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

Abstract

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

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

Thermal simulation of HAZ regions in modern high strength steel

Abstract

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

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

Influence of cooling rate and composition on formation of intermetallic phases in solidifying Al–Fe–Si melts

Abstract

Aluminium alloys containing 0·3%Fe and 0·05%Si, 0·3%Fe and 0·15%Si, 0·3%Fe and 0·45%Si, and 0·5%Fe and 0·2%Si were solidified with different cooling rates. Shapes of intermetallic particles and their spatial distribution in the alloys were characterised by optical and scanning electron microscopy. X-ray diffraction analysis was used to establish the types of intermetallic phases extracted from the alloys by dissolving the FCC matrix in boiling phenol. The influence of melt superheating on the microstructure was analysed by comparing phase portraits of alloys solidified from melts whose temperatures before casting were 100 and 350°C above the liquidus.

On a solidifié des alliages d’aluminium contenant 0·3%Fe et 0·05%Si, 0·3%Fe et 0·15%Si, 0·3%Fe et 0·45%Si et 0·5%Fe et 0·2%Si, à différentes vitesses de refroidissement. On a caractérisé la forme des particules intermétalliques et leur distribution spatiale dans les alliages, au moyen de la microscopie optique et de la microscopie électronique à balayage. On a utilisé l’analyse de la diffraction des rayons X pour établir les types de phases intermétalliques extraites des alliages par dissolution de la matrice FCC dans du phénol en ébullition. On a analysé l’influence de la surchauffe du bain sur la microstructure en comparant les images de phase des alliages solidifiés à partir des bains dont les températures avant le moulage étaient de 100 et de 350°C au-dessus du liquidus.     

Predicting microstructure from heat flow calculations in electron beam welded eutectoid steels

Abstract

The thermal history of an array of points in the neighbourhood of an electron beam weld is calculated from Rosenthal's solution for two-dimensional heat flow. Calculations are included for typical electron beam welding parameters and the results are presented in terms of isotherms, temperature profiles, and as heating and cooling curves. From isotherms the extent of the fusion and transformed zones are predicted. Heating rates of the order of 10,000° C/sec are typical in electron beam welding. Similarly high cooling rates are predicted where temperatures are high. Microstructure is predicted from the calculated cooling curve of a point and the continuous cooling transformation diagram. The microstructure of low-hardenability steels is most sensitive to the input energy per unit area which strongly influences the cooling curve at short times on a continuous cooling transformation diagram. The microstructure of high-hardenability steels depends largely on the preheat temperature, which predominantly controls the cooling curve at long times on the continuous cooling transformation diagram. The analysis applies equally to laser and plasma welding.

Résumé

Les auteurs ont calculé, au moyen de la solution de Rosenthal pour un écoulement de chaleur bidimentionnel, le comportement thermique d'un réseau de points au voisinage d'un cordon de soudure par faisceau électronique. Pour des paramètres typiques de soudage par faisceau électronique, les calculs sont développés et les résultats sont présentés sous forme d'isothermes, de proil1s thermiques et de courbes de chauffage et de refroidissement. A partir des isothermes le domaine de fusion et des zones transformées est présentée Des taux de chauffage typique de ce ogenre de soudage sont de l'ordre de 10,000°C/sec et de fa?on analogue des taux de refroidissement élevé sont prévus quand la température est haute. A partir de la courbe de refroidissement d'un point et du diagram me de transformation en refroidissement continu les microstructures de ce point sont prédites. La microstructure d'aciers faiblement durcissables est fort sensible à l' énergie par unité de surface qui influence fortement la courbe de refroidissement à des temps courts du diagram me alors que, pour un acier facilement durcissable, la microstructure dépend davantage sur la température de préchauffage qui contrôle la courbe de refroidissement pour les temps longs du diagramme de transformation. Cette analyse peut également s'appliquer au soudage par laser ou par plasma.     

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.     

Microstructural investigation of controlled short circuiting gas metal arc welding deposited aluminium–lithium alloy

Controlled short circuiting gas metal arc welding (CSC-GMAW) was investigated as a potential solid freeform fabrication (SFF) process for AA2199. The low heat input of the CSC-GMAW process resulted in a cooling rate on the order of 840–3500°C s^?1 being realised during deposition. The solidification time was then calculated to range between 2–5 ms depending on the location within the weldment. The deposited material displayed a fine (4·3±1 μm) cellular structure, comparable to that previously reported for electron beam welding. Through comparison with the Kurz–Giovanola–Trivedi (KGT) model for microstructural development during solidification, the solidification front velocity (SFV) of the CSC-GMAW process was estimated to be ～2–4·5×10^?4 m s^?1. Chemical analysis revealed lateral segregation of copper to the cell walls. TOF-SIMS revealed a homogeneous lateral lithium distribution, however depth profiling displayed some extent of lithium enrichment at the surface of the deposited material.

On a examiné le soudage à l’arc sous protection gazeuse à court-circuit contrôlé (CSC-GMAW) comme processus potentiel de fabrication en forme libre solide (SFF) pour l’AA2199. Le faible débit de chaleur du processus de CSC-GMAW produisait une vitesse de refroidissement de l’ordre de 840 à 3500°C/s lors du dépôt. On a ensuite calculé que le temps de solidification variait de 2 à 5 ms, dépendant de l’emplacement dans la soudure. Le dépôt montrait une structure cellulaire fine (4·3±1 μm), comparable à la structure rapportée antérieurement pour le soudage par faisceau d’électrons. Par comparaison avec le modèle de Kurz–Giavanola–Trivedi (KGT) de développement de la microstructure lors de la solidification, on a estimé que la vélocité du front de solidification (SFV) du processus de CSC-GMAW était de ～2 à 4·5×10^?4 m s^?1. L’analyse chimique a révélé une ségrégation latérale du cuivre sur les parois de la cellule. TOF-SIMS a révélé une distribution latérale homogène du lithium, cependant le profilage en profondeur a exposé une certaine zone d’enrichissement en lithium à la surface du matériel déposé.     

Cold deformation and heat treatment influence on the microstructures and corrosion behavior of AISI 304 stainless steel

Abstract

In the present study AISI 304 stainless steel with different degrees of cold deformation and annealing parameters were investigated. Microstructural evolutions by optical micrography and scanning electron microscopy showed relatively fully austenitic ultrafine-grained structure obtained after annealing at 700°C for 80 min. The volume fraction of α′-martensite increased with increasing compressive deformation rate and maximum volume fraction of α′-martensite was attained in the samples subjected 0?65% strain. The potentiodynamic polarization results in 3% NaCl indicated that the corrosion current density increased with cold deformation, while after annealing, it reduced from 2?86 to 2?29 μA cm^?2, showing an enhancement of corrosion resistance. The immersion test showed that the austenitic ultrafine-grained structure exhibits moderate and more uniform pitting corrosion attack compared to the coarser grain in NaCl solution.

Dans cette étude, on a examiné un acier inoxydable AISI 304 ayant différents taux de déformation à froid et différents paramètres de recuit. L’analyse de l’évolution de la microstructure par micrographie optique et par microscopie électronique à balayage a montré une structure à grains ultrafins et presque complètement austénitique obtenue après un recuit à 700°C pendant 80 minutes. La fraction volumique de martensite α′ augmentait avec l’augmentation du taux de déformation en compression et la fraction volumique maximale de martensite α′ était atteinte par les échantillons soumis à une déformation de 0·65%. Les résultats de polarisation potentiocinétique dans 3% de NaCl indiquaient que la densité du courant de corrosion augmentait avec la déformation à froid, alors qu’après le recuit, elle était réduite de 2·86 μA/cm² à 2·29 μA/cm², montrant ainsi une augmentation de la résistance à la corrosion. L’épreuve d’immersion dans la solution de NaCl a montré que la structure austénitique à grains ultrafins exhibait une attaque par corrosion localisée modérée et plus uniforme comparée au grain plus grossier.     

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

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

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

450 °C Isothermal Section of the Fe-Zn-Si Ternary Phase Diagram

Abstract

The 450 °C isothermal section of the Fe-Zn-Si ternary phase diagram has been determined experimentally using optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM) coupled with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and X-ray diffractometry. The focus of the work has been concentrated on the Zn-rich corner which is relevant to general galvanizing. The present study has confirmed the existence of the equilibrium state between the liquid, the ξ phase and the FeSi phase. This three phase equilibrium state prevents the equilibrium between the liquid and the δ phase suggested by some researchers. Experimental results indicate that Si solubility in all four binary Zn-Fe compounds is limited. The Fe solubility in molten Zn was found to decrease with increasing Si content in the melt. The liquid phase boundary was determined using a model based phenomenological approach.

On a detérminé expérimentalement la section isothermique à 450 °C du diagramme de phase ternaire Fe-Zn-Si en utilisant la microscopie optique, la microscopie électronique à balayage (SEM) conjointement avec la spectroscopie à rayons x à dispersion d'énergie (EDS) et la diffractométrie à rayons x. On a centré ce travail sur le coin riche en Zn qui est important pour la galvanisation générale. La presente étude a confirmé l'existence de l'état d' équilibre entre le liquide, la phase ξ et la phase FeSi. Cet état d' équilibre à trois phases empêche l' équilibre entre le liquide et la phase δ, suggéré par certains chercheurs. Les résultats expérimentaux indiquent que la solubilité du Si dans les quatre composes binaires Zn-Fe est limitee. On a trouvé que la solubilite du Fe dans le Zn fondu diminuait avec une augmentation du contenu en Si dans le liquide. On a déterminé la limite de la phase liquide en utilisant un modèle basé sur une approche phénoménologique.     

Effect of microstructural degradation on acoustic emission during tensile deformation of 2·25Cr–1Mo steel

Abstract

In this paper a systematic study has been undertaken to correlate the microstructural variation with acoustic emission parameters during tensile deformation of 2·25Cr–1Mo steel. Tensile testing of normalised and thermally aged samples has been carried out at a strain rate of 6·66×10^?4 s^?1 with simultaneous monitoring of acoustic emission (AE) parameters. Results have shown that acoustic emission activities are higher for normalised condition and the same decreased with the severity of thermal aging. Higher acoustic emission activities in normalised condition have been attributed to the presence of fine coherent M₃C and Mo₂C precipitates, which strengthen the matrix as a result of precipitation hardening. The reduction in acoustic emission activities in thermally aged condition has been found to be due to spheroidisation and coarsening of carbide precipitates which result in an increase in inter particle spacing.

Dans cet article, on a entrepris une étude systématique afin de corréler la variation de microstructure aux paramètres d’émission acoustique lors de la déformation en traction de l’acier 2·25Cr–1Mo. On a effectué des essais de traction d’échantillons normalisés ou vieillis thermiquement, à une vitesse de déformation de 6·66×10^?4 s^?1, avec surveillance simultanée des paramètres d’émission acoustique (AE). Les résultats ont montré que l’activité d’émission acoustique était plus élevée pour la condition normalisée et que celle-ci diminuait avec la sévérité du vieillissement thermique. On a attribué l’activité d’émission acoustique plus élevée dans la condition normalisée à la présence de précipités fins cohérents M₃C et Mo₂C, qui renforcent la matrice, comme résultat du durcissement par précipitation. On a trouvé que la réduction de l’activité d’émission acoustique dans la condition de vieillissement thermique était due à la sphéroïdisation et au grossissement des précipités de carbure, ce qui a pour résultat une augmentation de l’espacement entre les particules.     

Leaching chalcopyrite with sodium chlorate in hydrochloric acid solution

Abstract

Sodium chlorate was used as an oxidant for the chalcopyrite leaching in a hydrochloric acid solution. The hydrochloric acid concentration has an important effect on the dissolution of chalcopyrite. The results indicate that stirring speed has a negligible effect on copper dissolution, suggesting that the reaction is not controlled by liquid phase diffusion. Chalcopyrite leaching is also affected by temperature. X-ray diffraction studies show that sulphide is oxidised to sulphate at temperatures less than or equal to 65°C, and at 85°C, it is oxidised to elemental sulphur during the leaching process. Studies of the effect of temperature on dissolution indicate that the leaching process is highly dependent on temperature for the range of 25–65°C. This result is consistent with the values for the activation energy at 25–45°C (60·0 kJ mol^?1) and 45–65°C (57·7 kJ mol^?1). Within these temperature ranges, the leaching process is controlled by a chemical reaction. However, at temperatures of 65–85°C, the activation energy in (0–180 min) is 28·17 kJ mol^?1, which suggests that the reaction is diffusion and chemically controlled during this stage. During the last stage (180–300 min) of the process at 65–85°C, the activation energy is only 0·55 kJ mol^?1. At this point, it appears that diffusion predominates. Scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy results are consistent with the abovementioned kinetic data.

On a utilisé du chlorate de sodium comme oxydant pour le lessivage de la chalcopyrite dans une solution d’acide chlorhydrique. La concentration de l’acide chlorhydrique a un effet important sur la dissolution de la chalcopyrite. Les résultats indiquent que la vitesse d’agitation a un effet négligeable sur la dissolution du cuivre, suggérant que la réaction ne serait pas contrôlée par la diffusion en phase liquide. Le lessivage de la chalcopyrite est également affecté par la température. Des études de diffraction des rayons X ont montré que le sulfure était oxydé en sulfate à des températures égales à ou à moins de 65°C, et à 85°C, il était oxydé en soufre élémentaire lors du procédé de lessivage. Les études de l’effet de la température sur la dissolution indiquent que le procédé de lessivage est hautement dépendant de la température dans la gamme de 25 à 65°C. Ce résultat est compatible avec les valeurs de l’énergie d’activation à 25–45°C (60·0 kJ mol^?1) et à 45–65°C (57·7 kJ mol^?1). Dans ces gammes de température, le procédé de lessivage est contrôlé par une réaction chimique. Cependant, à des températures de 65 à 85°C l’énergie d’activation au début (0–180 min) est de 28·17 kJ mol^?1, ce qui suggère que la réaction est contrôlée par diffusion et chimiquement lors de cette étape. Lors de la dernière étape (180–300 min) du procédé à 65–85°C, l’énergie d’activation est seulement de 0·55 kJ mol^?1. À ce point, il semble que la diffusion domine. Les résultats de microscopie électronique à balayage et de spectroscopie à dispersion d’énergie sont compatibles avec les données cinétiques mentionnées ci-haut.     

Effect of mechanical activation on carbothermal reduction of chromite with graphite

Abstract

The carbothermal reduction of mechanically activated chromite with graphite under an argon atmosphere was investigated at temperatures between 1100 and 1400°C and the effects of the mechanical activation on chromite structure were analysed by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and specific surface area measurement. An increase in specific surface area resulted in more contact points. The activation procedure led to amorphisation and structural disordering in chromite, and accelerated the degree of reduction and metallisation in the mixture of chromite and graphite.

On a effectué une investigation de la réduction carbothermique avec du graphite, de la chromite activée mécaniquement, en atmosphère d’argon, à des températures entre 1100 et 1400°C, et l’on a analysé les effets de l’activation mécanique sur la structure de la chromite par diffraction des rayons x, par microscopie électronique à balayage et par mesure de la surface spécifique. Une augmentation de la surface spécifique résultait en des points de contact plus nombreux. La procédure d’activation menait à une structure plus amorphe et en désordre de la chromite et accélérait le degré de réduction et de métallisation dans le mélange de chromite et de graphite.     

Mechanical behaviour of thermomechanically produced ultrafine grained dual-phase steels

Dual-phase (DP) steels are an excellent alternative in the production of automotive parts that require high mechanical resistance, high impact strength and elevated elongation. These materials are produced using low alloy steels as a basis, reducing costs and resulting in a combination of martensite and ferrite structures with ultrafine grain size. These characteristics are achieved through strict control of rolling conditions, strain rate, cooling rate and coiling temperature. This work presents the results of tension testing of two types of DP steels, along with microstructural characterisation, in order to understand the effect of the advanced thermomechanical controlled rolling processes on the formation of the microstructure and resulting mechanical properties.

Les aciers biphasés sont une excellente substitution pour la production de composantes automobiles qui requièrent une résistance mécanique élevée, une haute résistance à l’impact et une grande élongation. Ces matériaux sont produits en utilisant des aciers faiblement alliés comme base, réduisant les coûts et engendrant des combinaisons de structures martensitiques et ferritiques à granularité ultrafine. On obtient ces caractéristiques grâce à un contrôle strict des conditions de laminage, de la vitesse de déformation, de la vitesse de refroidissement et de la température d’enroulement. Cet article présente les résultats des essais de traction de deux nuances d’acier biphasé, de même que la caractérisation de la microstructure, afin de comprendre l’effet des procédés avancés de laminage thermomécanique contrôlé sur la formation de la microstructure et les propriétés mécaniques qui en déroulent.     

Direct selective leaching of chalcopyrite concentrate

The ammonium persulphate (APS) leaching of chalcopyrite concentrate in the presence of ammonium carbonate was studied. The effects of ammonium carbonate concentration, APS concentration, leaching time, leaching temperature, solid/liquid ratio and stirring speed were investigated. Optimum leaching conditions were found as follows: APS concentration is 200 g L^?1; ammonium carbonate concentration is 200 g L^?1; leaching time is 180 min; leaching temperature is 60°C; solid/liquid ratio is 0·04 g mL^?1; and stirring speed is 400 rev min^?1. Under these conditions, copper extraction yield was obtained at about 72%. Furthermore, iron extraction yield decreased with increasing ammonium carbonate concentration and iron did not pass into solution under this condition. X-ray and SEM analysis also supported these results. It was determined that the copper extraction results were satisfactory by way of all experiments were performed under atmospheric conditions (i.e. low temperature and atmospheric pressure) and achieved selective copper leaching from chalcopyrite concentrate.

On a étudié la lixiviation au persulfate d’ammonium (APS) du concentré de chalcopyrite en présence de carbonate d’ammonium. On a examiné l’effet de la concentration du carbonate d’ammonium, de la concentration d’APS, de la durée et de la température de lixiviation, du rapport solide-liquide et de la vitesse d’agitation. Les conditions optimales de lixiviation suivent: concentration d’APS?=?200 g L^?1; concentration de carbonate d’ammonium?=?200 g L^?1; durée de lixiviation?=?180 min; température de lixiviation?=?60°C; rapport solide-liquide?=?0·04 g mL^?1; et vitesse d’agitation?=?400 rpm. Avec ces conditions, le rendement d’extraction du cuivre était d’environ 72%. De plus, le rendement d’extraction du fer diminuait avec l’augmentation de la concentration de carbonate d’ammonium, qui empêchait également le fer de passer en solution. L’analyse aux rayons x et au SEM supportait également ces résultats. Grâce à toutes les expériences effectuées en conditions atmosphériques (c’est-à-dire à basse température et à pression atmosphérique), on a déterminé que les résultats d’extraction du cuivre étaient satisfaisants et qu’on obtenait une lixiviation sélective du cuivre à partir du concentré de chalcopyrite.     

X-RAY TOMOGRAPHY STUDY OF ATOMIZED Al-Cu DROPLETS

Abstract

The atomization of metals and alloys results in the rapid solidification of droplets which yields a complex interplay of nucleation undercooling, recalescence and microsegregation. Characterization of the solidified microstructure has been studied using conventional optical and scanning electron microscopy (SEM). These techniques provide limited information as only a finite number of sections of the powder can be examined. X-ray tomography using synchrotron radiation with a 1 μm beam resolution was used to generate a 3D image for the entire volume of a particle and was compared to microscopic images. The tomography experiments were carried out on Al5%Cu and Al17%Cu atomized droplets of 500 μm in diameter. Microstructural features of solidification such as shrinkage, nucleation and recalescence which are apparent in the 3D images are discussed and compared with conventional characterization methods.

L’atomisation de métaux et d’alliages résulte en une solidification rapide de gouttelettes qui produit une interaction complexe de la surfusion de nucléation, de la recalescence, de la microségrégation, etc. On a caractérisé la microstructure solidifiée en utilisant la microscopie conventionnelle optique et électronique à balayage. Ces techniques fournissent une information limitée puisque l’on peut examiner seulement un nombre défini de sections de la poudre. On a utilisé la tomographie à rayonnement cyclotron avec résolution du faisceau de 1 μm pour générer une image à 3D du volume entier d’une particule que l’on a comparée aux images obtenues par microscopie. On a effectué les expériences de tomographie avec des gouttelettes atomisées d’Al-5%Cu et d’Al- 17%Cu, ayant 500 μm de diamètre. On discute des caractéristiques de la microstructure de solidification comme la contraction, la nucléation, la recalescence, etc. qui sont apparentes dans les images à 3D et on les compare avec les méthodes conventionnelles de caractérisation.     

Development of TiC reinforced austenitic manganese steel

The Fe–17Mn austenitic manganese steel and its in situ composite containing 10 vol.-%TiC were produced by conventional melting and casting technique. The mechanical properties such as hardness, impact toughness, elastic modulus, and impact wear resistance of the steel and composite were evaluated both in the as solutionised (1100°C/1 h/WQ) and secondary processed (forged plus warm rolled) condition. It is observed that an incorporation of hard TiC particles in austenitic manganese steel as well as secondary processing help to increase the hardness, elastic modulus and impact wear resistance, but deteriorate the impact toughness.

On a produit l’acier austénitique au manganèse, Fe–17Mn et son composite in-situ contenant 10% en volume de TiC, par une technique conventionnelle de fusion et de moulage. On a évalué les propriétés mécaniques comme la dureté, la résistance à l’impact, le module d’élasticité et la résistance à l’usure par impact de l’acier et de son composite après traitement de mise en solution (1100°C/1 h/trempé à l’eau) ou après traitement secondaire (forgé et laminé à chaud). On a observé qu’une incorporation de particules dures de TiC dans l’acier austénitique au manganèse, ainsi que le traitement secondaire, augmentait la dureté, le module d’élasticité et la résistance à l’usure par impact, mais détériorait la résistance à l’impact.     

Correlation of initiation of corrosion pits and metallurgical features of X100 pipeline steel

Abstract

In this work, corrosion pits initiated on X100 pipeline steel and their correlation with the metallurgical features of the steel were characterised by scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy. It was found that pits are always associated with various inclusions. For pits initiating at an MnS inclusion, a preferential dissolution occurs of the steel matrix at the inclusion/steel interface, with the inclusion remaining inside the pit. For duplex inclusions consisting of both MnS and Al₂O₃, the Al₂O₃ component is dissolved in the pit solution. Pits initiated at Al₂O₃ and Ca/Al/Mg/O inclusions are also due to the preferential dissolution of the adjacent steel. However, the Si enriched inclusion is anodic relative to the steel matrix, resulting in dissolution of the inclusion to initiate pits.

Dans ce travail, on a caractérisé les piqûres de corrosion initiées sur l’acier X100 pour pipeline et leur corrélation avec la caractéristique métallurgique de l’acier, au moyen de la microscopie électronique à balayage et de la spectroscopie à dispersion d’énergie. On a trouvé que les piqûres étaient toujours associées à diverses inclusions. Pour les piqûres initiées à une inclusion de MnS, une dissolution préférentielle se produit sur la matrice de l’acier à l’interface entre l’inclusion et l’acier, l’inclusion se retrouvant à l’intérieur de la piqûre. Pour les inclusions conjuguées consistant à la fois de MnS et d’Al₂O₃, la composante d’Al₂O₃ est dissoute dans la solution de la piqûre. Les piqûres initiées à des inclusions d’Al₂O₃ et de Ca/Al/Mg/O résultent également de la dissolution préférentielle de l’acier adjacent. Cependant, l’inclusion enrichie de Si est anodique par rapport à la matrice de l’acier, résultant en la dissolution de l’inclusion, ce qui initie des piqûres.     

Effect of iron as alloying element on electrochemical behaviour of 90∶10 Cu–Ni alloy

Abstract

Copper–nickel alloys have been used in many applications in marine environments, because of their excellent corrosion and biofouling resistance. In this study, the effects of iron as an alloying element on the corrosion behaviour of copper–10 wt-% nickel alloy in artificial saline solutions and natural sea water were investigated. Synthetic copper–nickel alloys were prepared in an induction furnace under an argon–7 vol.-% hydrogen atmosphere in cylindrical boron nitride crucibles. They were then homogenised at 950°C for 10 h under the same protective atmosphere. Linear sweep polarisation, cyclic polarisation, Tafel extrapolation and cyclic voltammetry techniques were performed in this investigation. Following the electrochemical measurements, the corrosion products and the passive film were analysed using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM), electron probe microanalysis, energy dispersive spectrometry (EDS), wavelength dispersive spectrometry (WDS) and X-ray diffraction (XRD). The electrochemical behaviour of the synthetic Cu–Ni–Fe alloys depends on maintaining iron in a single phase in the solid solution (the maximum amount of iron that can be used was 1·5 wt-%). Quenching improves the electrochemical behaviour of synthetic Cu–Ni–Fe alloys containing relatively high iron content. The outer layer of the passive film is porous in the absence of iron, but when iron is added, the pores disappear and cracks appear. When no sulphate is present in the solution, the passive film formed on synthetic Cu–Ni–Fe alloys consists entirely of chlorides, and Fe₂O₃. In the presence of sulphate, FeS and NiS were detected in the corrosion film.

On a utilisé les alliages de cuivre–nickel à de nombreuses fins en milieux marins, grâce à leur excellente résistance à la corrosion et à l’incrustation biologique. Dans cette étude, on a examiné l’effet du fer en tant qu’élément d’alliage sur le comportement de corrosion d’un alliage de cuivre–10% en poids de nickel dans des solutions salines artificielles et dans de l’eau de mer naturelle. On a préparé des alliages synthétiques de cuivre–nickel dans un four à induction dans une atmosphère d’argon–7% en volume d’hydrogène dans des creusets cylindriques de nitrure de bore. On les a ensuite homogénéisés à 950°C pendant 10 heures sous la même atmosphère protectrice. Dans cette investigation, on a utilisé des techniques de polarisation linéaire à balayage, de polarisation cyclique, d’extrapolation de Tafel et de voltampérométrie cyclique. Après les mesures électrochimiques, on a analysé les produits de corrosion et le film passif en utilisant un microscope à balayage électronique à champs par émission d’ions (FE-SEM), la microanalyse par électrons, la spectrométrie des rayons X à dispersion d’énergie (EDS), la spectrométrie dispersive en longueur d’onde (WDS) et la diffraction des rayons X (XRD). Le comportement électrochimique des alliages synthétiques de Cu-Ni-Fe dépend du maintien du fer en une phase unique dans la solution solide (la quantité maximale de fer que l’on pouvait utiliser étant de 1·5% en poids). La trempe améliore le comportement électrochimique des alliages synthétiques de Cu–Ni–Fe ayant une teneur relativement élevée en fer. La couche extérieure du film passif est poreuse en l’absence de fer, mais lorsque l’on ajoute du fer, les pores disparaissent et des fissures apparaissent. Lorsqu’il n’y a pas de sulfate dans la solution, le film passif formé sur les alliages synthétiques de Cu–Ni–Fe consiste entièrement en chlorures et en Fe₂O₃. En présence de sulfate, on détecte du FeS et du NiS dans le film de corrosion.     

Kinetics of Austenite Transformation During Thermomechanical Processes

Abstract

One of the most important fundamental problems of thermomechanical processing (TMP) of steel is the transformation kinetics of deformed austenite, which has a great influence on the final microstructure and mechanical properties. In the present work, the results of more than 20 year's systematic study of deformation effects on the ferrite-pearlite and bainite transformations conducted by the authors and their colleagues are discussed. The progress of isothermal austenite decomposition was measured by magnetometry, while dilatometry was used to monitor transformation under continuous cooling. From a research base of about 40 steel grades, general conclusions of the characteristic features of austenite transformation kinetics during TMP are formulated and the factors responsible for changes in the kinetics are discussed. The acceleration effects of deformation on the ferrite-pearlite transformation and the much more complicated variations in austenite decomposition rates in the bainite range are considered depending on deformation parameters (temperature (T), strain, postdeformation delays), transformation conditions, and carbon and alloying content of the steels.© 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier ScienceLtd. All rights reserved.

Résumé

L'un des problèmes fondamentaux les plus importants du traitment thermomécanique (TMP) de l'acier est la cinétique de transformation de l'austénite déformée, qui a une grande influence sur la microstructure finale et sur les propriétés mécaniques. Dans le présent travail, on discute des résultats de plus de 20 ans d'études systématiques par les auteurs et leurs collégues, des effets de la déformation sur la transformation en ferrite-perlite et en bainite. On a mesuré, par magnétométrie, le progrés de la décomposition isotherme de l'austénite, alors qu'on a utilisé la dilatométrie pour suivre la transformation en refroidissement continu. A partir d'une base de recherche d'environ 40 types d'acier, on formule des conclusions générales des points caractéristiques de la cinétique de transformation de l'austenite lors de traitement TMP et l'0n discute des facteurs responsables des changements de cinetique. On considére les effets d'accélération de la déformation sur la transformation en ferrite-perlite ainsi que les variations beaucoup plus compliquées destaux de décomposition de l'austénite dans le domaine de la bainite. Ces considérations incluent les paramètres de déformation (temperature (T), déformation, délais d'après-déformation), les conditions de transformation ainsi que le contenu en carbone et en éléments d'alliage des aciers. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.     

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.