direct chill slab casting process

To aid in the designing of an automatic control system, a steady state three-dimensional (3D) thermal model is developed to predict the temperature distributions for an industrial scale vertical direct chill (DC) slab caster for aluminium alloy AA-1050. A single domain approach for the liquid, mushy and solid regions is used by employing the enthalpy porosity technique. The convective heat transfer in the liquid region is taken into account by assuming a slag flow velocity field equal to the casting speed. The predicted thermal field is verified with the numerically predicted temperature field available in the literature and a reasonably good agreement is found. Detailed parametric study is carried out by varying important parameters of this process. Results of the temperature field, sump depth, mushy zone thickness, shell thickness and local surface heat flux are presented and discussed.

Afin d’aider à la conception d’un système de contrôle automatique, on a développé un modèle thermique à 3D en régime permanent pour la prédiction des distributions de température d’une machine de coulée verticale de brames par refroidissement intense et continu (DC) à l’échelle industrielle, pour l’alliage d’aluminium AA-1050. On utilise une approche à domaine unique pour la région liquide, la région pâteuse et la région solide au moyen de la technique d’enthalpie et porosité. On tient compte du transfert de chaleur par convection dans la région liquide en assumant un champ de vitesse d’écoulement de laitier égal à la vitesse de coulage. On vérifie le champ thermique prédit au moyen du champ de température prédit numériquement dans la littérature et l’on obtient un accord raisonnable. On effectue une étude paramétrique détaillée en faisant varier les paramètres importants de ce procédé. On présente et discute les résultats du champ de température, de la profondeur du refoulement, de l’épaisseur de la zone pâteuse, de l’épaisseur de la coquille, et du flux thermique local à la surface.     

RECOVERY OF RARE EARTHS FROM THE SPENT OPTICAL GLASS BY HYDROMETALLURGICAL PROCESS

Abstract

A hydrometallurgical process involving conversion of rare earths to hydroxides with sodium hydroxide, leaching of the hydroxides by hydrochloric acid, purification of pregnant liquor by selective precipitation and separation of rare earths chlorides by means of solvent extraction using D2EHPAin kerosene as an extractant is developed to recover rare earths (RE) from the spent optical glass containing lanthanum, yttrium and gadolinium. The influence of NaOH concentration, liquid to solid ratio, temperature and time on the conversion of products is investigated by means of an X-ray diffractometer and inductively coupled plasma atomic emission spectrophotometer. The dependence of the RE leaching ratio on HCl concentration, liquid to solid ratio, temperature and time is also examined. Subsequently, the effect of operating parameters in the extraction, scrubbing and stripping on the separation of rare earths is investigated as well. The results show that by using the integrated process, 99.95% pure individual lanthanum chloride solution containing 31.76 g/L La with total recovery of 93.58%, 98.65% pure individual yttrium chloride solution containing 11.45 g/L Y with total recovery of 97.59% and 95.18% pure individual gadolinium chloride solution containing 5.58 g/L Gd with total recovery of 93.61% are obtained.

On développe un traitement par hydrométallurgie pour récupérer les lanthanides (RE) du verre optique usé contenant du lanthane, de l’yttrium et du gadolinium. Ce traitement implique la transformation de lanthanides en hydroxydes avec de l’hydroxyde de sodium, la lixiviation des hydroxydes par de l’acide chlorhydrique, la purification de la liqueur sursaturée par précipitation sélective et séparation des chlorures de lanthanides au moyen de l’extraction par solvant, en utilisant du D2EHPA dans du kérosène comme agent d’extraction. On étudie l’influence de la concentration du NaOH, du rapport de liquide à solide, de la température et de la durée sur la transformation des produits, au moyen d’un diffractomètre à rayons X et d’un spectrophotomètre à émission d’atome couplé à un plasma inductif. On examine également la dépendance du taux de lixiviation des lanthanides sur la concentration de HCl, sur le rapport de liquide à solide et sur la température et la durée. Subséquemment, on étudie également l’effet des paramètres de service lors de l’extraction, de la purification et du lavage sur la séparation des lanthanides. Les résultats montrent qu’en utilisant le traitement intégré on obtient une récupération totale de 93.58% La pour une solution individuelle pure à 99.95% de chlorure de lanthane contenant 31.76 g/L La, une récupération totale de 97.59% Y pour une solution individuelle pure à 98.65% de chlorure d’yttrium contenant 11.45 g/LY et une récupération totale de 93.61% Gd pour une solution individuelle pure à 95.18% de chlorure de gadolinium contenant 5.58 g/L Gd.     

Combined effect of bismuth content and cooling rate on microstructure and mechanical properties of Al–8·5Si–0·4Mg–0·3Fe alloy

Abstract

This study investigates the combined effect of Bi content (0·1, 0·2, 0·4 and 0·5 wt-%) and cooling rate (from 0·7 to 4°C s^?1) on the microstructure, tensile characteristics, quality index and two-parameter Weibull modulus of an Al–8·5Si–0·4Mg–0·3Fe alloy. Results show that Bi refined the eutectic Si structure and that increasing the cooling rate intensified the refining efficiency. The thickness of the β-Al₅FeSi intermetallic decreased with an increase in the cooling rate, but no significant effect was observed with the addition of Bi. The contour maps of mechanical properties suggest that the effect of cooling rate on mechanical properties was more significant than that of Bi additions. The highest Weibull modulus for the base alloy and Bi containing alloy was obtained at the cooling rate of 4°C s^?1. Decrease in the thickness of β intermetallic phase and reduced porosity with increasing cooling rate appeared to cause a decreased variability of UTS data.

Cette étude examine l’effet combiné de la teneur en Bi (0·1, 0·2, 0·4 et 0·5% en poids) et de la vitesse de refroidissement (de 0·7 à 4°C s^?1) sur la microstructure, les caractéristiques de tension, l’index de qualité et deux modules de Weibull d’un alliage d’Al–8·5Si–0·4Mg–0·3Fe. Les résultats montrent que le Bi raffine la structure de l’eutectique de Si et que l’augmentation de la vitesse de refroidissement intensifie le rendement du raffinement. L’épaisseur de l’intermétallique Al₅FeSi-β diminuait avec une augmentation de la vitesse de refroidissement, mais on n’a pas observé d’effet important avec l’addition de Bi. Les tracés du contour des propriétés mécaniques suggèrent que l’effet de la vitesse de refroidissement sur les propriétés mécaniques était plus important que celui des additions de Bi. On a obtenu le module de Weibull le plus élevé pour l’alliage de base et pour l’alliage contenant du Bi à la vitesse de refroidissement de 4°C s^?1. La diminution de l’épaisseur de la phase intermétallique β et une réduction de la porosité avec une augmentation de la vitesse de refroidissement semblaient résulter en une diminution de la variabilité des données d’UTS.     

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.     

Grain structure development and eutectic solidification of discontinuous magnesium borate whisker reinforced AA2024 matrix composite

Abstract

In the present research, the solidification behaviour of MBO whisker reinforced 2024 aluminium alloy matrix composite (MBO/AA2024) was studied by employing computer based thermal analysis, scanning electron microscopy and differential scanning calorimetry. The results show that the addition of MBO whiskers refines the grain structure in the matrix of the MBO/AA2024 composite. The nucleation of primary α-Al phase took place away from the whisker surfaces and started within the interstice of whiskers. The whiskers had almost no significant influence on the refinement of the eutectic phases.

Dans cette recherche, on a étudié le comportement de solidification du composite (MBO/AA2024) à matrice d’alliage d’aluminium 2024 renforcée par des barbes de MBO, au moyen de l’analyse thermique automatisée, de la microscopie électronique à balayage et de l’analyse calorimétrique à compensation de puissance. Les résultats montrent que l’addition de barbes de MBO affine la structure de grain dans la matrice du composite MBO/AA2024. La nucléation de la phase primaire α-A1 prenait place à l’écart des surfaces de la barbe et commençait à l’intérieur de l’interstice des barbes. Les barbes n’avaient presque pas d’influence sur l’affinement des phases de l’eutectique.     

Effect of blockage of outlet nozzle on fluid flow and heat transfer in continuously cast multistrand billet caster tundish

Abstract

Shop floor problems like strand breakout, mechanical or electrical failure in the strand or inadequate availability of molten steel from coming ladle sometimes lead to closing one/two strand in a continuous casting unit. Closing any of the outlets affects the flow distribution inside the tundish and so it is important to study which of the outlets should be closed to have proper results in terms of residence time distribution (RTD) and thermal behaviour of the tundish. The present study aims at finding the effect of closing one or two outlets on flow behaviour and heat transfer in a multistrand tundish. Navier–Stokes equation has been solved using standard K–? turbulence model with the help of educational version of computational fluid dynamics software PHOENICS to find the steady state velocity field inside the tundish. Furthermore, tracer dispersion study was carried out using pulse input technique of the tracer to find the RTD curve of the tundish. Mixing parameters, namely ratio of actual to theoretical mean residence time and ratio of mixed volume to dead volume have been found out for different cases when either all the outlets are open or one/two outlets are closed. It was found that closing the near outlet increases the mixing capability of the tundish the most as compared with far or middle outlet. A larger recirculation zone created in the half of the tundish results in better mixing when near outlet is closed. Numerical code was validated against the experimental observation by performing the tracer dispersion study inside a multistrand tundish and reasonably good match between the experimental and numerical results in terms of RTD curves is observed.

Des problèmes d’atelier comme la percée du cordon, la défaillance mécanique ou électrique du cordon ou la disponibilité inadéquate de l’acier fondu de la poche d’arrivée mènent quelquefois à la fermeture d’un ou deux cordons d’une unité de coulée en continu. La fermeture de n’importe laquelle des orifices de sortie affecte la distribution de l’écoulement dans le panier de coulée. Il est donc important de déterminer lequel des orifices de sortie devrait être fermé pour avoir des résultats appropriés par rapport au RTD et au comportement thermique du panier de coulée. La présente étude vise à trouver l’effet de la fermeture d‘un ou deux orifices de sortie sur le comportement de l’écoulement et sur le transfert de chaleur dans un panier de coulée à plusieurs lignes. On a résolu l’équation de Navier-Stokes en utilisant le modèle normal de turbulence K-?, avec l’aide de la version éducationnelle du logiciel de CFD PHOENICS, afin de trouver le champ de vitesse à régime constant à l’intérieur du panier de coulée. En plus, on a effectué une étude de dispersion de traceur en utilisant une technique d’entrée de l’impulsion du traceur afin de trouver la courbe de Distribution du Temps de Séjour (RTD) du panier de coulée. On a trouvé le paramètre de mélange, soit le rapport du temps de séjour moyen actuel à théorique et le rapport de volume mélangé à volume mort, pour différents cas où soit que toutes les sorties étaient ouvertes, soit qu’une ou deux sorties étaient fermées. On a trouvé que la fermeture de la sortie la plus proche augmentait davantage la capacité de mélange du panier de coulée par rapport à la sortie la plus éloignée ou à celle du milieu. Une plus grande zone de re-circulation créée dans la moitié du panier de coulée avait pour résultat un meilleur mélange lorsque la sortie la plus proche était fermée. On a validé le code numérique contre l’observation expérimentale en effectuant l’étude de dispersion du traceur à l’intérieur d’un panier de coulée à plusieurs lignes. On a observé une correspondance raisonnable entre les résultats expérimentaux et numériques par rapport aux courbes de la RTD.     

Effect of prior cold work on tensile properties of Al–6Mg alloy with minor scandium additions

Effect of aging on the mechanical properties of cold worked Al–6Mg alloy with minor additions of scandium is studied. Cast and mechanically worked samples are isochronally aged for 60 min at different temperatures up to 500°C. Evaluation of mechanical properties of the aged alloys is done at various strain rates of testing. The m-values (strain rate sensitivity) of the experimental alloys are desired from the tensile test results. The influence of scandium is much pronounced on yield strength than on the tensile strength. Alloys with higher scandium content have shown higher yield strength. The ‘m’ values are found to be comparatively high at peak aged condition of alloy with higher scandium content. The fracture of the experimental alloys occurs through microvoid coalescence.

On étudie l’effet du vieillissement sur les propriétés mécaniques de l’alliage écroui d’Al-6Mg avec additions mineures de scandium. On a vieilli à durée égale pendant 60 minutes à différentes températures, jusqu’à 500°C, des échantillons moulés et formés mécaniquement. On fait l’évaluation des propriétés mécaniques des alliages vieillis par essai à différentes vitesses de déformation. On désire les valeurs de m (sensibilité à la vitesse de déformation) des alliages expérimentaux à partir des résultats de l’essai de traction. L’influence du scandium est beaucoup plus prononcée sur la limite d’élasticité que sur la résistance à la traction. Les alliages ayant une teneur plus élevée en scandium ont montré une limite d’élasticité plus élevée. On a trouvé que les valeurs de ″m″ étaient comparativement élevées sous la condition maximale de vieillissement de l’alliage ayant la teneur la plus élevée en scandium. La rupture des alliages expérimentaux se produisait par cupulation.     

The influence of alkaline salt bath quenching on the microstructure and mechanical properties of AISI D2 steel

In this work, the microstructure and mechanical properties of AISI D2 tool steel is compared after air cooling and quenching in alkaline salt bath (60% KOH and 40% NaOH). The results have shown that the hardness of the samples quenched in alkaline salt bath with different temperatures followed by tempering at 540°C was higher than the hardness of air cooled sample. The maximum hardness from surface to centre of the samples was achieved after quenching in salt bath at 220°C. The microstructure and consequently the mechanical properties were altered after quenching in different media. It is also shown that hardening of D2 steel in alkaline salt bath can result in higher strength values than air cooling while there was no significant change in the impact energy of the samples.

Dans ce travail, on compare la microstructure et les propriétés mécaniques de l’acier à outils AISI D2 après refroidissement à l’air ou après trempe dans un bain de sel alcalin (60% KOH et 40% NaOH). Les résultats ont montré que la dureté des échantillons trempés dans le bain de sel alcalin à différentes températures suivi d’un revenu à 540°C était plus élevée que la dureté de l’échantillon refroidi à l’air. On a obtenu la dureté maximale, depuis la surface jusqu’au centre des échantillons, par trempe dans le bain de sel à 220°C. La microstructure et, par conséquent, les propriétés mécaniques étaient altérées après la trempe dans différents médias. On montre également que l’endurcissement de l’acier D2 dans un bain de sel alcalin peut résulter en des valeurs plus élevées de résistance à la traction que lors du refroidissement à l’air alors qu’il n’y avait pas de changement important de l’énergie de rupture des échantillons.     

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.     

Reciprocating wear response of Ti(C,N)–Ni3Al cermets

Abstract

Ti(C,N) based cermets have received significant attention due to their enhanced mechanical properties at elevated temperatures, low mass and increased chemical stability, when compared to WC–Co hardmetals. These properties have been found to be superior in many cases to traditional hardmetal replacements, such as TiC–Ni. The current study focuses on Ti(C,N)–Ni₃Al cermets formed through melt infiltration (with binder contents ranging from 20 to 40 vol.-%Ni₃Al). Comparison is made with TiC–Ni₃Al cermets using an identical binder alloy. The reciprocating ball on flat wear properties of the cermets were evaluated as a function of applied load (using a WC–Co counterface), together with the composite hardness and indentation fracture resistance. It is shown that nitrogen content negatively affects infiltration, resulting in non-infiltrated areas within low binder content cermets, which decreases the indentation fracture resistance and hardness. This problem can be largely mitigated by increasing binder content. When comparing fully infiltrated cermets, increasing nitrogen content decreases hardness and increases toughness, while all Ti(C,N) cermets outperform TiC (at 40 vol.-% binder). Reciprocating wear increased with increasing load, and typically was the most severe for the lowest binder contents. A combination of wear mechanisms were apparent, including both abrasive and adhesive wear, with the formation of an oxide tribolayer containing components from both the tested cermets and the WC–Co counterface material.

Les cermets à base de Ti(C,N) ont reçu une attention importante grâce à leurs propriétés mécaniques améliorées aux températures élevées, à leur faible masse et à leur stabilité chimique augmentée, lorsque comparés aux carbures métalliques de WC–Co. Dans plusieurs cas, on a trouvé que ces propriétés étaient supérieures à celles des remplacements traditionnels de carbures métalliques, comme le TiC–Ni. La présente étude se concentre sur les cermets de Ti(C,N) –Ni₃Al formés par infiltration du bain (la teneur du liant variant de 20 à 40% en volume de Ni₃Al). On les compare aux cermets de TiC–Ni₃Al en utilisant un alliage de liaison identique. On a évalué les propriétés d’usure par déplacement alternatif de bille sur disque des cermets en fonction de la charge appliquée (utilisant un antagoniste en WC–Co), ainsi que de la dureté du composite et de la résistance à la fracture d’indentation. On montre que la teneur en azote affecte négativement l’infiltration, ayant pour résultat des régions non infiltrées à l’intérieur des cermets à faible teneur en liant, ce qui diminue la résistance à la fracture d’indentation et la dureté. On peut largement atténuer ce problème en augmentant la teneur en liant. Lorsque l’on compare des cermets entièrement infiltrés, l’augmentation de la teneur en azote diminue la dureté et augmente la ténacité, alors que tous les cermets de Ti(C,N) surpassent le TiC (à 40% en volume de liant). L’usure par déplacement alternatif augmentait avec une augmentation de la charge, et était typiquement plus sévère pour les plus faibles teneurs en liant. Une combinaison de mécanismes d’usure était apparente, incluant tant l’usure par abrasion que l’usure d’adhérence, avec formation d’une couche tribologique oxyde contenant des composantes tant des cermets évalués que du matériau antagoniste en WC–Co.