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.     

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

Abstract

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

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

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.     

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.     

Enhancement of leaching refractory gold concentrate with high arsenic and sulphur content by ultrasonic electro-oxidation technology

Abstract

The ultrasonic leaching behaviour of refractory gold concentrate has been investigated simultaneously at the anode in hydrochloric acid solution and at the cathode in sodium hydroxide solution. An electrochemical reactor divided into three compartments (anode, middle and cathode compartment) by anion and cation exchange membrane is employed for these experiments. Various parameters, which include solid–liquid ratio, current density, leaching temperature, particle size, ultrasonic power and concentrations of HCl and NaOH, are studied to understand the leaching mechanism of the refractory gold concentrate. The gold leaching recovery of 98% in the anode compartment is more than double than that of 46% in the cathode compartment. The leaching kinetics is analysed by using a shrinking rim model given by: 1?(1?X)^1/3?=?kt and 1?3(1?X)^2/3+2(1?X)?=?kt. The kinetics appears to be chemically controlled in the anode compartment and to be diffusively controlled in the cathode compartment respectively. Surface examinations of the samples leached in electro-oxidation and ultrasonic electro-oxidation conditions are carried out by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. These results can be considered as a basic understanding for leaching refractory gold concentrate by ultrasonic electro-oxidation.

On a examiné le comportement de lixiviation ultrasonique de concentré d’or réfractaire, simultanément à l’anode, en solution d’acide chlorhydrique, et à la cathode, en solution d’hydroxyde de sodium. Pour ces expériences, on emploie un réacteur électrochimique divisé en trois compartiments (compartiment de l’anode, du milieu, et de la cathode) par une membrane d’échange d’anion et de cation. On a étudié divers paramètres, incluant le rapport solide-liquide, la densité de courant, la température de lixiviation, la taille de particule, la puissance ultrasonique, et la concentration de HCl et de NaOH, afin de comprendre le mécanisme de lixiviation du concentré d’or réfractaire. La récupération de l’or, par lixiviation, de 98% dans le compartiment de l’anode est plus que le double de celui de 46% du compartiment de la cathode. La cinétique de lixiviation est analysée avec le modèle du retrait de la bordure donné par: 1?(1?X)^1/3?=?kt et 1?3(1?X)^2/3+2(1?X)?=?kt. La cinétique est contrôlée par la chimie dans le compartiment de l’anode et par diffusion dans le compartiment de la cathode, respectivement. L’examen de la surface des échantillons lixiviés sous des conditions d’électro-oxydation ou d’électro-oxydation ultrasonique est effectué par XRD (diffraction des rayons X) et par SEM (microscopie électronique à balayage). On peut considérer ces résultats comme base de la compréhension de la lixiviation de concentré d’or réfractaire par électro-oxydation ultrasonique.     

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.     

Effects of some solid lubricant particles and their concentration in oil towards controlling wear performance of leaded tin bronze bush

Abstract

This investigation pertains to the examination of the sliding wear response of a leaded tin bronze bush as influenced by the changing content of solid lubricants such as talc, graphite and lead when mixed with oil. Wear tests were performed to determine the wear loss, frictional heating and friction coefficient. Characteristics of wear surfaces and subsurface regions threw light on the operating wear mechanisms and further substantiated the observed wear behaviour. The solid lubricants were noted to significantly influence the overall performance of the samples wherein their content produced an identical trend while their type and structure showed a mixed effect.

Cette étude a trait à l’examen de la réponse à l’usure par glissement d’une bague de palier de bronze à l’étain au plomb, influencée par la teneur changeante de lubrifiants solides comme le talc, le graphite ou le plomb, lorsque mélangés avec de l’huile. On a effectué des essais d’usure afin de déterminer la vitesse d’usure, le chauffage dû à la friction et le coefficient de friction. Les caractéristiques des surfaces d’usure et des régions sous la surface ont permis de comprendre les mécanismes d’usure et de substantifier davantage le comportement à l’usure observé. On note que les lubrifiants solides influencent significativement le rendement global des échantillons là où leur concentration produisait une tendance identique alors que leur type et leur structure montraient un effet mixte.     

Effect of submerged arc welding parameters on microstructure of SA516 steel weld metal

Abstract

The influence of submerged arc welding (SAW) process parameters on the microstructure of SA516 grade 70 steel weld metal (WM) was investigated in the present work. Steel plates of 17 mm thickness were submerged arc welded using welding currents of 700–850 A and welding speeds of 5·3–15·3 mm s^?1. The morphologies and volume fractions of the various ferrites in the WM were studied using optical microscopy and the morphologies and chemical compositions of the WM inclusions were examined using scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectrometry. The results showed that the WM grain structure coarsened but the grain width of prior austenite grains decreased with increasing heat input. Also, the proportion of acicular ferrite (AF) in the WM increased initially, while the volume fractions of grain boundary ferrite and Widmanstätten ferrite decreased with increasing welding current. However, with further increasing the welding current above 800 A, less AF was produced. The weld nugget area decreased with increasing welding speed at all currents, but did not affect the amount of AF produced.

Au cours de ce travail, on a examiné l’influence des paramètres du procédé de soudage à l’arc sous flux en poudre (SAW) sur la microstructure du métal soudé (WM) de l’acier SA516, Gr. 70. On a soudé à l’arc sous flux en poudre des tôles d’acier de 17 mm d’épaisseur en utilisant des courants de soudage de 700 à 850 A et des vitesses de soudage de 5·3 à 15·3 mm s^?1. On a étudié la morphologie ainsi que la fraction volumique des diverses ferrites du WM en utilisant la microscopie optique et l’on a examiné la morphologie ainsi que la composition chimique des inclusions du WM en utilisant la microscopie électronique à balayage (SEM) et la spectroscopie à dispersion d’énergie (EDS). Les résultats ont montré que la structure de grain du WM grossissait mais que la largeur de grain des grains antérieurs d’austénite diminuait avec une augmentation de l’apport de chaleur. Également, la proportion de ferrite aciculaire (AF) dans le WM augmentait initialement, alors que les fractions volumiques de ferrite des joints de grain (GBF) et de ferrite de Widmanstatten (WF) diminuaient avec l’augmentation du courant de soudage. Cependant, avec une augmentation supplémentaire du courant de soudage au-dessus de 800 A, moins de ferrite aciculaire était produite. La région du noyau de soudure diminuait avec une augmentation de la vitesse de soudage à toutes les valeurs de courant, mais la quantité d’AF produite n’était pas affectée.     

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.     

Solvent refining of silicon using nickel as impurity getter

Abstract

The effectiveness of Ni as an impurity trapper in refining of silicon has been studied. Metallurgical grade silicon was alloyed with Ni and the molten alloy solidified by slow cooling at various cooling rates. Silicon dendrites grown during solidification of the alloy were subsequently recovered from the matrix by employing a heavy media separation technique. The process efficiency was studied in terms of the effectiveness of the physical separation technique and the degree of purification of Si.

On a étudié l’efficacité du Ni comme piège à impureté dans l’affinage du silicium. On a allié avec du Ni le silicium de qualité métallurgique et l’on a solidifié l’alliage fondu par refroidissement lent à différentes vitesses de refroidissement. On a ensuite récupéré de la matrice les dendrites de silicium formées lors de la solidification de l’alliage en employant une technique de séparation à média lourds. On a étudié le rendement du procédé par rapport à l’efficacité de la technique de séparation physique et au degré de purification du Si.     

Wear Characteristics of a Zinc-Based Alloy Compared With a Conventional Bearing Bronze Under Mixed Lubrication Conditions: Effects of Material and Test Parameters

Abstract

This study discusses the sliding wear response of a zinc-based alloy (conforming to ZA 27) in mixed lubrication conditions at different sliding pressures and speeds. A conventional bearing bronze (conforming to SAE 660) was also tested under identical test conditions for comparison purposes.

Wear rate increased with speed and pressure. Further, the zinc-based alloy attained superior wear response (less wear rate and frictional heating) than the bronze at all test speeds except prior to seizure (occurring at 7.0 MPa) at the speed of 4.60 m/s. The trend reversed in the latter case. Wear rate of the specimens also agreed with the degree of frictional heating experienced by them. A higher wear rate corresponded to larger frictional heating and vice versa. Wear behaviour of the samples improved considerably in the present study due to the presence of the oil lubricant as compared to the study in dry conditions.

Wear behaviour of the samples has been discussed in terms of the nature and response of their various microconstituents and the effects produced by varying test speeds and pressures under mixed lubrication conditions. Features of wear surfaces, subsurface regions and debris particles generated during the testing of the specimens further substantiated the observed wear behaviour of the samples and were helpful in understanding the operating wear mechanisms.

Cette étude discute de la réponse à l'usure par glissement d'un alliage à base de zinc (seconformant à ZA 27) sous condition de lubrification mixte à différentes pressions et vitesses de glissement. On a aussi évalué un bronze conventionnel pour palier (se conformant à SAE 660) sous des conditions identiques pour fin de comparaison.

Le taux d'usure augmentait avec la vitesse et la pression. De plus, l'alliage à base de zinc démontrait une réponse supérieure à l'usure (i.e. un plus bas taux d'usure et moins de chaleur de friction) en comparaison avec le bronze, à toutes les vitesses d'évaluation sauf juste avant qu'il ne grippe (ce qui se produit à 7.0 MPa), à la vitesse de 4.60 m/s; la tendance s'inversait dans ce dernier cas. Le taux d'usure des spécimens était aussi en accord avec leur degré d'échauffement par friction, i.e. un plus haut taux d'usure correspondait à un échauffement plus important par friction et vice-versa. Le comportement d'usure des échantillons s'est amélioré considérablement dans la présente étude à cause de la présence de l'huile lubrifiante en comparaison avec l'étude en condition sèche.

On a discuté du comportement d'usure des échantillons en termes de la nature et de la réponse de leurs divers micro constituants ainsi que des effets produits en variant la vitesse et la pression d'évaluation sous condition de lubrification mixte. Les caractéristiques des surfaces d'usures, des régions sous la surface ainsi que des débris de particules générés lors de l'évaluation des spécimens ont davantage établi le comportement observé d'usure des échantillons et étaient utiles pour comprendre les mécanismes d'usure en opération.     

MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL BEHAVIOUR OF Ni-ALLOYED AUSFORMED AUSTEMPERED DUCTILE IRON

Abstract

The abrasion wear behaviour of ausformed austempered ductile iron (AADI) as well as conventional austempered ductile iron (ADI) was investigated. The effects of both Ni content and rolling reduction during the ausforming process on wear resistance of AADI and ADI were studied thoroughly. The ausforming process has created a finer and more homogeneous ausferrite structure that has a direct influence on the mechanical properties of AADI. Maximum hardness and tensile strength were obtained with a 35% rolling reduction. On the other hand, ductility and impact strength were reduced with increasing rolling reduction during the ausforming process. AADI showed superior abrasion wear resistance due to its finer and harder structure.

On a investigué le comportement de résistance à l’abrasion de la fonte ductile austénitoformée, à trempe étagée bainitique (AADI) ainsi que de la fonte ductile conventionnelle à trempe étagée bainitique (ADI). On a étudié à fond l’effet de la teneur en Ni ainsi que de la réduction par laminage lors du traitement d’austénitoformage sur la résistance à l’usure de l’AADI et de l’ADI. Le traitement d’austénitoformage créait une structure ausferritique plus fine et plus homogène qui a une influence directe sur les propriétés mécaniques de l’AADI. On a obtenu une dureté et une résistance à la traction maximales avec une réduction par laminage de 35%. D’un autre côté, la ductilité et la résistance à l’impact étaient réduites avec une augmentation de la réduction par laminage lors du traitement d’austénitoformage. L’AADI a montré une résistance supérieure à l’abrasion, grâce à sa structure plus fine et plus dure.     

Effect of Copper Alloying on Fatigue Life and Fatigue Crack Growth Behaviour of Ductile Cast Irons

Abstract

Specimens cut out and machined from Cu alloyed (about 1.6%) and unalloyed (less than 0.012%) ductile cast iron ingots were tested under cycling loading to reveal the effect of copper addition on fatigue performance. The influence of solidification rate and hence the microstructure were also studied by preparing sand cast and die cast ingots from each composition. Some high copper die cast specimens were annealed to spheroidize and homogenize the matrix’s pearlite structure. All experiments were carried out by subjecting CT type specimens to constant load amplitude and tensile to tensile sinusoidal load cycles. Electrical crack foils were employed to measure instantaneous crack sizes. Cu alloyed samples showed higher fatigue lives. Similarly, crack growth rate diagrams pointed out lower fatigue crack velocities and higher near threshold stress intensity factors in high Cu specimens. The spheroidization of pearlitic matrix resulted in an insignificant increase in fatigue crack growth rate and a 10% decrease in near threshold stress intensity value. The fatigue performance of sand cast pieces was better than die cast ones. It is concluded that the fatigue life of ductile cast irons can be improved by copper alloying.

Des éprouvettes coupées et usinées à partir de lingots de fonte ductile alliée au cuivre (approximativement 1.6%) et non alliée (moins de 0.012%) ont été évaluées sous effort cyclique afin de révéler l’effet de l’addition de cuivre sur le comportement de fatigue. On a également étudié l’influence du taux de solidification, et ainsi de la microstructure, en préparant des lingots coulés en sable et d’autres coulés en coquille, à partir de chaque composition. On a recuit quelques éprouvettes à haute teneur en cuivre, coulées en coquille, pour obtenir la sphéroïdisation et l’homogénéisation de la structure perlitique de la matrice. On a effectué toutes les expériences en exposant les éprouvettes de type C-T à des cycles avec charge d’amplitude constante, à charge sinusoïdale traction à traction. On a utilisé des films électriques à fissure pour mesurer la taille instantanée des fissures. Les échantillons alliés au cuivre ont montré une plus grande résistance à la fatigue. De façon similaire, des diagrammes de taux de croissance de la fissure indiquaient des vélocités plus basses de fissure due à la fatigue et des facteurs plus élevés d’intensité de contrainte près de la limite pour les éprouvettes à haute teneur en Cu. La sphéroïdisation de la matrice perlitique a résulté en une augmentation insignifiante du taux de croissance de fissure due à la fatigue et en une diminution de 10% de la valeur d’intensité de contrainte près de la limite. Le comportement de fatigue des pièces coulées en sable était meilleur que celui des pièces coulées en coquille. On conclut que la résistance à la fatigue des fontes ductiles peut être améliorée par alliage au cuivre.     

PREPARATION AND PERFORMANCE OF COKE ANODES FOR FERROUS TO FERRIC ION OXIDATION IN A NEW COPPER ELECTROWINNING CELL

Abstract

Coke anodes were prepared in order to use them in a lab scale copper electrowinning (EW) cell based on reactive electrodialysis (RED) which uses the ferrous/ferric ion oxidation as an anodic reaction. The effects of various anode production parameters were studied and optimized. The most significant variables determining anode quality were baking temperature, baking atmosphere and compacting pressure. When applied in the Cu electrowinning RED cell with a cell current density of 300 A/m2, the optimized coke anode produced a cell voltage of 1.05 V which is half the cell voltage obtained in conventional copper EW cells and less than half the value obtained in the RED cell with a non-optimized coke anode. This represents considerable energy savings.

On a préparé des anodes de coke afin de les utiliser dans une cellule d’extraction électrolytique (EW) du cuivre à l’échelle du laboratoire basée sur l’électrodialyse réactive (RED) qui utilise l’oxydation de l’ion ferreux/ferrique comme réaction anodique. On a étudié et optimisé l’effet de divers paramètres de production de l’anode. Les variables les plus importantes dans la détermination de la qualité de l’anode incluaient la température de cuisson, l’atmosphère de cuisson et la pression de compaction. Lorsque appliquée à une cellule d’extraction électrolytique RED du Cu avec une densité de courant de la cellule de 300 A/m2, l’anode de coke optimisée produisait un voltage cellulaire de 1.05 V, ce qui est la moitié du voltage cellulaire obtenu dans les cellules d’extraction électrolytiques conventionnelles du cuivre et moins que la moitié de la valeur obtenue dans la cellule RED avec une anode de coke non optimisée. Ceci représente des économies d’énergie importantes.     

Ceramic reinforced high modulus steel composites: processing,microstructure and properties

Ceramic reinforced steel matrix composites are materials for automotive, aerospace, wear and cutting applications. Such metal matrix composites (MMCs) combine attractive physical, mechanical and wear properties with ease of fabrication and low cost. The review focuses on the current state of the art of producing these metal matrix composites, ceramics reinforcements, composition of steel matrix, microstructure evolution and parameters influencing the mechanical and wear properties. Processing methods to fabricate ceramic reinforced steel matrix composites are discussed to produce these composites with low number of defects, homogeneous microstructure and high mechanical and wear performance. The influence of chemical nature of ceramic reinforcements and composition of steel matrix on the microstructure, mechanical and wear properties is presented. The strengthening mechanisms and parameters controlling wear performance of steel MMCs are described as a function of the content of ceramic reinforcements, microstructural design and structure of the steel matrix. Keeping in view the stability of ceramics in steels, suitable ceramic reinforcements and steel matrix materials are discussed. Moreover, the importance of microstructure and interface between ceramic reinforcement and steel matrix in controlling the mechanical properties of steel MMCs is highlighted. The review identifies area of research for development to fully appreciate and tailor the properties of these industrially important composites.

Les matériaux composites à matrice d’acier, renforcés de céramique, sont des matériaux pour application dans l’industrie automobile, aérospatiale, de l’usure et du découpage. Les matériaux composites à matrice métallique (MMCs) en acier et céramique combinent des propriétés attrayantes physiques, mécaniques et d’usure, à la facilité de fabrication et au coût faible. Cette revue se concentre sur l’état de la technique courante de production des matériaux composites à matrice d’acier, renforcés de céramique, sur les renforcements en céramique, sur la composition de la matrice d’acier, sur l’évolution de la microstructure, sur les propriétés mécaniques et sur les paramètres importants qui contrôlent les propriétés mécaniques et d’usure. On discute des méthodes de traitement pour la fabrication des matériaux composites à matrice d’acier, renforcés de céramique afin de produire des MMCs avec peu de défauts, une microstructure homogène et un rendement élevé des propriétés mécaniques et d’usure. On décrit l’influence de la nature chimique des renforcements et de la composition de la matrice en acier sur le développement de la microstructure et sur les propriétés mécaniques et d’usure. On décrit les mécanismes de renforcement et les paramètres contrôlant le rendement à l’usure des MMCs en acier en fonction de la teneur en renforcement de céramique, de la conception de la microstructure et de la structure de la matrice en acier. Gardant en vue la stabilité des céramiques dans les aciers, on discute des matériaux appropriés de renforcements céramiques et de matrice d’acier. De plus, on souligne l’importance de la conception de la microstructure et de l’interface dans le contrôle des propriétés mécaniques des MMCs en acier. Cette revue identifie des sujets de recherche à développer afin de comprendre complètement et de créer sur mesure les propriétés de ces matériaux composites d’importance industrielle.     

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.     

Wear resistance of coke-crushing hammers

Abstract

This work investigated several methods for improving the wear resistance of the 42CrMo4 tool steel used for coke-crushing hammers. The methods embraced heat treatment for obtaining different combinations of strength and ductility of the bulk steel, and surface-engineering processes comprising TiN thin-film deposition using magnetron-sputtering, nitriding and WC/Ni weld deposit surfaced by gas metal arc (GMA) method. The wear-resistance was tested under industrial conditions. Oil quenching and tempering significantly increased the wear resistance in comparison to the as-received condition. Conversely, nitriding and TiN-hard coating did not show any significant improvement. WC/Ni weld deposit provided the best protection against wear, which was caused predominantly by hard abrasive particles present in the coke.

Ce travail a examiné quelques méthodes d’amélioration de la résistance à l’usure de l’acier à outils 42CrMo4, utilisé pour les marteaux de broyage de coke. Les méthodes incluaient le traitement thermique pour l’obtention de combinaisons diverses de résistance et de ductilité de l’acier en vrac, ainsi que les procédés d’ingénierie des surfaces comprenant le dépôt de couche mince de TiN par pulvérisation au magnétron, la nitruration ainsi que le surfaçage par dépôt de soudure de WC/Ni par la méthode de soudure à l’arc sous gaz (GMA). On a évalué la résistance à l’usure en conditions industrielles. La trempe à l’huile avec revenu augmentait significativement la résistance à l’usure par rapport au métal brut d’usinage. Inversement, la nitruration, et le revêtement dur de TiN n’ont pas montré d’amélioration importante. Le dépôt de soudure de WC/Ni fournissait la meilleure protection contre l’usure, qui était principalement causée par les particules abrasives dures présentes dans le coke.     

Effect of prior heat treatment on wear behaviour of 0·23% carbon dual phase steel

The present study is aimed at understanding the effect prior heat treatment on the high-stress abrasive wear response of 0·.23% carbon dual phase steel. As-received steel was subjected to annealing, normalising and hardening treatment prior to actual dual phase heat treatment. These steels along with the as-received steel were intercritically annealed at 745°C followed by water quenching in order to produce dual phase microstructures. Abrasion tests were carried out at varying sliding distances with a 40 μm abrasive and at 7 N applied load. Wear test at varying loads were also performed for the steel that showed maximum wear resistance. Dual phase treatment resulted in improved overall wear response. The wear resistance for the steel with prior annealing treatment (DPLA-1) and for the steel with prior hardening treatment (DPLA-3) improved over the entire range of sliding distance. It was also found that the wear rate increased with applied load for DPLA-1 steel.

Cette étude vise à comprendre l’effet du traitement thermique antérieur sur la réponse à l’usure par abrasion à contrainte élevée de l’acier biphasé à 0·23% de carbone. On a soumis l’acier brut d’usinage à un traitement de recuit, à un traitement de normalisation ainsi qu’à un traitement d’endurcissement avant le traitement thermique actuel de structure biphasée. On a effectué un traitement de recuit intercritique à 745°C de ces aciers ainsi que de l’acier brut d’usinage, suivi par trempe à l’eau afin de produire des microstructures biphasées. On a effectué un essai d’abrasion sur des distances variées de glissement avec un abrasif de 40 μm et une charge appliquée de 7 N. On a également effectué un essai d’usure avec diverses charges de l’acier ayant montré la meilleure résistance à l’usure. Le traitement de structure biphasée améliorait globalement la réponse à l’usure. L’acier avec traitement de recuit antérieur (DPLA-1) ainsi que l’acier avec traitement d’endurcissement antérieur (DPLA-3) ont montré une amélioration sur toute la gamme de distance de glissement. La vitesse d’usure de l’acier DPLA-1 augmentait avec l’application de la charge.     

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.     

METAL RECOVERY FROM KIVCET SLAG

Abstract

Following work on the recovery of metallic values from final fumer slag in lead-zinc refineries [1,2], a study was conducted on the potential to reduce lead and zinc directly from Kivcet slag and potentially obviate the need for slag fuming. Slag from the Kivcet process for lead production is an FeO(Fe₂O₃)-CaO-SiO₂ slag containing roughly 16% zinc, 10% lead and some trace elements such as antimony, arsenic, indium and germanium. Metal recovery from this slag was examined using three methods employed for the fumer slag study: 1) holding at temperature to allow the divalent iron to reduce the metal ions into the gas phase; 2) equilibration with a copper “getter” and 3) electro reduction into a liquid copper cathode using a graphite anode.

The presence of metallic lead and carbon in the Kivcet slag has a significant influence on the recovery of metal from the slag in subsequent processing. Holding of the slag at temperature permitted the recovery of much of the metallic lead as vapour and some small recovery of zinc as fume. When copper was used as a getter, more zinc and lead were recovered. In electrorefining, lead recovery was much higher than that in equilibrating with copper, but there was no obvious enhancement in zinc recovery. Aseries of experiments were also conducted in which Kivcet slag was treated to remove some of the zinc and the lead and then was electrorefined three times. The zinc and lead contents in the final slag decreased to 5.9 and 0.3%, respectively. Although most of the lead was recovered, further refining would still be required to capture the remaining zinc metal.

À la suite du travail de récupération des valeurs métalliques de la scorie finale de “fumer” des raffineries de plomb–zinc, on a effectué une étude sur la possibilité de réduire le plomb et le zinc directement à partir de la scorie de Kivcet et possiblement d’éliminer la réduction des scories. La scorie du procédé de Kivcet pour la production de plomb est une scorie de FeO(Fe₂O₃)-CaO-SiO₂ contenant approximativement 16% de zinc, 10% de plomb et quelques éléments trace comme l’antimoine, l’arsenic, l’indium et le germanium. On a examiné la récupération du métal de cette scorie en utilisant trois méthodes employées dans l’étude de scorie de “fumer”: 1) maintenir à la température pour permettre au fer divalent de réduire les ions de métal dans la phase gazeuse; 2) équilibration avec un “getter” de cuivre et 3) réduction électrolytique dans une cathode de cuivre liquide en utilisant une anode en graphite.

La présence de plomb et de carbone métalliques dans la scorie de Kivcet a une influence importante sur la récupération du métal de la scorie dans un traitement subséquent. Le maintien de la scorie à la température a permis la récupération de presque tout le plomb métallique sous forme de vapeur et d’une petite partie du zinc sous forme de fumée. Lorsque l’on a utilisé le cuivre comme getter, on récupérait une plus grande quantité de zinc et de plomb. Avec l’électroaffinage, la récupération du plomb était beaucoup plus élevée qu’avec la méthode d’équilibration avec le cuivre, mais il n’y avait pas d’amélioration évidente pour la récupération du zinc. On a également effectué une série d’expériences où la scorie de Kivcet était traitée afin d’enlever une partie du zinc et du plomb et était ensuite électroaffinée trois fois. La teneur en zinc et en plomb de la scorie finale était réduite à 5.9 et à 0.3%, respectivement. Bien que presque tout le plomb était récupéré, un raffinage additionnel serait encore nécessaire pour capturer le reste de zinc métallique.