A Perspective of Research and Development in North American Steelmaking

Abstract

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

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

Determination of oxygen activities in iron-vanadium alloys by a levitation melting procedure

Abstract

The effect of vanadium on the activity of oxygen in liquid iron has been determined by a new method based on levitation melting. With water-vapour/hydrogen mixtures to control the oxygen potential of the gas phase, thermal diffusion effects caused uncertainty in the actual gas composition at the droplet interface. For this reason the data have not been used to determine equilibrium constants directly although it has been shown that they can be evaluated by conducting experiments with the addition of an inert gas to change the mean molecular weight of the gas mixture. By expressing the data in terms of an apparent equilibrium ratio vanadium-oxygen interaction parameters have been calculated for temperatures between 1550° and 1750°C. The results agree well with data obtained from crucible experiments where thermal diffusion effects were eliminated by bubbling the gas through the melt.

Résumé

L'effet de vanadium sur l'activite de l'oxygéne dans le fer liquide a été déterminé en utilisant une nouvelle méthode fondée sur la lévitation électromagnetique du spécimen en fusion. Le potentiel d'oxygène de la phase gazeuse a été contrôlé au moyen de mélanges de vapeur d'eau et d'hydrogene. Les auteurs n'ont pas déterminé les constantes d'équilibre vu l'existence du phénomène de diffusion thermique qui introduisait une incertitude quant à la composition du mélange gazeux à l'interface du spécimen. Ces constants pourraient être déterminées au moyen de manipulations qui consisteraient à faire varier le poids moléculaire moyen du mélange gazeux par addition d'un gaz inerte. Les paramètres d'interaction entre le vanadium et l'oxygène ont été calculés pour des températures variant de 1550°C a 1750°C en exprimant les données en fonction d'une constante apparente d'équilibre. Les résultats sont en bon accord avec les résultats obtenus à partir de manipulations utilisant des creusets où la diffusion thermique avait été éliminée en faisant passer le mélange gazeux à travers le bain.     

The Development of Very Hard and Strong Premium Rails by Controlled Cooling Procedures

Abstract

Isothermal temperature transformation experiments on thin slices of a high hardenability Cr?Mo experimental rail steel show that a pearlitic hardness of Rc45 can be obtained by transforming at ～575°C. Transformation to pearlite of6?in. (l517mines;mm) long rail specimens was induced by inserting the cooling rail, at various temperatures, into different elevated temperature environments with the aim of achieving quasiisothermal transformation at ～575°C. Transformation temperature determines the hardness, strength and interlamellar spacing of the pearlite. The highest yield and ultimate tensile strengths of 1272 MPa and 1574 MPa respectively, with a corresponding hardness of Rc45 and an average pearlite interlamellar spacing of 695 A, are produced by recalescence between 556 and 574°C, i.e. over a transformation temperature range of 18°C. Preliminary experiments indicate that even narrower transformation temperature ranges may be achieved with a fluidized bath in place of a forced-air furnace. Relatively good fracture-toughness properties are exhibited at room temperature and ?50°C by the specimens. Anoteworthy feature is that toughness does not drastically decrease from room temperature to ?50°C.

Résumé

Des essais de transformation isotherme effectuées sur de minces plaques d'acier expérimental au Cr-Mo possedant une haute trempabilité et devant servir pour la fabrication de rails, ont montres qu'une microstructure perlitique d'une durete de 45 R_c peut être obtenue pour une transformation à 575°C. La transformation perlitique d'un echantillon de rail de 6 po. (151mm) de longueur a été realisee en introduisant une rail en cours de refroidissement á temperature variées, dans une enceinte chauffée à différentes températures dans le but d'obtenir une transformation quasiisotherme á 575°C. La température de transformation détermine la durete, la résistance et l'espacement interlamellaire de la perlite. La limite d'élasticité et la résistance à la rupture les plus élevées, respectivement 1272 MPa et 1574 MPa, avec une durete de 45 R _c et un espacement interlamellaire moyen de 695Å, sont atteints par recalescence entre 556 et 5747°C, i.e.pour un intervalle de temperature de transformation de 18°C. Des essais préIiminaires ont indique que des intervalles de temperature de transformation plus étroits peuvent etre obtenus par l'utilisation d'unbain fluidise au lieu d'un four à convection. Les échantillons ont démontre des proprietes de tenacite et de resistance à la rupture relativement bonnes à l'ambiante et à ?50°C. Un aspect important est que la ténacite ne doute pas drastiquement de l'ambiante à ?50°C.     

The kinetics of reduction of lead oxide by CO + CO2 gas mixtures

Abstract

The kinetics of reduction of lead monoxide by CO + CO₂ gas mixtures have been investigated in the temperature range 538° to 630°C. The effect of temperature on the over-all rate seems to be slight; an activation energy of 4.8 k cal/g mole was computed from the average rates. The results were interpreted using a diffusion model that considers the reduction to take place primarily at the boundary separating the partially reduced and the unreacted parts of the oxide compact. The over-all resistance to the reduction process appears to consist of two components: gas phase film diffusion and pore diffusion through partially reduced compact. For the most part, the reduction process is dominated by the pore diffusion. In the initial stage (t < 4 min.), the resistance offered by the film diffusion may be significant.

Résumé

La cinétique de réduction du monoxyde de plomb par le mélange gazeux CO + CO₂ a été étudiée pour des températures allant de 538°C à 630°C. L'effet de la température sur le taux global semble faible; une énergie d'activation de 5.8 Kcal/g. mole a été calculée à partir des taux moyens. Les résultats ont été interprétés à l'aide d'un modéle de diffusion qui considére que la réduction se passe d'abord à la frontière entre l'oxyde partiellement rèduit et l'oxyde non réduit de la pastille. La résistance globale au processus de réduction semble formée de deux composantes: la diffusion à travers la couche limite gazeuse et la diffusion dans les pores de l'oxyde partiellement réduit. Pour sa plus grande partie, le processus de réduction est contrô1é par la diffusion dans les pores. Dans le stade initial (t < 4 min), la résistance offerte par la couche limite peut être importante.     

The effect of rolling at different temperatures on the fracture toughness anisotropy of a C-Mn structural steel

Abstract

The toughness of rolled plates of a plain C-Mn steel was evaluated for three sections, at different temperatures, by means of small-scale Wedge Open Loading (WOL) specimens. These were machined to orient the fracture plane parallel to the rolling plane, the transverse plane or the longitudinal plane which, according to the ASTM Standards code (12) are termed the S-L, the L-T and the T-L orientations, respectively. In addition, small tensile specimens having the tensile axis perpendicular to the rolling plane were tested at different temperatures.

The plates had been soaked at various temperatures between 1200°C and 680°C (finishing temperatures ～980°C to ～680°C) and then continuously rolled to the final thickness of 3/4-in. (10). The observed toughness depended on finishing temperature and also on specimen orientation; the S-L orientation being the least and the L-T orientation the most tough in any given plate. Brittle fractures were observed on the rolling-plane (S-L orientation) of WOL specimens made from. plates that had been soaked at temperatures ≤800°C (finishing temperatures ≤760°C) and these were attributed to the microstructure and texture. Scanning electron micrographs disclosed that elongated MnS inclusions were principally responsible for the fracture toughness anisotropy for higher soaking and finishing temperatures.

Résumé

La résistance de plaques laminées d'un acier au carbone et manganèse fut évaluée à differentes températures, selon les trois orientations possibles du plan de rupture par rapport au plan de laminage. Les éprouvettes ont été usinées conformément à une homothétie: reduite de la géométrie WOL (wedge open loading) et de sorte que le plan de rupture soit parallèle au plan de laminage, au plan transversal ou au plan longitudinal Ces orientations sont appelées S-L, L-T, et T-L respectivement, suivant les normes de l'ASTM (12). De plus, de petites éprouvettes de traction dont les axes de traction sont perpendiculaires au plan de laminage, furent expérimentées a differentes températures.

Les plaques ont été maintenues à differentes températures entre 1200°C et 680°C (températures finales de 980°C a 680°C), puis laminées en continue jusqu'à une épaisseur finale de 3/4 po. (10). On trouve que la resilience observee depend de la température finale et de 1'orientation de l'eprouvette. L'orientation S-L a été la moins résiliente tandis que 1'orientation L-T a été la plus résiliente de toutes les plaques expérimentées. Des cas de rupture fragile ont été observés sur le plan de laminage (orientation S-L) d' éprouvettes WOL obtenues de plaques ayant été maintenues à des températures ≤ 800°C (températures finales ≤760°C), et ceux-ci sont attribués à la microstructure et la tex ture du rnateriau. Des micrographics obtenues du microscope électronique a balayage révélèrent que des inclusions allongées de MnS étaient en grande partie responsables de l'anisotropie de la résistance a la rupture pour de plus hautes températures de maintien et températures finales.     

The structure and properties of warm-rolled steels

Abstract

Microstructure, tensile properties and fracture behaviour were examined in both warm-rolled rods (1150°F, 621°C) and in conventionally hot-rolled rods (1950°F, 1065°C) of four carbon grades (1015, 1038, 1060 and 1090). Both spheroidization of carbides and the development of substructure in the ferrite were produced during warm rolling. The fracture facets were more irregular, indicating an increased amount of plastic tearing, than in the conventionally hot-rolled bars. Compared with hot rolling, the warm rolling caused an increase in yield stress (all grades), in reduction of area (all grades except 1015) and in ratio of yield stress to ultimate tensile stress. The total elongation, with the exception of 1090 steel, was decreased. In the1090-grade rods, the shelf energy for the tear fracture was significantly increased, although the transition temperature was affected very little by warm rolling. In contrast, warm rolling has produced a marked decrease in shelf energy and a 30°C increase in transition temperature for the 1015 material.

Résumé

Les auteurs ont étudié la microstructure, les propriétés mécaniques en traction et la fragilité de barres d'aciers aux carbones 1015, 1038, 1060 et 1090, laminés soit à chaud (1950°F, 1065°C) soit à tiéde (1150°F, 621°C).

Au cours du laminage à tiède, il y a sphéroîdisation des carbures et apparition d'une sous-structure dans la ferrite. D'autre part le faciès de rupture est plus irrégulier, indiquant un accroissement de la ductilité.

Comparé au laminage à chaud, le laminage à tiède produit une augmentation de la limite élastique (pour tous les aciers), du coefficient de striction (pour tous les aciers sauf le 1015) et du rapport limite élastique/résistance à la traction. A l'exception de l'acier 1090, l'allongement à la rupture diminue. Pour l'acier 1090, laminé à tiède, l'énergie de rupture ductile augmente sensiblement, quoique la température de transition varie très peu. Par contre, le laminage à tiéde conduit à une forte diminution de l'énergie de rupture ductile et à une augmentation de 30°C de la température de transition pour l'acier 1015.     

The annealing of bainite while being concurrently deformed

Abstract

Annealing with oncurrent deformation has been carried out on a bainitic high-carbon steel in a temperature range just below the lower transformation temperature, i.e. ～850 – 975K.

The enhancement of carbide coarsening was measured during hot torsion under conditions of (a) constant strain rate and (b) constant experiment duration. The carbide coarsening rates are compared with results obtained from earlier experiments employing isothermal annealing without deformation, and the enhancement of coarsening due to concurrent deformation is quantitatively assessed from measurements of the mean particle radius and mean free ferrite path.

From kinetic data, the rate limiting step in coarsening during concurrent deformation is identified as the self-diffusion of iron and two dominant mechanisms are proposed which result in a discontinuity of coarsening rate at critical strain levels. The effective diffusion coefficient for coarsening is shown to be a linear function of strain rate and the strain rate coefficient is evaluated from the present data for bainitic 1070 steel.

Résumé

Un traitement de revenu associé à une déformation simultanée a été appliqué à un acier bainitique à haut carbone dans une gamme de températures juste inférieures à la température de transformation (850–975K).

L'accélération de la coalescence des carbures pendant la torsion à chaud a été mesurée soit àvitesse de déformation constante, soit à temps d'expérience constant.

Les lois de coalescence des carbures sont comparées àcelles obtenues au cours d'un traitement isotherme sans déformation et l'accélération de la croissance due àune déformation simultanée est évaluée quantitativement grâce aux mesures du rayon moyen des particules et de la longueur moyenne de ferrite libre.

A partir des résultats de cinétique, le facteur limitant la coalescence sous déformation est identifie comme étant l'auto-diffusion du fer et les auteurs proposent deux mécanismes prédominants qui conduisent à une discontinuité de la vitesse de coalescence pour des niveaux critiques de la déformation. Le coefficient effectif de diffusion pour la coalescence est une fonction linéaire de la vitesse de déformation et le coefficient de vitesse de déformation est évalué à partir de ces résultats expérimentaux pour un acier bainitique 1070.     

Recovery and recrystallization of carbon steel between intervals of hot working

Abstract

Interrupted compression tests were used to study the static softening of austenite at temperatures from 780 to 1040°C. Prior straining was carried out at strain rates in the range 10^?3 to 10^?1 s^?1 and interruption strains of up to 0.41 were applied to 0.06% C, 0.42% C and 0.68% C steels, as well as to a modified 0.07% C steel containing niobium.

The results indicate that a critical strain is required for the initiation of static, i.e., classical, recrystallization after prior hot deformation. For strains inferior to this critical amount, recrystallization does not occur at all, even after holding intervals of 10⁵ s or more, and softening takes place instead entirely by static recovery. Evidence is presented for the existence of a second critical strain, about twice as large as the first, which corresponds to a point just before the peak in the flow curve. This is the critical strain for the initiation of post-dynamic (metadynamic) recrystallization. The latter process, unlike the mechanism of classical recrystallization, does not involve an incubation period.

The effects of prior strain, strain rate and temperature on the rates of these three softening mechanisms are compared. Some attention is also given to the influence of alloying elements on softening rates in austenite.

Résumé

Des essais de compression à chaud avec interruptions ont été utilisés pour etudier la restauration statique de l'austénite entre 780 et 1040°C.

La déformation initiale a été effectuée à des vitesses variant de 10^?3 à 10^?1 s^?1 et les interruptions ont eu lieu jusqu'à des déformations de 0.41. Ces essais ont été réalisés pour des aciers à 0.06%C, 0.42%C et 0.68%C, ainsi qu'à un acier à 0.07%C modifié au niobium.

Les résultats indiquent qu'une déformation critique est nécessaire pour initier après déformation la recristallisation statique, c'est-à-dire classique.

Pour des valeurs de la déformation inférieure à cette valeur critique, la recristallisation ne se produit jamasi même après des temps de maintient de l0⁵s ou plus et l'adoucissement qui apparaît est entièrement dû à une restauration statique.

La preuve est faite de l'existence d'une second déformation critique, environ deux fois plus élevée que la premiere, et qui correspond à un point situé juste avant le sommet de la courbe effort-déformation. Cette seconde déformation est la déformation critique nécessaire à l'initiation de la recristallisation post-dynamique (métarecristallisation). Contrairement au mécanisme de la recristallisation classique, cette métarecristallisation ne nécessite pas une période d'incubation.

Les auteurs comparent les effets de la déformation initiale, de la vitesse de déformation et de la température sur ces trois mécanismes d'adoucissement. Ils portent une attention spéciale à l'influence des éléments d'alliage sur l'adoucissement de l'austénite.     

Superplastic forging of Zn-Al-Cu alloys

Abstract

Superplastic forging of non-ferrous alloys offers the advantages of very low forging loads, inexpensive die materials, and the ability to forge precision complex-shaped parts in a single step. The main disadvantages of the process are the required low forging rates and the necessity of temperature controlled dies. Upset forging and closed die forging have been performed on Zn-22% Al and Zn-20% Al - 2% Cu alloys. Cylinders 1.4 in (35.6 mm) in diameter by 2.5 in (63.5 mm) high have been upset to a reduction in height of 97% and also have been forged into a complex part with thin web sections. The optimum forging conditions are discussed for these materials.

Résumé

Le forgeage superplastique des alliages non-ferreux offre les avantages suivants: très faibles charges, matériaux de matrices peu dispendieux, possibilité de former en une opération des pièces de précision de forme complexe. Les principaux désavantages du procédé sont les faibles taux de forgeage qu'on doit utiliser et la nécessité d'avoir des matrices à température contrôlée. Les alliages Zn-22%Al et Zn-20% Al-20%Cu ont été formés par refoulement et en matrice fermée. Des cylindres de 1.4 po (35.6 mm) de diamètre et de 2.5 po (63.5 mm) de hauteur ont été refoulés jusqu'à une réduction de hauteur de 97% et forgés en une pièce complexe comportant des nervures fines. Les conditions optimales pour forger les deux alliages sont discutées.     

The investigation of preferred orientation in a plain C-Mn steel rolled at different temperatures

Abstract

The preferred orientation of plain carbon manganese steel plate rolled after soaking at temperatures between 930°C and 680°C has been studied in an effort to correlate the rolling texture with fracture toughness properties.

Inverse pole figures have been obtained using a Li-drifted Si detector in the energy dispersion mode.

Rolling plane normal inverse pole figures show weak {100} and {111} maxima for plate soaked at temperatures above 800°C. Strong {100} and {111} maxima occurred in plates soaked between 800°C and 680°C. The degree of preferred orientation increased markedly with depth. Inverse pole figures of the rolling direction and the transverse axis show that, for soaking temperatures below 800°C, the plate has a strong duplex {100} <110> and {111} <110> texture. Analysis indicates that in the nominal {111} <110> texture the unit cell is rotated about both the rolling direction and the rolling normal by at least 10°.

As {100} is the cleavage plane of α-Fe, the strong {100} <110> texture in plates soaked at and below 800°C can be used to explain partially the through-thickness brittleness in these plates.

Résumé

Pour un acier non allié au carbone-manganèse les auteurs on t étudié les orientations préférentielles de tôles laminées apres prcchauffage à des températures comprises entre 930°C et 680°C, afin de corréler la tex ture de laminage à la résilience.

Les figures de pôles ont été obtenues grâce a un détecteur au silicium-lithium travaillan t par dispersion d' énergie.

Les figures de poles dans le plan de laminage révèlent de faibles maxima pour {100} et {111} quand les tôles ont été préchauffées audessous de 800°C. Par contre, de forts maxima pour {100} et {111} apparaissent quand les tôles ont été prechauffées au-dessous de 800°C. Le degré d'orientation préférentielle croit fortement avec la profondeur. Pour des températures de préchauffages au-dessous de 800°C, les fIgures de pôle dans la direction de laminage et dans la direction perpendiculaire revelent que la tôle a une forte texture duplex {100} <110> et {111}<110>.

L'analyse détaillée indique que le cube unitaire de la texture norma le {111} <110> subit une double rotation autour de la direction de laminage et autour de la norma le au plan de laminage d'au moins 10°.

Comme {100} est le plan de clivage du fer a, la forte texture {100} <110> des tôles préchauffées a et au-dessous de 800°C peut expliquer partiellement la fragilité de ces tôles dans la direction normale à l' épaisseur de la tôle.     

Determination of Oxygen in Titanium by Isotopic Dilution

Abstract

Two specimens of titanium which had been analyzed independently by vacuum fusion and inert-gas fusion were analyzed for oxygen by an isotope-dilution technique which employed a platinum bath and allowed the dilution to be followed with time. With graphite crucibles which had been degassed at 1850°C for 2 1/2 hours or longer, the exchange was linear with time for both the blank and analysis. Extrapolation to zero time permitted the oxygen content to be measured with a standard deviation of ±0.004 per cent for specimens of weight 0.5 gram. The results were in agreement with or slightly higher than those obtained by vacuum fusion. Suspected segregation in one of the specimens rendered an exact comparison between the methods uncertain.

Résumé

Deux specimens de titanium, qui avaient été analysés séparément par fusion dans le vide et fusion dans un gaz inerte, ont été analysés Quant à l' oxygène par une technique de dilution d'lsotope, utilisant un bain de platine et permettant de suivre la dilution avec le temps. Avec des creusets de graphite, ayant été dégazés à 1850°C pendant 2 1/2 heures ou plus.longtemps , l'échange s'est fait linéairement avec ltemps à la fois pour l'essai à blanc et pour l'analyse. L'extrapolation au temps zéro a permis de mesurer la teneur en oxygène avec un écart-type de ±0.004 pour cent pour des spécimens d'un poids de 0.5 gramme. Les résultats s'accordèrent avec ceux qui étaient obtenus par fusion dans le vide, ou leur etaient légèrement supérieurs. Une segrégation soup?ée dans l'un des spécimens a rendu incertaine une comparaison exacte entre les méthodes.     

Strength,damage and failure of iron-carbon alloys subiected to cyclic plasticity

Abstract

The cyclic deformation behaviour, fracture mechanisms and damage accumulation in pure iron and mild steel have been studied in strain control at various temperatures and deformation rates. Explanations are offered for the effects of prior cold working, cyclic deformation rate and temperature, including combinations of these parameters, on the cyclic stress response, dislocation substructure, surface damage and fatigue fracture.

It has been found that steady state cyclic deformation may be achieved by a critical amount of prior monotonic strain and the equivalence of monotonic and cyclic hardening processes is considered and supporting microstructural work is provided.

The influence of cyclic deformation rate on the material behaviour is considered. At room temperature the stress response increases with increasing deformation rate and it is shown that the effective stress component is lower than the equivalent value for monotonic deformation, however, the dislocation velocity exponent is independent of the deformation mode. The substructure is also considered. As the temperature is increased to 370°C changes in the internal stress component occur due to an increase in the rate of dislocation multiplication under dynamic strain aging conditions which enhance inhomogeneous deformation. At higher temperatures, the internal stress component decreases to accelerate thermal recovery.

Studies carried out on pure iron have shown that the fatigue life and the fracture mechanism are influenced by the homogeneity of plastic deformation. The dependence of fatigue life on the degree of dynamic strain aging is shown to be a single valued function of a dynamic strain aging probability element which is discussed. Under such conditions, restricted plasticity retards blunting of the propagating cracks, resulting in a high crack growth rate and a correspondingly decreased life.

On carrying out static strain aging at 125° and 250°C prior to strain cycling, it is observed that the stress response increases with the degree of aging, however, this does not influence the amount of cyclic softening which takes place. As opposed to the effect of dynamic strain aging, it is shown that the fatigue life increases with static strain aging.

Résumé

Les auteurs ont étudié le comportement en déformation cyclique, les mécanismes de rupture et l'accumulation des dommages dans du fer pur et de l'acier doux à différentes températures et taux de déformation. Les expériences ont été conduites en contrôlant la déformation. Ils proposent des explications pour l'influence de l'écrouissage préalable, du taux de déformation cyclique et de la température, ainsi que pour l'effet combiné de ces paramètres, sur la contrainte cyclique, la sous-structure des dislocations, les dégats de surface et la rupture lors de la fatigue.

Ils ont trouvé qu'un état stationnaire de déformation cyclique peut être atteint par une valeur critique de la déformation monotone antérieure. Ils ont étudié l'équivalence éntré les mécanismes de consolidation cyclique et monotone et ils apportent des preuves expérimentales par une analyse de la microstructure.

Ils ont aussi étudié l'influence du taux de déformation cyclique sur le comportement de ces matériaux. A la température ambiante, la contrainte cyclique augmente avec le taux de déformation. Ils montrent que la composante effective de la contrainte est plus basse en déformation cyclique que celle pour des déformations monotones. Cependant l'exposant de l'expression d.e la vitesse des dislocations en fonction de la contrainte est indépendant du mode de déformation. Ils ont aussi étudié la sous-structure. Lorsque la température augmente à 370°C, des changements dans la composante de la contrainte interne ont lieu. La cause en est une augmentation de la vitesse de multiplication des dislocations lorsqu'il y a vieillissement dynamique après écrouissage, ce qui favorise les déformations inhomogènes. A plus hautes températures, la composante de la contrainte interne diminue ce qui accélère la restauration.

Ils montrent que le temps de vie et les mécanismes de rupture dans le fer pur sont influencés par l'homogénéité de la déformation plastique. L'influence du degré de vieillissement dynamique après écrouissage sur le temps de vie en fatigue se caractérise par une fonction monotone de la probabilité de vieillissement dynamique après écrouissage, que les auteurs discutent. Dans de telles conditions, la plasticité roouite rétarde l'émoussement des fissures se propageant, ce qui entraïne une vitesse élevée de propagation ayant pour conséquence une diminution du temps de vie.

Des essais de vieillissement statique à 125° et 250°C avant la déformation cyclique entraïnent une augmentation de la contrainte cyclique qui dépend du degré de vieillissement; cependant, ce vieillissement n'influence pas l'amplitude de l'adoucissement cyclique. A l'opposé de l'effet du vieillissement dynamique après écrouissage, le temps de vie augmente avec Ie vieillissement statiq ue après écrouissage.     

Microstructures and mechanical properties in a turbine disc fabricated from astroloy powder

Abstract

Powder metallurgy processing of nickel-base superalloy turbine discs is described. The discs were prepared from hotisostatically pressed Astroloy powder preforms by a single-stage forging operation, followed by machining. The forgeability, machinability, tensile and stress rupture properties of the powder fabricated material were better than, or equivalent to, those of cast material. The fatigue lifetimes obtained in laboratory push-pull tests and the lifetime obtained in a disc exposed to engine testing and ambient temperature spin-rig testing were also good. However the lifetimes obtained from crack detection to final failure were short, indicating either poor resistance to fatigue crack propagation or poor fracture toughness. This problem is examined in terms of the microstructures and minor phase contents of the discs. The microstructures showed incomplete recrystallization in the bore, carbide laden powder particle boundaries both in the bore and the recrystallized rim, and platelets of a brittle M₂ (SC) phase. Modified processing of powder fabricated discs is suggested to circumvent these deficiencies.

Résumé

Dans cet article, les auteurs décrivent la production, par métallurgie des poudres, de disques de turbine en superalliage au nickel. Les disques sont obtenus en une seule operation par forgeage d'ébauches de poudres d'Astroloy prealablement comprimées à chaud et ils sont ensuite usinés.

La forgeabilité, l'usinabilite et les propriétés mécaniques en traction et en fluage de tels disques sont meilleures que celles des disques obtenus par fonderie. La limite de fatigue déterminée en laboratoire par traction-compression et celle obtenue sur un disq ue soumis aux conditions de service de la turbine et à l'essai «spin-rig» à température ambiante se révèlent etre bonnes. Par contre, les limites de fatigues mesurées a partir de la détection d'une fissure jusqu'à la rupture finale sont faibles, suggérant soit une faible résistance à la propagation des fissures soit une faible résilience.

Ce problème a été etudie par examen de la microstructure et des phases secondaires présentes. Ces études révèlent que la recristallisation est incomplète au centre du disque, que des carbures sont présents aux joints entre les particules de poudres autant au centre du disque que dans l'anneau extérieur recristallisé et que des plaquettes d'une phase fragile M₂ (SC) sont présentes. Des modifications au procédé de fabrication de ces disques sont suggérées afin d'éliminer ces déficiences.     

Evaluating the Dynamic Toughness Properties of Pipeline Steels

Abstract

The dynamic toughness properties of three plates of the same grade of a high strength low alloy pipeline steel were evaluated by impact testing DWTT and CVN specimens sampled from the plates at 45° to the rolling direction. Impact testing was performed on either a conventional pendulum-type Charpy test machine or a Dynatup 8000 instrumented Drop- Weight Test Machine, at temperatures down to - 80°C. The shear fracture mode was found to be dependent on the type of specimen tested, and the ratio of crack initiation energy to the crack propagation energy expended in breaking a standard DWTT specimen appeared to provide a more definite indication of the onset of brittle fracture than either the shear area or total energy by itself.

Résumé

Les propriétés de ténacité dynamique de trois plaques du même type d'acier microallié ont été examinées d'aprés l'essai par choc d'échantillons DWTT et CVN prélevés it 45° de la direction du laminage. Les essais ont été réalisés soit sur une machine Charpy conventionnelle soit sur un mouton vertical instrumenté par le système Dynatup 8000, ceci à des températures atteignant – 80°C. Le mode de rupture par cisaillement dépend du type d'échantillons, et le rapport de l'énergie d'initiation des fissures et de l'énergie de propagation dépensées pour briser un échantillon standard DWTT semble donner un meilleur indice de l'apparition de la rupture fragile que l'aire cisaillée ou l'energie totale.     

Primary recrystallization during the creep of alumina

Abstract

Polycrystalline alumina prepared by cold isostatic compaction and sintering has been deformed in compression in the temperature range 1600 – 1700°C and at a stress of 3000 p.s.i. The strain-time curves indicated that under these conditions recrystallization may be initiated at strains as low as 1/4-1/2%. Metallographic examination of the deformed specimens revealed directly the initial stages of recrystallization. Preferential nucleation occurred at, or near, grain boundaries and the tips of microcracks. A mechanism involving the polygonization of dislocations in highly deformed regions of the crystals is proposed as a likely nucleation process.

Résumé

De l'alumine polycristalline préparée par compaction isostatique à froid et frittage a été déformée en compression sous une contrainte de 3000 psi dans un intervalle de température de 1600° à 1700°c. Les courbes déformation-temps indiquent que dans ces conditions la recristallisation peut débuter à des déformations aussi faibles que 1/4-1/2 %. Un examen métallographiq ue des échantillons déformés révèle directement les premiers stades de la recristallisation. Une germination préférentielle se produit aux (ou près des) joints de grains ainsi qu'à la pointe des microfissures. Comme interprétation possible de cette germination, les auteurs proposent un mécanisme faisant appel à la polygonisation des dislocations dans les régions des grains fortement déformées.     

Effect of Thiourea on Nodulation During Copper Electrorefining Using Scaled Industrial Cells

Abstract

Experiments were conducted using scaled industrial and laboratory cells to evaluate the effects of ratios and concentrations of various additives on nodulation during copper electrorefining. This paper focusses on the effect of Thiourea (TU) on the binary (TU-Cl-) and on the ternary Thiourea-Gelatin-Cl- (TU-G-Cl-) systems. In the pilot plant, temperature was maintained at 65 °C; Cl- concentration was at 40 mg L^-1 and TU ranged from 20 to 150 g t^-1 and G from 50 to 150 g t^-1. TU influences the polarization curves, the deposit morphology (roughness and nodule formation), the crystal shape (round or sharp) and the grain type (elongated or field oriented). TU can have a polarizing or a depolarizing effect depending on conditions tested. The polarizing effect related to a specific TU concentration leads to nodule formation. Optical metallography and SEM micrographs show that nodules, porosities and dendrites are largely avoided in a ternary system as compared to a binary one.

Des expériences ont été conduites en utilisant des cellules industrielles réduites et des cellules de laboratoire afin d'évaluer l'effet de différents ratios et concentrations d'additifs sur la nodulation durant l'électroraffinage du cuivre. Cet article se concentre sur l'effet de la Thiourée (TU) dans le système binaire (TU-Cl-) et dans le système ternaire Thiourée-Gelatin-Cl-. Dans le montage pilote, la température est maintenue à 65 °C, la concentration en Cl- à 40 mg L-1, celle de TU varie de 20 à 150 g t^-1 et celle de G de 50 à 150 g t^-1. La thiourée a une influence sur les courbes de polarisation, la morphologie du dépôt (rugosité et formation de nodules), la forme des cristaux (arrondis ou saillants) et le type de grain (allongés ou orientés). TU peut avoir un effet polarisant ou dépolarisant en fonction des conditions testées. L'effet polarisant conduisant à la formation de nodules provient d'une certaine concentration en thiourée. Les métallographies optiques et les micrographies au MEB montrent que l'utilisation d'un système ternaire par rapport à un système binaire permet d'éviter grandement la formation de porosité, de nodules et de dendrites.     

Hot workability of a 6% Mo austenitic stainless steel

Abstract

The addition of 6% molybdenum to austenitic stainless steel, although very beneficial to localized corrosion resistance, leads to hot workability difficulties. Hot short cracking at the interdendritic boundaries during initial breakdown of the cast ingot has been observed to be the principal failure mode. A hot working schedule has been developed which takes advantage of a peak in the ductility curve of this alloy at 1850°F (1010°C). An initial moderate reduction can be accomplished at this temperature without cracking which promotes a complete recry-stallization of the ingot during subsequent heating to rolling temperatures. The resultant fine-grained structure can be further processed to sheet without hot short cracking.

Résumé

L'addition de 6% de molybdène à l'acier inoxydable austénitique augmente grandement sa résistance àla corrosion localisée mais engendre des problèmes au cours du corroyage. On a observe que le principal mode de rupture, lors des premières passes du dégrossissage des lingots, était de la fissuration aux joints interdendritiques. On a mis au point un programme de corroyage axé sur le fait qu'à 1850°F (1010°C) la courbe de ductilité presente un maximum. A cette température on peut effectuer une premiére réduction modérée sans fissuration; cette réduction favorise une recristallisation complète du lingot au cours du chauffage ultérieur jusqu'aux températures de laminage. La structure à grains fins qui en résulte permet de continuer à laminer jusqu'à de la tôle sans fissuration à chaud.     

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

Abstract

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

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

Résumé

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

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

Dynamic recovery of aluminum during hot rolling

Abstract

Superpurity aluminum was rolled at 235 and 315°C to 90 per cent reduction in a single pass. The changes in microstructure arising from the deformation were examined by polarized-light and transmission-electron microscopy. The original grains were elongated in the direction of rolling and contained an equiaxed polygonized substructure. The subgrains were larger and more perfect at the higher rolling temperature. The extent of dynamic recovery is compared with that of commercial-purity aluminum and with that of other face-centred cubic metals.

Résumé

Un taux de réduction de 90% par laminage en une seule opération a été effectué sur de l'aluminium à 99.99% de pureté à 235 et à 315°C. Les modifications de la structure dues à cette déformation ont été éxaminées en lumière polarisée et par microscopie électronique en transmission. Les grains originaux sont allongés dans le sens de la déformation et présentent une sous-structure polygonalisée équiaxiale. Des sous-grains plus réguliers et plus gros ont été obtenus à la température la plus élevée. L'importance de la restauration dynamique est comparée avec celle de l'aluminium de pureté commerciale et avec celie d'autres métaux cubiques à faces centrées.     

Mechanical properties and structure of as-received,heat-treated and hydrided Zr-1.5 wt% Cr-0.1 wt% Fe alloy tubing

Abstract

The mechanical properties or both unhydrided and hydrided Zr-Cr-Fe alloy tubing have been evaluated using ring tensile, tube burst and Charpy impact tests over a range of temperatures from room up to 400°C. Aspects of the recovery and recrystallization or two batches or tubing were studied. Stress relieving cold-worked tubing between 450° and 575°C gave stronger, less ductile material compared with recrystallized tubing but the actual tensile values depended critically on the stress-relieving temperature. Beta quenching and ageing thin-walled tubing resulted in poor ductility, variabk strength and structure with some massive grain coarsening. The tensile duct iii ty or Zr-Cr-Fe tubing was lowered by circumferentially aligned hydride although the drop was not serious at least up to 400 ppm hydrogen. Hydride had little effect on tensik stength up to 300 ppm hydrogen but there was an increase in strength at higher hydrogcn levels.

Résumé

Les propriétés mécaniques du Zr-Cr- Fe, hydruré ct non-hydruré, ont été évaluées en utilisant des essais de traction sur anneaux, d'eclatement de tubes et l'essai Charpy dans une gamme de température variant de l'ambiante a 400°C. Des aspects de la restauration ct la recristallisation de deux séries de tubes ont été étudiés. Un recuit entre 450° et 575°C pour éliminer les contraintes résiduelles a donné un matériau plus résistant et moins ductile en comparaison aux tubes recristallisés, mais les valeurs obtenues en traction dépendaient fortement de la température de ce recuit. Dans les tubes à paroi mince, une trempe de la phase β (suivie d'un vieillissement a diminué la ductilité et donné une résistance mécanique variable et une structure contenant des régions à trés gros grains. Des hydrures alignés circumférentiellement ont réduit la ductilité en traction des tubes de Zr-Cr-Fe, mais cette réduction était mineure, du moins jusqu'à 400 ppm d'hydrogène. Jusqu'è 300 ppm d'hydrogène, les hydrures ont peu intluencé la résistance en traction, mais ont causé une augmentation de la résistance mécanique à des teneurs plus élevées.