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.     

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

Abstract

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

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

ELECTROLYSIS OF LIQUID FAYALITE SLAGS

Abstract

Electrolysis of liquid fayalite slags was carried out at 1250 °C using a liquid copper cathode and an inert platinum anode. At the cathode, iron precipitated with a current efficiency above 55%. The cathodic current efficiency decreased with increasing slag magnetite content. When Cu₂O was added to the slag, metallic copper was formed at the cathode with current efficiencies as high as 80%. In terms of the recovery of copper from metallurgical slags, electrolysis would be most beneficial for slags with a high dissolved copper content such as slags from direct to copper smelting.

Over time, the cell voltage decreased due to an increase in the effective surface area of the anode and also partly due to an increase in the slag conductivity due to increasing magnetite content. The increasing anode area was caused by a magnetite-rich deposit forming around the platinum wire anode.

On a effectué l’électrolyse de laitiers de fayalite liquides à 1250 °C en utilisant une cathode en cuivre liquide et une anode inerte en platine. Le fer était précipité à la cathode avec un rendement du courant au-dessus de 55%. Le rendement du courant cathodique diminuait avec une augmentation de la teneur en magnétite du laitier. Lorsqu’on ajoutait du Cu₂O au laitier, du cuivre métallique se formait à la cathode avec des rendements de courant aussi élevés que 80%. En ce qui concerne la récupération du cuivre à partir des laitiers métallurgiques, l’électrolyse serait davantage bénéfique pour des laitiers ayant une teneur élevée en cuivre dissous, comme des laitiers du traitement direct de fonte de cuivre.

Avec le temps, le voltage de la cellule diminuait à cause d’une augmentation de la superficie efficace de l’anode et aussi en partie à cause d’une augmentation de la conductivité du laitier résultant d’une augmentation de la teneur en magnétite. L’augmentation de la superficie de l’anode était causée par un dépôt riche en magnétite qui se formait autour du fil en platine de l’anode.     

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

Abstract

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

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

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.     

Weld nugget formation and mechanical properties of three-sheet resistance spot welded low carbon steel

Abstract

In this paper, weld nugget formation and mechanical properties of 1·25/1·25/1·25 mm three-sheet low carbon steel resistance spot welds are investigated. Heat conduction from sheet/sheet interfaces (i.e. places with higher electrical resistance) to the geometrical centre of the joint and heat dissipation via water cooled electrodes play an important role in weld nugget growth of three-sheet resistance spot welding. It was shown that the fusion zone size along the sheet/sheet interface was greater than that of along geometrical centre of the joint leading to high tendency to interfacial failure. Fusion zone size at the sheet/sheet interface proved to be the most important controlling factor of mechanical performance of three-sheet spot weld in terms of peak load and energy absorption.

Dans cet article, on examine la formation du noyau de soudure et les propriétés mécaniques de trois tôles d’acier de 1·25–1·25–1·25 mm à faible teneur en carbone, soudées par points par résistance. La conduction de chaleur des interfaces tôle - tôle (c’est-à-dire les endroits ayant une résistance électrique plus élevée) vers le centre géométrique du joint et la dissipation de chaleur par l’intermédiaire d’électrodes refroidies à l’eau jouent un rôle important dans la croissance du noyau de soudure du soudage à trois tôles par points par résistance. On a montré que la taille de la zone de fusion au long de l’interface tôle - tôle était plus grande que la taille de la zone de fusion au long du centre géométrique du joint, donnant naissance à une tendance élevée à la défaillance interfaciale. Il s’est avéré que la taille de la zone de fusion à l’interface tôle - tôle était le facteur de contrôle le plus important du rendement mécanique de la soudure par points à trois tôles en ce qui a trait à la charge de pointe et à l’absorption d’énergie.     

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.     

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

Abstract

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

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

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.     

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

Abstract

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

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

AMATHEMATICAL MODEL OF A DC ELECTRIC FURNACE FOR RECOVERY OF ZINC FROM LEAD BLAST FURNACE SLAG

Abstract

A mathematical model has been developed for fluid flow and heat transfer in a prospective process to recover lead and zinc by a DC electric fuming process from lead blast furnace slag. The modelling consisted of several steps. Algebraic equations were used to obtain arc momentum and temperature. Fluid flow simulations were performed to calculate the top slag surface depression and the results were then imposed upon the subsequent fluid flow and heat transfer simulation. Using this procedure, a number of simulations of the DC arc furnace operation were carried out for various conditions. Velocities and temperatures in the slag and metal, as well as sidewall heat fluxes were evaluated with the model. The model predicts, in most cases, that the sidewall heat fluxes were less than 200 kW/m² and they would increase with decreasing furnace diameter and decreasing slag solidus temperature. The results of the model have been useful in the design of a furnace.

On a développé un modèle mathématique de l’écoulement des fluides et de la transmission de chaleur pour un procédé prospectif de récupération du plomb et du zinc par un procédé d’ébullition avec courant électrique continu à partir de la scorie de plomb du haut-fourneau. La modélisation consiste en plusieurs étapes. On a utilisé des équations algébriques pour obtenir la quantité de mouvement et la température de l’arc. On a effectué des simulations d’écoulement de fluide pour calculer la dépression de la surface de la scorie et l’on a ensuite imposé les résultats à la simulation subséquente d’écoulement de fluide et de transmission de chaleur. Utilisant cette procédure, on a exécuté un certain nombre de simulations du fonctionnement du four à arc à courant continu sous des conditions variées. Au moyen du modèle, on a évalué la vélocité et la température de la scorie et du métal ainsi que le flux de chaleur des parois latérales. Dans la plupart des cas, le modèle a prédit que le flux de chaleur des parois latérales était moins de 200 kW/m² et qu’il augmenterait avec une diminution du diamètre du four et une diminution de la température de solidus de la scorie. Les résultats du modèle ont été utiles pour la conception d’un four.     

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.     

EFFECT OF COATING PARAMETERS AND HEAT TREATMENT ON THE ADHESIVE PROPERTIES OF ELECTROLESS Ni-P COATINGS

Abstract

The adhesive properties of coatings have pronounced effects on their quality. The effect of various coating parameters and post-deposition heat treatment on the adhesive properties of low and high phosphorus electroless nickel-phosphorus (EN) coatings was investigated using three-point bending tests. The critical load and mid-span deflection were used as measures of the adhesive strength of the coatings.

A good correlation was found between the coating parameters and the critical load and deflection values at crack initiation. The critical load was found to increase with increasing coating thickness for EN-coated specimens tested in the as-deposited condition. The critical load and mid-span deflection of as-plated EN coatings increased with increasing phosphorus content. However, thick coatings cracked at lower deflection values than thin coatings. Post-deposition heat treatment at 400 °C for 1 hour adversely affected the measured indices due to increase in brittleness of the coatings occasioned by the crystallization of nickel crystals and nickel phosphide (NixPy) precipitates. Further, the critical load and deflection values at cracking were found to be dependent upon the mechanical properties of the substrate material.

Les propriétés adhésives des revêtements ont des effets prononcés sur leur qualité. On a investigué l’effet de divers paramètres du revêtement et du traitement thermique après le dépôt sur les propriétés adhésives de revêtements autocatalytiques de nickel–phosphore (EN) à teneur faible ou élevée en phosphore, en utilisant les essais de flexion en trois points. On a utilisé la charge critique et la flèche à mi-portée comme mesures d’adhérence des revêtements. On a trouvé une bonne corrélation entre les paramètres du revêtement et les valeurs de charge critique et de flèche à l’initiation de fissure.

On a trouvé que la charge critique augmentait avec l’augmentation de l’épaisseur du revêtement pour les spécimens revêtus de EN évalués à l’état brut. La charge critique et la flèche à mi-portée des revêtements EN plaqués bruts augmentaient avec une augmentation de la teneur en phosphore. Cependant, les revêtements épais craquaient à des valeurs plus faibles de flèche que les revêtements minces. Le traitement thermique après dépôt, à 400 °C pendant 1 h, affectait défavorablement les indices mesurés à cause de l’augmentation de la fragilité des revêtements, occasionnée par la cristallisation de cristaux de nickel et de précipités de phosphure de nickel (NixPy). De plus, on a trouvé que les valeurs de la charge critique et de flèche à la fissuration étaient dépendantes des propriétés mécaniques du matériau du substrat.     

Effect of electrolyte additives on microstructure and properties of electroplated chromium coatings

Abstract

Recent progress in environmental science provides an incentive to explore the use of hexavalent chromium for anticorrosion and wear protection purposes. To this end, this work aims to explore the evolution of the microstructure of chromium coatings as a function of electric current through the electrolyte in the presence of organic and non-organic additives. In this study, the fundamental properties of electroplating related to hard chromium such as hardness (wear resistance) and cathode efficiency are reviewed with respect to cathode current. The results obtained show that the microstructure is sensitive to the presence of organic admixtures in the plating solution. In addition, the effect of hard microparticles on the plating process at enhanced values of cathode current is reported. The cathode efficiency for different plating speeds and in different chromium electrolytes is calculated from the experimental results.

Les progrès récents des sciences de l’environnement fournissent une incitation à explorer l’utilisation du chrome hexavalent pour le but de protection contre la corrosion et l’usure. À cette fin, ce travail vise à explorer l’évolution de la microstructure de revêtements de chrome en fonction du courant électrique à travers l’électrolyte en présence d’additifs organiques et inorganiques. Dans cette étude, on analyse les propriétés fondamentales de l’électroplastie reliées au chrome dur comme la dureté (résistance à l’usure) et l’efficacité de la cathode, par rapport au courant de la cathode. Les résultats obtenus montrent que la microstructure est sensible à la présence d’additifs organiques dans la solution de placage. En plus, on rapporte l’effet de micro particules dures sur le procédé de placage à des valeurs augmentées du courant de la cathode. À partir des résultats expérimentaux, on calcule l’efficacité de la cathode à différentes vitesses de placage et avec différents électrolytes de chrome.     

Effects of nitrogen and helium shielding mixtures on semiaustenitic stainless steel welds

Abstract

The effect of nitrogen-helium atmos pheres used as a shielding gas for welding of some semiaustenitic stainless steels was studied. Nitrogen, being a strong austenite stabilizer, has the tendency to suppress the amount of retained delta ferrite in the weldment. The addition of 1.0 per cent nitrogen by volume to the helium shielding gas increased the tensile strength of the weldment approximately 4000 psi to within about 1 per cent of the parent metal, and the ductility approximately 33 per cent to within 95 per cent of the parent metal.

The additions of nitrogen to the shielding gas significantly reduced the a mo unt of retained ferrite. However, increasing the nitrogen in excess of 1 per cent by volume drastically reduced the tensile strength and ductility. It is suggested that this reduction in strength and ductility is the result of pertinent alloying components being used up in the formation of nitrides.

Résumé

Les auteurs ont étudié 1'influence de mélanges d'hélium et d'azote utilisés comme gaz de couverture en soudage d'aciers inoxydables semi austénitiques. Stabilisateur puissant de 1'austénite, l'azote tend à diminuer la teneur en fer delta des soudures. En utilisant un gaz renferment 1% en volume d'azote, la résistance à la traction des éprouvettes accuse une augmentation de 4000 psi, la relevant ainsi jusqu'à un écart aussi petit que 1% de la résistance du métal de base; concomitamment, l'allongement s'améliore de 33% et ainsi s'approche jusqu'à 95% de l'allongement du métal de base. L'influence de l'azote, comme moyen de réduire la teneur en fer delta est significative. Toutefois, dès que la quantité d'azote dépasse 1% en volume, la résistance à la traction et l'allongement fléchissent considérablement. Les auteurs avancent que le fléchissement est le résultat de la fixation d'éléments d'alliage par l'azote.     

Behaviours of supersonic oxygen jet injected from four-hole lance during top-blown converter steelmaking process

The top-blown oxygen jet behaviours at different stagnation temperatures in converter steelmaking process were investigated by using numerical simulation technique. The multiphase flow in top-blown converter with four-hole lance was computed. The results show that with the increasing stagnation temperature of the supersonic oxygen jet, the velocity and static temperature of the jet increase, while the potential core length of the jet shortens. The penetrability of the oxygen jet injected from a four-hole top-blown lance is improved with the increasing stagnation temperature of the jet from 300 to 900 K, while the penetrability declines with the further increase in the stagnation temperature from 900 to 1200 K. Although the penetration depth and impact area corresponding to the oxygen jet with stagnation temperature of 1200 K are smaller than those of 900 K, the horizontal velocity of liquid steel increases with the increasing stagnation temperature due to the increase in the intersection and interference of jet flow, which further enhances the flow of the liquid phase at the interface of gas and liquid and promotes the mixing conditions in converter bath.

On a examiné les comportements d’un jet d’oxygène à soufflage par le haut à différentes températures d’équilibre lors du procédé de fabrication de l’acier par convertisseur, en utilisant une technique de simulation numérique. On a calculé l’écoulement polyphasique dans le convertisseur à soufflage par le haut avec lance à quatre trous. Les résultats montrent qu’avec l’augmentation de la température d’équilibre du jet d’oxygène supersonique, la température statique et la vélocité du jet augmentent, alors que la longueur potentielle du noyau du jet est raccourcie. La capacité de pénétration du jet d’oxygène injecté s’améliore avec l’augmentation de la température d’équilibre du jet de 300 à 900 K, mais elle s’abaisse avec une augmentation additionnelle de la température d’équilibre de 900 à 1200 K. Bien que la profondeur de pénétration et la superficie de l’impact correspondant au jet d’oxygène avec température d’équilibre à 1200 K soient plus petites qu’à 900 K, la vélocité horizontale de l’acier liquide augmente avec une augmentation de la température d’équilibre. Cela est dû à l’augmentation de l’intersection et à l’interférence de l’écoulement du jet, ce qui améliore davantage l’écoulement de la phase liquide à l’interface gaz et liquide et encourage les conditions de mélange dans le bain du convertisseur.     

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.     

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.     

Use of Catalytic Anodes For Zinc Electrowinning At High Current Densities From Purified Electrolytes

Abstract

Substantial energy savings are possible in zinc electrowinning by substituting catalytic oxygen evolution anodes for conventional lead-silver anodes. However, it is well known that the harmful effects of impurities usually present in zinc electrolyte solutions limit the service life of catalytic anodes, though their purification by solvent extraction could obviate such problems. Laboratory scale zinc deposition experiments with synthetic electrolytes have been performed to determine the effects of current density, temperature and electrolyte composition on cell voltages and current efficiencies. These data sets were used in an assessment of the optimum design parameters of the tank house. Zinc electrowinning at high current densities (higher than 2000 A/m²) using catalytic anodes and purified solutions (by solvent extraction) is proposed as an alternative to the conventional process, which is based on lead-silver anodes working at relatively low current densities (ca. 500 A/m²). Finally, a system for continuous deposition and stripping of the metal is discussed.

Des économies d'énergie importantes sont possibles pour l'extraction électrolytique du zinc en substituant des anodes catalytiques à évolution d'oxygène à des anodes conventionnelles de plombargent. Cependant, il est bien connu que les effets nocifs des impuretés habituellement présentes dans les solutions d'électrolyte de zinc limitent la vie des anodes catalytiques, bien que leur purification par extraction au solvant pourrait prévenir de tels problèmes. On a conduit des expériences de dépôt de zinc à l'échelle du laboratoire avec des électrolytes synthétiques afin de déterminer l'effet de la densité de courant, de la température et de la composition de l'électrolyte sur l'efficacité des voltages et du courant de la cellule. On a utilisé ces ensembles de données dans une évaluation des paramètres optimums pour la conception de la cellule d'extraction. On propose l'extraction électrolytique du zinc à hautes densités de courant (plus élevée que 2000 A/m²) en utilisant des anodes catalytiques et des solutions purifiées (par exemple, par extraction au solvant), comme remplacement du procédé conventionnel, qui est basé sur des anodes de plomb-argent opérant à des densités de courant relativement faibles (environ 500 A/m²). Finalement, on discute d'un système pour dépôt et enlèvement du métal en continu.