A Comparative Study of Mechanical and Tribological Properties of AISI-304 and AISI-316 Submitted to Glow Discharge Nitriding

Mechanical and tribological properties of AISI 304 and AISI 316 stainless steels submitted to glow discharge ion nitriding are reported. The atmosphere was 20:80 - N2:H2 with substrate temperatures ranging from 300 to 500 °C. Treatment at 300 °C produced expanded austenite (γN) in both steels. Increasing the temperature, the phases γ′-Fe4N and ε- Fe2+xN were present and the latter is the major phase for AISI 304. At 500 °C, the CrN phase was also identified in both steels. Hardnesses of about 13-14 GPa at near surface regions were obtained in both steels. Moreover, AISI 316 nitrided at 500 °C has the deepest hard layer. Tribological tests showed that wear can be reduced by up to a factor of six after the nitriding processes, even for a working temperature of 300 °C. The profiles during and after nanoscratch tests did not reveal significant differences after nitriding processes in both steels.

The Broader Impact of Disability Research: Aligning Public Policy with the Experiences of People with Disabilities and Healthcare Providers

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-07

Microstructure characterization of 316L deformed at high strain rates using EBSD

Specimens from split Hopkinson pressure bar experiments, at strain rates between ~ 1000–9000 s− 1 at room temperature and 500 °C, have been studied using electron backscatter diffraction. No significant differences in the microstructures were observed at different strain rates, but were observed for different strains and temperatures. Size distribution for subgrains with boundary misorientations > 2° can be described as a bimodal lognormal area distribution. The distributions were found to change due to deformation. Part of the distribution describing the large subgrains decreased while the distribution for the small subgrains increased. This is in accordance with deformation being heterogeneous and successively spreading into the undeformed part of individual grains. The variation of the average size for the small subgrain distribution varies with strain but not with strain rate in the tested interval. The mean free distance for dislocation slip, interpreted here as the average size of the distribution of small subgrains, displays a variation with plastic strain which is in accordance with the different stages in the stress-strain curves. The rate of deformation hardening in the linear hardening range is accurately calculated using the variation of the small subgrain size with strain.

Modelling of water removal during a paper vacuum dewatering process using a Level-Set method

Water removal in paper manufacturing is an energy-intensive process. The dewatering process generally consists of four stages of which the first three stages include mechanical water removal through gravity filtration, vacuum dewatering and wet pressing. In the fourth stage, water is removed thermally, which is the most expensive stage in terms of energy use. In order to analyse water removal during a vacuum dewatering process, a numerical model was created by using a Level-Set method. Various different 2D structures of the paper model were created in MATLAB code with randomly positioned circular fibres with identical orientation. The model considers the influence of the forming fabric which supports the paper sheet during the dewatering process, by using volume forces to represent flow resistance in the momentum equation. The models were used to estimate the dry content of the porous structure for various dwell times. The relation between dry content and dwell time was compared to laboratory data for paper sheets with basis weights of 20 and 50 g/m2 exposed to vacuum levels between 20 kPa and 60 kPa. The comparison showed reasonable results for dewatering and air flow rates. The random positioning of the fibres influences the dewatering rate slightly. In order to achieve more accurate comparisons, the random orientation of the fibres needs to be considered, as well as the deformation and displacement of the fibres during the dewatering process.

Séquestration géologique du CO2 par carbonatation minérale dans les résidus miniers

La carbonatation minérale dans les résidus miniers est un moyen sûr et permanent de séquestrer le CO2 atmosphérique. C’est un processus naturel et passif qui ne nécessite aucun traitement particulier et donc avantageux d’un point de vue économique. Bien que la quantité de CO2 qu’il soit possible de séquestrer selon ce processus est faible à l’échelle globale, dans le cadre d’un marché du carbone, les entreprises minières pourraient obtenir des crédits et ainsi revaloriser leurs résidus. À l’heure actuelle, il y a peu d’informations pour quantifier le potentiel de séquestration du CO2 de façon naturelle et passive dans les piles de résidus miniers. Il est donc nécessaire d’étudier le phénomène pour comprendre comment évolue la réaction à travers le temps et estimer la quantité de CO2 qui peut être séquestrée naturellement dans les piles de résidus. Plusieurs travaux de recherche se sont intéressés aux résidus miniers de Thetford Mines (Québec, Canada), avec une approche principalement expérimentale en laboratoire. Ces travaux ont permis d’améliorer la compréhension du processus de carbonatation, mais ils nécessitent une validation à plus grande échelle sous des conditions atmosphériques réelles. L’objectif général de cette étude est de quantifier le processus de carbonatation minérale des résidus miniers sous des conditions naturelles, afin d’estimer la quantité de CO2 pouvant être piégée par ce processus. La méthodologie utilisée repose sur la construction de deux parcelles expérimentales de résidus miniers situées dans l’enceinte de la mine Black Lake (Thetford Mines). Les résidus miniers sont principalement constitués de grains et de fibres de chrysotile et lizardite mal triés, avec de petites quantités d’antigorite, de brucite et de magnétite. Des observations spatiales et temporelles ont été effectuées dans les parcelles concernant la composition et la pression des gaz, la température des résidus, la teneur en eau volumique, la composition minérale des résidus ainsi que la chimie de l’eau des précipitations et des lixiviats provenant des parcelles. Ces travaux ont permis d’observer un appauvrissement notable du CO2 dans les gaz des parcelles (< 50 ppm) ainsi que la précipitation d’hydromagnésite dans les résidus, ce qui suggère que la carbonatation minérale naturelle et passive est un processus potentiellement important dans les résidus miniers. Après 4 ans d’observations, le taux de séquestration du CO2 dans les parcelles expérimentales a été estimé entre 3,5 et 4 kg/m3/an. Ces observations ont permis de développer un modèle conceptuel de la carbonatation minérale naturelle et passive dans les parcelles expérimentales. Dans ce modèle conceptuel, le CO2 atmosphérique (~ 400 ppm) se dissout dans l’eau hygroscopique contenue dans les parcelles, où l’altération des silicates de magnésium forme des carbonates de magnésium. La saturation en eau dans les cellules est relativement stable dans le temps et varie entre 0,4 et 0,65, ce qui est plus élevé que les valeurs de saturation optimales proposées dans la littérature, réduisant ainsi le transport de CO2 dans la zone non saturée. Les concentrations de CO2 en phase gazeuse, ainsi que des mesures de la vitesse d’écoulement du gaz dans les cellules suggèrent que la réaction est plus active près de la surface et que la diffusion du CO2 est le mécanisme de transport dominant dans les résidus. Un modèle numérique a été utilisé pour simuler ces processus couplés et valider le modèle conceptuel avec les observations de terrain. Le modèle de transport réactif multiphase et multicomposant MIN3P a été utilisé pour réaliser des simulations en 1D qui comprennent l’infiltration d’eau à travers le milieu partiellement saturé, la diffusion du gaz, et le transport de masse réactif par advection et dispersion. Même si les écoulements et le contenu du lixivat simulés sont assez proches des observations de terrain, le taux de séquestration simulé est 22 fois plus faible que celui mesuré. Dans les simulations, les carbonates précipitent principalement dans la partie supérieure de la parcelle, près de la surface, alors qu’ils ont été observés dans toute la parcelle. Cette différence importante pourrait être expliquée par un apport insuffisant de CO2 dans la parcelle, qui serait le facteur limitant la carbonatation. En effet, l’advection des gaz n’a pas été considérée dans les simulations et seule la diffusion moléculaire a été simulée. En effet, la mobilité des gaz engendrée par les fluctuations de pression barométrique et l’infiltration de l’eau, ainsi que l’effet du vent doivent jouer un rôle conséquent pour alimenter les parcelles en CO2.