Precipitation reactions in Zr-2 at. %Cr-0.16 at. %Fe

Abstract

The heat treatment which optimizes the corrosion resistance of Zr-2.0 at %Cr-0.16 at. %Fe is a β quench and age at 760°C. Rumball and Coleman have shown that if the quench rate is in the range 3500° to 7500°C/s, the subsequent ageing treatment leads to grain growth involving loss of strength and ductility. This work shows that ageing in the temperature range 270° to 400°C induces precipitation prior to recrystallization, which may restrict grain growth at higher temperatures. The low-temperature precipitation is associated with two peaks, in the resistivity isotherms, which become progressively less pronounced, and occur at progressively shorter ageing times as the ageing temperature is raised. The precipitation process, involving the rejection of Cr and Fe from supersaturated solid solution, did not follow a simple rate law, but could be characterized by an activation energy of 0.93 ± 0.03 eV once equilibrium had been attained. Supplementary evidence shows that the resistivity peaks are probably associated with two distinct preprecipitates which may be compared to the θ′ precipitate found in Al-Cu alloys.

Résumé

Le meilleur traitement thermique pour mInImiSer la corrosion du Zr-2 %Cr-0.16 % Fe est une trempe β suivie d'un vieillissement a 760°C. Rumball et Coleman ont montrβ que si le taux de refroidissement se situe entre 3500 et 7500°C/s, le vieillissement subséquent méme à une croissance des grains et à une diminution de la résistance et de la ductilité. Cette étude montre qu'un vieillissement entre 270 et 400°C conduit à une précipitation avant la recristallisation ce qui peut éviter la croissance des grains à plus haute température. A cette précipitation à basse température sont associés deux pies de résistivité (conditions isothermes) qui deviennent moins prononcés et apparaissent à des temps de vieillissement plus courts quand la température de vieillissement augmente. Le processus de précipitation (rejet de Cr et de Fe d'une solution solide sursaturée) ne suit pas une loi simple mais peut avoir une énergie d'activation de 0.93 ± 0.03 eV une fois l'équilibre atteint. Certains faits peuvent montrer que les pies de résistivité sont vraisemblablcment associés avec deux précipités distincts comparables à la phase θ′ des alliages Al-Cu.     

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

Abstract

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

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

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

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

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

Résumé

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

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

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

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

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

Dissolution Kinetics of Ulexite in Aqueous Edta Solutions

Abstract

The dissolution kinetics of ulexite in aqueous disodium Ethylene Diamine Tetra Acidic Acid (EDTA) solutions has been investigated with respect to the effects of particle size, solution concentration, pH of solution, calcination temperature and reaction temperature. The rate of the reaction decreases as the particle size and pH of the solution increase, but the rate increases with an increase in both solution concentration and reaction temperature. The sample pre-heated at 140 °C has the highest dissolution rate. The rate of the dissolution can be expressed according to the unreacted shrinking core model with changing fluid phase concentration.

On a étudié la cinétique de dissolution de l'ulexite dans des solutions de bisodium aqueux d'EDTA, en rapport avec l'effet de taille de particule, de concentration et de pH de la solution ainsi que des températures de calcination et de réaction. Le taux de réaction diminue avec une augmentation de la taille de particule et de pH de la solution, mais le taux augmente avec une augmentation de la concentration de la solution et de la température de réaction. L'échantillon préchauffé à 140 °C a le plus haut taux de dissolution. On peut exprimer le taux de dissolution d'après le modèle de rétrécissement du noyau non réagi en fonction du changement de concentration de la phase fluide.     

Aluminum foam stabilization by solid particles

A room temperature water model and a high temperature molten aluminum systemwere designed and constructed to investigate the effect of solid particles on the stabilization offoams. The average foam life was used to evaluate the stability of the foam. The effects of particlesize, wetability, and concentration of the SiO₂ particles were investigated at variousgas flow rates in the room temperature system. The results indicated that only SiO₂particles with suitable wetability can stabilize liquid foam. The foam stability increases withdecreasing particle size and increasing particle concentration. The effects of melt temperature andSiC particle concentration on aluminum foam stabilization were investigated in the hightemperature system. It was found that a critical concentration of SiC particles was necessary forfoaming to occur. The foam height increased with increasing concentration of SiC particles. Thestability of the foam decreases with increasing temperature.On a conçu et construit un modèle aqueux à la température dela pièce ainsi quun systèmedaluminium fondu à haute température afin détudier leffet de particules solides sur la stabilisation décumes. On a utilisé la vie moyennede lécume pour évaluer sa stabilité. On a étudié leffet de la taille de particule, de la mouillabilité et de laconcentration de particules de SiO₂, à divers taux découlement de gaz, sur le système à la température de la pièce. Les résultats indiquent que seules les particulesde SiO₂ ayant une mouillabilitié adéquate peuvent stabiliser lécume liquide. La stabilité de lécume augmente avec unediminution de la taille de particule et avec laugmentation de leur concentration. On a étudié leffet de la température de fonte et de la concentration de particules de SiC sur la stabilisation décume daluminium du système à haute température. On a trouvé quune concentration critique de particules de SiC était nécessaire pour que lécumage se produise. La hauteur de lécume augmentait avec uneaugmentation de la concentration de particules de SiC. La stabilitéde lécume diminue avec une augmentation de la température. © 1999 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published byElsevier Science Ltd. All rights reserved.     

Dynamic recovery of aluminum during hot rolling

Abstract

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

Résumé

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

Kinetics of sulphur segregation at grain boundaries and the mechanical properties of nickel

Abstract

The prior Petch study by the authors of segregated Ni-S alloys containing <1-50 ppm S is extended here to examination of the kinetics of grain boundary hardening and of the effects of thermal history in these same alloys. It is demonstrated that the kinetics of segregation as inferred from boundary hardening are quite complex and much too rapid to be accoun ted for by normal volume diffusion. However, segregation kinetics become sufficiently slow below room temperature that quenching to, and testing at, cryogenic temperatures permit comparison of the tensile properties of bulk specimens of the nickel alloys in the condition with sulphur dispersed and that with sulphur segregated near the grain boundaries. Even the purest nickel tested (<1 ppm S) exhibits a significant increase in reduction-in-area and an increase in the .2% flow stress in the dispersed state relative to the segregated state. The present results are shown to be most fully consistent with a vacancy assisted, non-equilibrium segregation model rather than one of precipitation or equilibrium segregation.

Résumé

Pour faire suite à leur précédente étude de la relation de Petch dans les alliages Ni-S contenant 0–50 ppm, les auteurs ont étudié la cinétique de durcissement des joints de grains et les effets de l'histoire thermique dans ces meme alliages. La cinétique de ségrégation telle que déduite du durcissement du joint est quelque peu complexe et beaucoup trop rapide pour être interprétée en termes de diffusion volumique normale. Cependant, au-dessous de la température ambiante, la cinétique de ségrégation devient suffisamrtlent lente pour que, par trempe et essais à des tempéraptures cryogéniques, une comparaison puisse être établie entre les propriétés en traction D'échantillons d'alliages de nickel soit con tenant du soufre sous forme dispersée soit contenant du soufre ségrégé prés des join ts de grains. Même le nickel le plus pur (S < 1 ppm) révèle une augmentation significative de la réduction de section et une augmentation de la limite d'élasticité à 0.2% quand le soufre est à l'etat disperse plutot qu'a l'état ségrégé. Ces résultats se révèlent beaucoup plus compatibles avec un modèle de ségrégation de non-équilibre assistée par les lacunes plutôt qu'avec un modèle de ségrégation d'équilibre ou un modèle de précipitation.     

Scale Formation in a Batch Reactor Under Pressure Acid Leaching of a Limonitic Laterite

Abstract

The formation of scale under sulphuric acid pressure leaching conditions of a limonitic laterite ore was investigated. Experiments were conducted using a batch titanium autoclave in order to study the effects of acidity (0.15–0.40 M), and temperature (250–270°C) on scale formation. It was found that scale increases with acidity reaching a maximum at 0.22 M free sulphuric acid. Further increase of acidity causes reduction of scale, but scale is not affected by temperature. The scale mainly consists of hematite with traces of hydronium alunite as revealed by SEM photographs and EDX analyses. Anionic surfactants were tested as a means of scale reduction with some success. A reduction of 37% in scale formation was achieved at an acidity of 0.22 M and 270°C.

Résumé

On a étudié la formation d'incrustations d'un minerai de latérite limonitique, en conditions de lessivage so us pression avec acide sulfurique. On a fait les essais avec un autoclave discontinu en titane, afin d'étudier les effets de l'acidité (0.15–0.40 M) et de la température (250–270°C) sur la formation d'incrustations. On a trouvé que les incrustations augmentent avec l'acidité, atteignant un maximum à une concentration de 0.22 M d'acide sulfurique libre. Une augmentation additionnelle de l'acidité réduit les incrustations, mais celles-ci ne sont pas affectées par la température. Les incrustations consistent principalement en hematite avec traces d'alunite d'hydronium, tel que révélé par des photographies par microscope à balayage et par analyses EDX. On a évalué des surfactants anioniques comme moyen de réduction des incrustations, avec quelque succès. On a obtenu une réduction de 37% de formation d'incrustations a une acidite de 0.22 M et à 270°C.     

The relationship between cooling rate and age-hardening characteristics of a number of aluminum-magnesium-silicide alloys

Abstract

The effect of cooling rate from solution heat treatment on the response to elevated temperature age-hardening of many technical and commercial magnesium-silicide alloys was determined in terms of a full range of cooling rates and tensile properties. The effect of individual minor element additions on the relationship was determined and an interpretation made in terms of the microstructure. From the data obtained it is possible to specify the precise cooling rate or combination of cooling rate and ageing procedure necessary to achieve a desired level of tensile properties. Where the mass of the metal places a limitation on the cooling rate the data make it possible to consider alternative alloys or additions to meet the tensile requirements.

Résumé

Les effets de la vitesse de trempe à partir du traitement de mise en solution sur le vieillissement à haute température d'un certain nombre d'alliages commerciaux ou synthétiques Aluminium — Magnésium — Silicium ont été étudiés par mesure des propriétés mécaniques en traction. L'auteur a étudié l'effet d' éléments d'addition mineurs sur la relation vitesse de trempe-propriétés mécaniques et présente une interprétation basée sur la microstructure.

A partir des résultats obtenus, il est possible de déterminer avec précision la vitesse de trempe ou la combinaison vitesse de trempe-conditions de vieillissement, nécessaires pour obtenir des propriétés mécaniques données. Lorsque la masse de métal impose une limitation à la vitesse de trempe, les résultats expérimentaux permettent de sélectionner d'autres alliages ou les additions nécessaires pour obtenir les propriétés mécaniques requises.     

Reduction of Ilmenite Concentrates By Methane Containing Gas,Part II: Effects of Preoxidation and Sintering

Abstract

Reduction of preoxidized and sintered ilmenite concentrates by a CH₄-H₂-Ar gas mixture was investigated in a laboratory fixed bed reactor in temperature programmed experiments. The ilmenite concentrates contained different concentrations of TiO2 (55.6-71.5wt%) and iron oxide (Fe_total 14.5-28.2wt%).

In the reduction of ilmenite by hydrogen, during ramping reduction temperature from 230 to 1100 °C, only iron oxides were reduced to metallic iron and the reduction was not complete. The reduction of titania was slight. The ilmenite concentrates were reduced by CH₄-H₂-Ar gas mixture to metallic iron and titanium oxycarbide. Preoxidation and sintering of ilmenite concentrates changed their phase composition and caused a sharp decrease in specific surface area of raw materials and an increase in carburization temperature. Sintering also increased the metallization temperature of iron.

On a étudié, dans un reacteur de laboratoire à lit fixe, lors d'experiences à températures programmées, la réduction de concentrés d'ilménites pre-oxydes et frittes par un melange de gaz de CH4-H2-Ar. Les concentres d'ilmenites contenaient differentes concentrations de TiO2 (55.6-71.5% en poids) et d'oxyde de fer (Fetotal 14.5-28.2% en poids).

Au cours de la réduction de l'ilménite par l'hydrogene, lors de l'augmentation de temperature de réduction de 230 à 1100 °C, seuls les oxydes de fer etaient réduits en fer métallique et, de plus, la réduction n'était pas compléte. La réduction du dioxyde de titane était faible. Les concentrés d'ilménites ont été réduits par le mélange de gaz CH₄-H₂-Ar en fer métallique et en oxycarbure de titane. La préoxydation et le frittage des concentrés d'ilménite ont change leur composition de phase et ont causé une diminution marquée de la surface specifique des matériaux bruts ainsi qu'une augmentation de la température de cémentation. Le frittage a également augmenté la température de métallisation du fer.     

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

Abstract

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

Résumé

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

Thermal decomposition of pyrite in fluidized beds

Abstract

The thermal decomposition of pyrite concentrate into sulphur arid synthetic pyrrhotite was investigated in bench and semi-pilot scale fluidized bed reactors fired with methane or fuel oil. The pyrite was decomposed in a bed of coarse sand and the product pyrrhotite was carried over with the fluidizing gases and separated in hot cyclones. The effects of fuel/air ratio, reactor temperature, superficial gas velocity, particle size and feed rate on the elimination of labile sulphur were studied. Conversion was enhanced by slightly reducing atmospheres, low feed rates, high gas velocities and reaction temperature (in the range 740° to 830°C). Elutriation rates of pyrrhotite particles from the fluidized bed were measured and mean residence times determined as a function of particle size and superficial gas velocity. Conversion rates are considered with regard to possible rate-controlling steps in the thermal decomposition of pyrite.

Résumé

La décomposition thermique de concentré de pyrite en soufre et en pyrrhotite synthétique a été étudiée en laboratoire et à une échelle semi-pilote dans des réacteurs à lit fluidisé chauffés avec du méthane ou de l'huile combustible. On a décomposé la pyrite sur un lit de sable grossier et la pyrrhotite produite a été entraînée avec le gaz fluidisant et séparée dans des cyclones chauds. Les effets du rapport combustible/air, de la température du réacteur, de la vitesse superficielle du gaz, de la taille des particules et de la vitesse d'alimentation sur l'élimination du soufre labile ont été étudiés. On a amélioré la transformation avec des atmosphàres légàrement réductrices, des vitesses d'alimentation lentes, de grandes vitesses pour le gaz fluidisant et une élévation de la température (dans le domaine 740 à 830°C). La vitesse d'élution des particules de pyrrhotite dans le lit fluidisé à été mesurée et on a déterminé des temps moyens de résidence en fonction de la taille des particules et de la vitesse superficielle du gaz. On a aussi étudié les changements de vitesses afin de déterminer les étapes pouvant contrôler la vi tesse de décomposition thermique de la pyrite.     

Influencing parameters on elastic modulus of steels

An optimised balance between weight and stiffness of a car component is achieved when the selected material exhibits an increased ratio between elastic modulus and density. The elastic modulus of steel decreases progressively with increasing temperature due to the thermal activation of lattice vibrations. Since the elastic modulus of metals is related to their lattice constants, austenitic steels are expected to exhibit higher elastic moduli than ferritic steels because of their higher packing density. However, the coupling of electron spin moments due to the ferromagnetic character of bcc steels results in higher elastic modulus of ferritic steels at temperatures below the Curie temperature. An increase in elastic modulus in selected loading directions can be realised by properly adjusted crystallographic textures. However, no examples were found where the maximum elastic modulus exceeds 225 GPa in bcc steels with pronounced crystallographic textures. Alloying elements decrease the elastic modulus with increasing alloying content. Known exceptions from this rule are the elements Re, Co and Cr. The elastic modulus of steel can be increased significantly by particles of high elastic modulus. Finally, it is reduced by plastic deformation because of the increased dislocation density. This negative effect can be balanced by subsequent heat treatments.

On obtient une balance optimisée entre le poids et la rigidité d′une piéce d′automobile lorsque le matériau choisi exhibe une augmentation du rapport entre le module d′élasticité et la densité. Le module d′élasticité de l′acier diminue progressivement avec l′augmentation de la température à cause de l′activation thermique des vibrations du réseau. Puisque le module d′élasticité des métaux est relié à leurs constantes de réseau, on s′attend à ce que les aciers austénitiques exhibent des modules d′élasticité plus élevés que ceux des aciers ferritiques parce qu′ils possédent une plus grande densité de tassement. Cependant, le couplage des moments du spin électronique, dû au caractére ferromagnétique des aciers bcc, résulte en un module d′élasticité plus élevé des aciers ferritiques à des températures plus basses que la température de Curie. On peut augmenter le module d′élasticité dans des directions choisies de charge en ajustant correctement les textures cristallographiques. Cependant, nous n′avons pas trouvé d′exemples où le module d′élasticité maximum excédait 225 GPa dans les aciers bcc ayant des textures cristallographiques prononcées. L′augmentation de la teneur en éléments d′alliage diminue le module d′élasticité. Les éléments Re, Co, et Cr font exception à cette règle. On peut augmenter significativement le module d′élasticité de l′acier à l′aide de particules à module d′élasticité élevé. Finalement, le module d′élasticité est réduit par déformation plastique à cause de l′augmentation de la densité de dislocation. On peut balancer cet effet négatif au moyen de traitements thermiques subséquents.     

Effect of Subcritical Isothermal Holding of Austenite on the Kinetics of First Stage Graphitization

Abstract

White cast iron specimens were cooled rapidly from the austenite region to temperatures in the range 300–500°C, held there for some time before being subjected to graphitization at 900–1000°C. Holding of austenite in the lower temperature range allows isothermal transformation and influences the microstructure. The graphite volume fraction and nodule density were determined under different conditions and the kinetics of first stage graphitization traced. The study shows that the isothermal holding of austenite accelerates the graphitization process to a significant degree. This acceleration is attributed to the creation of additional cementite/austenite interfaces as revealed by both optical and scanning electron microscopy. The nucleation of graphite occurs essentially during the isothermal holding treatment at subcritical temperatures whereas growth is accomplished at 900–1000°C. The growth process is limited by carbon diffusion in austenite.

Résumé

Des échantillons de fonte blanche furent refroidis rapidement du domaine austénitiquejusqu'a des températures de 300–500°C et maintenus quelques temps dans cet intervalle de températures avant d'être soumis à une graphitisation à 900–1000°C. Le maintien de l'austénite dans le domaine des plus basses températures permet une transformation isotherme et influence la microstructure. La fraction volumique de graphite et la densité de nodule furent déterminés sous différentes conditions et la cinétique du premier stade de la graphitisation fut enregistrée. L'étude montre que le maintien isotherme de l'austénite accèlère d'une façon significative le processus de graphitisation. Cette accéleration est attribuée a la création d'interfaces cémentite/austénite additionnels tel que révélé par la microscopie optique et la microscopie à balayage électronique. La nucléation du graphite se produit essentiellement durant le maintien isotherme à des températures inférieures à température critique alors que la croissance est accomplie vers 900–1000°C. Le processus de croissance est limité par la diffusion du carbonne dans l'austénite.     

Grain growth in zone-refined iron

Abstract

The results of a detailed study of isothermal grain growth in zone-refined iron in the temperature range 550 to 850°C are presented. The empirical growth law, D = Ktⁿ, is obeyed and the time exponent, n, increases with temperature, from approximately 1/4 to 1/2. Correspondingly, the driving-force exponent, m, in the rate equation for boundary migration, V = M(?F)^m, varies from 3 to 1. Within the temperature range studied, grain-growth kinetics cannot be represented by a single thermally activated process; the boundary motion appears to be impurity-controlled. The grain size and shape distributions are not log-normal and are practically invariant during normal grain growth. These results are discussed and compared with recent grain-growth theories.

Résumé

L'auteur présente les résultats d'une étude approfondie de la croissance isotherme du grain dans le fer de zone fondue pour un intervalle de température de 550 à 850°C. La loi empirique de croissance, D = Ktⁿ, est vérifiée et l'exposant n augmente avec la température d'environ 1/4 à 1/2. D'autre part, dans l'équation d'état de la migration du joint V = M(?F)^m, l'exposant de la force motrice, m, varie de 3 à 1. Dans l'intervalle de température étudié, la cinétique de croissance du grain ne peut pas être interprétée par un mécanisme unique activé thermiquement; le déplacement des joints semble être contrôlé par les impuretés. Les distributions de la taille et de la forme du grain ne sont pas log-normales et ne varient pratiquement pas durant la croissance normale du grain. L'auteur discute ses résultats et les compare aux théories récentes de la croissance du grain.     

Effect of the Quenching Medium and the Solidification Microstructure on the θ′ Precipitation in Al–Al2Cu Eutectic Alloys

Abstract

The precipitation of θ′ particles in the α phase of Al–Al₂Cu eutectic alloys with different solidification microstructure and the effect of the quenching medium on the θ′ precipitation were studied with scanning electron microscopy techniques. The lattice parameter of the α phase was measured by X-ray diffraction techniques. The θ′ particles precipitate in the colony and as-cast structures with the same Widmanstätten structure as has been observed in dilute Al–Cu and Al– Al₂Cu lamellar eutectic alloys. Furthermore, the dependence of the density of these particles with the cooling medium and the α phase width indicates that only a fraction of the high temperature equilibrium Copper concentration is retained at room temperature. This can be explained by the precipitation of Cu-atoms onto the θ phase during the cooling time. The fraction retained increases with the quenching rate and/or the α phase width. The density of θ′ particles also depends on the solidifiation microstructure, being higher in the lamellar structure than in the as-cast one. This dependence is understood as caused by a lower precipitation rate of Cu atoms onto the θ phase in the lamellar structure than in the as-cast one, consistent with a larger degree of coherency of the lamellar interface.

Résumé

A l'aide des techniques de la microscopie électronique à balayage nous avons analysé la precipitation des particules θ′ dans la phase α d'alliages eutectiques Al–Al₂Cu possédant différentes microstructures de solidification ainsi que l'effet du milieu de trempe sur la précipitation de θ′. La paramètre de la maille de la phase α a été mesuré par des techniques de diffraction X. Les particules θ′ précipitent dans la colonie et dans les structures brutes de coulée avec la même structure de Widrnanstätten qui a été observée dans les alliages eutectiques lamellaires Al–Cu et Al–Al₂Cu. De plus, l'influence du milieu de refroidissement et de la largeur de la phase α sur la densité de ces particules, indique que seulement une fraction de la concentration d'équilibre à haute température du cuivre est retenue à la température ambiante. Ceci peut-être expliqué par la précipitation des atomes de Cu sur la phase θ pendant le refroidissement. La fraction retenue augmente avec la vitesse de trempe et/ou la largeur de la phase α.La densité des particules θ′ dépend aussi de la microstructure de solidification, étant plus élevée dans une structure larnellaire que dans une structure brute de coulée. On croit que cette dépendance est causée par une plus faible vitesse de précipitation des atomes de Cu sur la phase θ dans la structure lamellaire que dans une structure brute de coulée. Ceci concorde avec un degré plus élevé de cohérence de l'interface lamellaire.     

A Perspective of Research and Development in North American Steelmaking

Abstract

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

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

Recovery of indium powders from indium chloride solutions by cementationa

A three-step, batch type recovery method was developed to produce indium powders from dilute indium chloride solutions prepared by dissolving indium tin oxide (ITO) electrodes from waste liquid crystal display (LCD) panels in concentrated hydrochloric acid (HCl) solutions. A 5–L batch process was used with individual experimental parameters for cementation, such as temperature and time, which were varied to optimise their effects on the physicochemical properties and purity of the recovered indium powders and the recovery rate. A validation experiment was performed by preparing indium bearing solutions in a 5–180 min kinetic study of indium cementation with aluminium in aqueous HCl solutions at 65°C. The indium powders obtained from the cementation processes were further characterised using various analytical tools, such as ICP/AES, X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscope-energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS). Cementation at 60°C for 10 min resulted in the optimal process efficiency, with a recovery rate and indium purity of 70 and 99·8% respectively. On a développé une méthode de récupération discontinue à trois étapes afin de produire des poudres d'indium à partir de solutions diluées de chlorure d'indium préparées en dissolvant des électrodes d'oxyde d'indium et d'étain (ITO), provenant de panneaux d'affichage à cristaux liquides (LCD) de rebut, dans des solutions concentrées d'acide chlorhydrique (HCl). On a utilisé un procédé discontinu de 5 L avec paramètres expérimentaux individuels de cémentation, comme la température et la durée, que l'on variait afin d'optimiser leurs effets sur les propriétés physicochimiques et la pureté des poudres d'indium récupérées et sur le taux de récupération. On a effectué une expérience de validation en préparant des solutions porteuses d'indium dans une étude cinétique de 5 à 180 min de cémentation de l'indium avec de l'aluminium, dans des solutions aqueuses d'HCl à 65°C. On a ensuite caractérisé les poudres d'indium obtenues à partir des procédés de cémentation en utilisant divers outils analytiques, comme l'ICP/AES, la diffraction des rayons X (XRD), et la microscope électronique à balayage—spectroscopie à dispersion d'énergie (SEM-EDS). On a obtenu le rendement optimal du procédé par cémentation à 60°C pendant 10 min, avec un taux de récupération et une pureté de l'indium de 70 et 99·8%, respectivement.     

HYDROGEN REDUCTION OF INDUSTRIAL NICKEL OXIDES

Abstract

Thermal gravimetric analysis (TGA) was used to investigate the reduction behaviour of three industrial nickel oxides. Both isothermal and non-isothermal reduction experiments were carried out. Due to the low BET surface area and relative dense structure of the Goro NiO, it was reduced at a slower rate than both Tokyo NiO and Sinter 75 which were the two other nickel oxides investigated.

In the temperature range from 400 to 600 °C, the rate of reduction increased with increasing temperature and increasing hydrogen pressure. Microscopic analysis showed that in this temperature range, the reaction followed the topochemical model. When the temperature was increased to 700 and 800 °C, the reduction rate decreased noticeably. Microscopy showed inner bands of metallization inside the outer metallic rim seen at lower temperatures indicating partial blockage of the interface between the reacted and unreacted NiO core.

On a utilisé la gravimétrie thermique (TGA) pour étudier le comportement de réduction de trois oxydes de nickel industriels. On a effectué des expériences de réduction isotherme et non isotherme. À cause de la faible superficie BET et de la structure relativement dense du NiO Goro, celui-ci était réduit à un taux plus faible que le NiO Tokyo ou le Sinter 75, les deux autres oxydes de nickel étudiés.

Dans la gamme de température de 400 à 600 °C, le taux de réduction augmentait avec une augmentation de la température et une augmentation de la pression d’hydrogène. L’analyse de microscopie a montré que dans cette gamme de température, la réaction suivait le modèle topochimique. Lorsqu’on augmentait la température à 700 et à 800 °C, le taux de réduction diminuait significativement. La microscopie a montré des bandes internes de métallisation à l’intérieur de la bordure métallique externe observée aux plus basses températures, indiquant un blocage partiel de l’interface entre la région ayant réagi et le noyau de NiO n’ayant pas réagi.     

A numerical method for evaluating and predicting high-temperature thermal properties of carbides

Abstract

A numerical method has been developed to evaluate the high-temperature heat content data of solids. Although the method has been successfully applied to several refractory metal carbide phases only, it is equally applicable to any kind of solids. Moreover, this method allows one to predict heat content values of solids at high temperatures where data are lacking. Predictions of bulk modulus values at room temperature and heat content values at non-stoichiometric compositions for alloys with wide range of homogeneity are possible but the validity of the predictions has not been entirely established due to lack of sufficient data in the literature.

Résumé.

On a mis au point une méthode numérique d'evaluation des données d'enthalpie à haute température pour les solides. Quoique la méthode n'ait été, jusqu'ici, utilisée que pour plusieurs phases de carbures de métaux réfractaires (et ce, avec succès), elle s'applique à tous les types de solides. De plus, cette méthode permet de prédire les valeurs d'enthalpie des solides à des températures elevées lorsque les données ne sont pas disponibles. On peut aussi prédire les valeurs du module global à l'ambiante et les valeurs de l'enthalpie pour des compositions non stoïchiometriques, dans le cas d'alliages ayant un large intervalle d'homogénéité. Cependant, la validité des prédictions n'a pu être démontrée avec certitude par suite d'un manq ue de données dans la littérature.     

Effect of thermal cycling on the stress orientation and circumferential ductility in Zircaloy-2

Abstract

The radial orientation of hydride in Zircaloy tubing reportedly causes a marked decrease in the circumferential ductility. Zircaloy cladding tubes used in power reactors today are fabricated under conditions controlled so that hydrides in the tube are circumferentially oriented. Applied stress during the precipitation of hydride under cooling affects the orientation in experiments on stress reorientation but the effect of stress has been investigated during only one thermal cycle. In reactor, however, cladding encounters repeated thermal cycles between operating temperature and room temperature. The effects of thermal and stress cycles on the orientation of hydride, simulating reactor operation, were investigated.

After 30 thermal cycles without an applied stress, the hydride orientation did not change, but the length of the hydride platelet depended on the cooling rate. A cooling rate of 80°C/h caused a decrease in hydride size with repeated cycles. The effect of stress was not significant up to 10 kg/mm². Hydride size decreased with increasing number of cycles with an applied stress of 20 kg/mm2 and radially oriented hydrides increased.

The circumferential ductility of Zircaloy-2 tubing subjected to the thermal cycling was measured by flare and flattening tests. Generally, ductility at room temperature was low and increased with increasing temperature. At a high hydrogen concentration of 1000 ppm, ductility at room temperature was zero, whereas at 300°C, the ductility was similar to that of the lowest hydrogen specimen. At a stress of 20 kg/mm², one and five thermal cycles caused a decrease in ductility.

Résumé

L'orientation radiale des hydrures dans les tubes de Zircaloy est la cause d'une diminution marquée de la ductilité circonférentielle. Les tubes de gainage en Zircaloy utilisés dans les réacteurs sont fabriqués dans des conditions telles que les hydrures sont orientes circonférentiellement. L'application d'une contrainte lors de la précipitation des hydrures pendant le refroidissement affecte leur orientation; l'effet d'une telle contrainte n'a cependant été étudié que pendant un cycle thermique. Dans les réacteurs les gaines subissent des cycles thermiques répétes entre l'ambiante et la température de fonctionnement. Les auteurs ont étudié les effets des cycles thermiques et de contrainte sur l'orientation des hydrures en simulant le fonctionnement d'un réacteur.

Après 30 cycles thermiques, sous contrainte nulle, l'orientation des hydrures restait constante mais leur longueur variait avec le taux de refroidissement. Un taux de refroidissement de 80°C/h faisait diminuer la taille des hydrures apres des cycles répétés. Jusqu'à 10 kg/mm² l'effet de la contrainte est négligeable. La taille des hydrures diminue avec un nombre de cycles croissant et une contrainte de 20 kg/mm² et le nombre d'hydrures d'orientation radiale augmente.

La ductilité circonférentielle des tubes de Zircaloy-2 ayant subi des cycles thermiques a éteé mesurée par des essais d'éclatement et d'aplatissement.

D'une façon générale, la ductilité à température ambiante est faible et augmente avec la température. A une teneur élevée en hydrogéne (1000 ppm) la ductilité est nulle à l'ambiante et à 300°C elle est semblable à celie des éprouvettes ayant les plus faibles teneurs en hydrogene. A une contrainte de 20 kg/mm², un et cinq cycles thermiques faisaient diminuer la ductilité.