International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.6
no.4
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pp.55-59
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2005
This paper presents a feasibility study whether Shida's constitutive equation being widely used for plain carbon steel in steel manufacturing industry can be extended to alloy steels with a due carbon equivalent model. T,he constitutive relation of the alloy steels (SAE9254, AISI52100 and AISI4140) is measured using hot deformation simulator (GLEEBLE 3500C) at high temperatures ($800^{\circ}C{\~}1000^{\circ}C$) within strain rates of $0.05{\~}40\;s^{-1}$. It has been found the predicted flow stress behavior (constitutive relation) of AISI52100 steel is in agreement with the measured one. On the other hand, the measured flow stress behavior of SAE9254 and AISI4140 steel partly concords with the predicted one when material experiences relatively high strain rate ($10{\~}40\;s^{-1}$) deformation at low temperature ($800^{\circ}C$). It can be deduced that, for AISI52100 steel, Shida's equation with the carbon equivalent model can be applicable directly to the roughing and intermediate finishing stand in hot rolling process for calculating the roll force and torque.
Dry sliding wear behavior of AISI 52100 steel that has a pearlite or bainite microstructure was characterized to explore the effect of microstructure on the wear of the steel. Isothermal heat treatments were employed to obtain the different microstructures. Pin-on-disk type wear tests of the steel disk were performed at loads of 25~125N in air against an alumina ball. Sliding speed and wear distance used were 0.1m/sec and 300m, respectively. Worn surfaces, wear debris and cross-sections of the worn surfaces were examined with SEM to investigate the wear mechanism of the steel. Hardness of the steel was also evaluated. Wear rate of the steel was correlated with the hardness and the microstructure. On the whole, wear resistance increased with an increase in hardness. However, the pearlite microstructure showed superior wear resistance as compared to the bainite microstructure with a similar hardness. The effect of the microstructure on the wear rate was attributed to the morphological differences of the carbide in the microstructure, which was found to have a significant effect on strain hardening during the wear.
A study has been investigated on the effect of mechanical properties (tension strength, rotary bending fatigue strength, wear resistance, hardness) according to the carbide particle size variation by the treatment of 1) quenching tempering, and 2) quenching, subzero treatment and tempering. The material used in this investigation was a typical bearing steel, high C high Cr, AISI E 52100. The result obtained in this study were as follows : (1) Finer the carbide particle size increasing the hardness and retained austenite in same quenching condition. (2) Finer the carbide particle size reduced the tension and rotary bending fatigue which were resulted from austenite grain growth and carbide precipitation on grain boundry that induced by carbide refine heat treatment. (3) Finer the carbide particel size increasing the wear resistance which were resulted by uniform distribution of carbide and increased hardness induced by microstructural uniform hardenability of matrix. (4) When the carbide particles were refinded, subzero treatment is effective only wear resistance and hardness.
The objective of the present work is to investigate the effect of cutting parameters (Vc, fz and ap) on tool life and the level of vibrations velocity in the machined part during face milling operation of hardened AISI 52100 steel. Dry-face milling has been achieved in the annealed (28 HRc) and quenched (55 HRc) conditions using multi-layer coating micro-grain carbide inserts. Statistical analysis based on the Response surface methodology (RSM) and ANOVA analysis have been conducted through a plan of experiments methodology using a reduced Taguchi table (L9) in order to obtain engineering models for tool life and vibration velocity in the workpiece for both heat treatment conditions. The results show that the cutting speed has a dominant influence on tool life for both soft and hard part. Cutting speed and feed per tooth is the most significant parameters for vibration levels. Comparing the experimental values with those predicted by the developed engineering models of tool life and levels of vibrations velocity, a good correlation has been obtained (between 97% and 99%) in annealed and hard conditions.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.9
no.2
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pp.54-62
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2008
This investigation deals with machining AISI 52100 steel using a carbide-coated tool. The machining cutting force and tool tip temperature are measured online while turning using different cutting parameters. The surface roughness is also measured, but off-line after each cut. The obtained data are analyzed and the influence of the cutting parameters on the machining variables is determined in the form of plots. Regression models obtained from the results are tested using additional experimental data.
The present paper is a contribution in characterising end milling process of AISI 52100 ball bearing steel through statistical analyses of variance (ANOVA). The latter has been performed to identify the effect of the cutting parameters on the machined surface roughness and the cutting tool life. Wear measurements have been carried on multilayer coated carbide inserts and the respective surface roughness has been recorded. Taguchi's technique has been adapted to conduct the design experiments in terms of orthogonal arrays according to the cutting parameters (cutting speed, feed rate and depth of cut), the type of coating (TiN, TiCN, TiAlN) and lubricating condition. Regression analyses have conducted to the development of simplified empirical models that can be effectively used to predict surface roughness and tool wear in the present milling process.
In this study, reciprocating wear tests are performed on AISI 52100 bearing steel to investigate its tribological behavior in a hexagonal boron nitride (h-BN) water solution. The h-BN-based aqueous lubricant is prepared using an atoxic procedure called ultrasonic sonication in pure water. Ball-on-flat reciprocating sliding experiments are conducted, where the ball is slewed on a fixed flat at 50-㎛ displacement. The lubricating behavior of h-BN is compared with that of deionized (DI) water. Results show that the friction coefficient is higher in h-BN testing than that in DI tests, but the results are equalized as the friction coefficient reaches a stable level. Scanning electron microscopic images reveal significant material loss in the center and mild abrasion on the edge of the wear scar in h-BN tests. However, these effects are minor in DI water situations. The results of energy-dispersive X-ray spectroscopy show that considerable oxidation occurs in the central zone of the wear scar in h-BN cases with strong adhesion and material removal. These findings reveal the importance of determining ideal circumstances that can tolerate material friction and wear.
Ultra thin TiN films (50∼700nm thickness) were deposited on AISI 304 stainless steel substrates using a reactive DC magnetron sputtering deposition process to investigate their wear and friction properties. Dry sliding wear tests of the films were carried out against hardened steel and alumina counterparts using a pin-on-disk type wear tester at room temperature. Variation of friction coefficient was measured as a function of film thickness, load, sliding speed and roughness of the substrate. Worn surfaces of the film were examined by a scanning electron microscope. Wear resistance of the TiN film increased with the increase of the film thickness. The TiN film showed relatively high wear resistance in spite of its ultra thin thickness when it is mated by the steel counterpart, while it showed poor wear resistance with the alumina counterpart. The good wear resistance with the steel counterpart was explained by the formation of oxide layers on the film surface and sound interface character between the ultra thin film and the substrate.
This study aims at investigating the wear properties of thermally sprayed $Al/Al_2O_3$ metal matrix composite(MMC) coating against different counterparts. $Al/Al_2O_3$ MMC coatings were fabricated using a flame spray system on an Al 6061 substrate. Dry sliding wear tests were performed using the sliding speeds of 0.2m/s and the applied loads of 1 and 2 N. AISI 52100, $Al_2O_3$, $Si_3N_4\;and\;ZrO_2$ balls(diameter: 8mm) were used as counterpart materials. Wear properties of $Al/Al_2O_3$ MMC coatings were analyzed using a scanning electron microscope(SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). It was revealed that wear properties of $Al/Al_2O_3$ composite coatings were much influenced by counterpart materials. In the case of AISI 52100 used as counterparts, the wear rate of composites coating layer increased according to the increase of the applied load. On the contrary, in the case of ceramics used as counterparts, the wear rate of composites coating layer decreased according to the increase of the applied load.
In the present paper, the effects of cutting parameters and coating material on the performances of cutting tools in turning of AISI 52100 steel are discussed experimentally. A comparative study was carried out between uncoated and coated (with TiCN-TiN coating layer) cermet tools. The substrate composition and the geometry of the inserts compared were the same. A mathematical model was developed based on the Response Surface Methodology (RSM). ANOVA method was used to quantify the effect of cutting parameters on the machining surface quality and the cutting forces. The results show that feed rate has the most effect on surface quality. However, cutting depth has the significant effect on the cutting force components. The effect of coating layers on the surface quality was also studied. A lower surface roughness was observed when using PVD (TiCN-TiN) coated insert. A second order regression model was developed and a good accuracy was obtained with correlation coefficients in the range of 95% to 97%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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