Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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1997.04a
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pp.34-34
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1997
The effect of alloying mode and porosity on the axial tension-tension fatigue behavior of a P/M steel of nominal composition Fe-4w/o Ni-1.5w/o Cu-O.5w/o Mo-O.5w/o C has been evaluated. Alloying modes utilized were elemental powder mixing, partial alloying(distaloy) and prealloying by water atomization; in each case the carbon was introduced as graphite prior to sintering. Powder compacts were sintered($1120{\circ}C$/30 min.) in 7Sv/o $H_2$/25v/o $N_2$ to densities in the range 6.77-7.2 g/$cm^3$. The dependence of fatigue limit response on alloying mode and porosity was interpreted in terms of the constituent phases and the pore and fracture morphologies associated with the three alloying modes. For the same nominal composition, the three alloying modes resulted in different sintered microstructures. In the elemental mix alloy and the distaloy, the major constituent was coarse and fine pearlite, with regions of Ni-rich ferrite, Ni-rich martensite and Ni-rich areas. In contrast, the prealloy consisted primarily of martensite by with some Ni-rich areas. From an examination of the fracture surfaces following fatigue testing it was concluded that essentially all of the fracture surfaces exhibited dimpled rupture, characteristic of tensile overload. Thus, the extent of growth of any fatigue cracks prior to overload was small. The stress amplitude for the three alloying modes at 2x$l0^6$ was used for the comparison of fatigue strengths. For load cycles <3x$l0^5$, the prealloy exhibited optimum fatigue response followed by the distaloy and elemental mix alloy, respectively. At load cycles >2x$l0^6$, similar fatigue limits were exhibited by the three alloys. It was concluded that fatigue cracks propagate primarily through pores, rather than through the constituent phases of the microstructure. A decrease in pore SIze improved the S-N behavior of the sintered steel.
In this study, three kinds of bainitic steel plates are manufactured by varying the chemical compositions and their microstructures are analyzed. Tensile and Charpy impact tests are performed at room and low temperature to investigate the correlation between microstructure and mechanical properties. In addition, heat affected zone (HAZ) specimens are fabricated by a simulation of welding processes, and the HAZ microstructure is analyzed. The base steel that has the lowest carbon equivalent has the highest volume fraction of acicular ferrite and the lowest volume fraction of secondary phases, so the strength is the lowest and the elongation is the highest. The Mo steel has a higher volume fraction of granular bainite and more secondary phases than the base steel, so the strength is high and the elongation is low. The CrNi steel has the highest volume fraction of the secondary phases, so the strength is the highest and elongation is the lowest. The tensile properties of the steels, namely, strength and elongation, have a linear correlation with the volume fraction of secondary phases. The Mo steel has the lowest Charpy impact energy at $-80^{\circ}C$ because of coarse granular bainite. In the Base-HAZ and Mo-HAZ specimens, the hardness increases as the volume fraction of martensite-austenite constituents increases. In the CrNi-HAZ specimen, however, hardness increases as the volume fraction of martensite and bainitic ferrite increases.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.26
no.5
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pp.542-550
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2020
The use of high-strength aluminum alloys for ships and of shore structures has many benefits compared to carbon steels. Recently, high-strength aluminum alloys have been widely used in onshore and of shore industries, and they are widely used for the side shell structures of special-purpose ships. Their use in box girders of bridge structures and in the topside of fixed platforms is also becoming more widespread. Use of aluminum material can reduce fuel consumption by reducing the weight of the composite material through a weight composition ratio of 1/3 compared to carbon steel. The characteristics of the stress strain relationship of an aluminum structure are quite different from those of a steel structure, because of the influence of the welding[process heat affected zone (HAZ). The HAZ of aluminum is much wider than that of steel owing to its higher heat conductivity. In this study, by considering the HAZ generated by metal insert gas (MIG) welding, the buckling and final strength characteristics of an aluminum reinforcing plate against longitudinal compression loads were analyzed. MIG welding reduces both the buckling and ultimate strength, and the energy dissipation rate after initial yielding is high in the range of the HAZ being 15 mm, and then the difference is small when HAZ being 25 mm or more. Therefore, it is important to review and analyze the influence of the HAZ to estimate the structural behavior of the stiffened plate to which the aluminum alloy material is applied.
The paper addresses contribution to the modeling and optimization of major machinability parameters (cutting force, surface roughness, and tool wear) in finish dry hard turning (FDHT) for machinability evaluation of hardened AISI grade die steel D3 with PVD-TiN coated (Al2O3-TiCN) mixed ceramic tool insert. The turning trials are performed based on Taguchi's L18 orthogonal array design of experiments for the development of regression model as well as adequate model prediction by considering tool approach angle, nose radius, cutting speed, feed rate, and depth of cut as major machining parameters. The models or correlations are developed by employing multiple regression analysis (MRA). In addition, statistical technique (response surface methodology) followed by computational approaches (genetic algorithm and particle swarm optimization) have been employed for multiple response optimization. Thereafter, the effectiveness of proposed three (RSM, GA, PSO) optimization techniques are evaluated by confirmation test and subsequently the best optimization results have been used for estimation of energy consumption which includes savings of carbon footprint towards green machining and for tool life estimation followed by cost analysis to justify the economic feasibility of PVD-TiN coated Al2O3+TiCN mixed ceramic tool in FDHT operation. Finally, estimation of energy savings, economic analysis, and sustainability assessment are performed by employing carbon footprint analysis, Gilbert approach, and Pugh matrix, respectively. Novelty aspects, the present work: (i) contributes to practical industrial application of finish hard turning for the shaft and die makers to select the optimum cutting conditions in a range of hardness of 45-60 HRC, (ii) demonstrates the replacement of expensive, time-consuming conventional cylindrical grinding process and proposes the alternative of costlier CBN tool by utilizing ceramic tool in hard turning processes considering technological, economical and ecological aspects, which are helpful and efficient from industrial point of view, (iii) provides environment friendliness, cleaner production for machining of hardened steels, (iv) helps to improve the desirable machinability characteristics, and (v) serves as a knowledge for the development of a common language for sustainable manufacturing in both research field and industrial practice.
Bae, Kyung Oh;Kim, Dae Woong;Shin, Hyung Seop;Park, Lee Ju;Kim, Hyung Won
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.6
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pp.573-579
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2016
Studies on the deformation behavior of materials subjected to impact loads have been carried out in various fields of engineering and industry. The deformation and fracture of members for these machines/structures are known to correspond to the intermediate strain-rate region. Therefore, for the structural design, it is necessary to consider the dynamic deformation behavior in these intermediate strain-rate ranges. However, there have been few reports with useful data about the deformation and fracture behavior at intermediate strain-rate ranges. Because the intermediate strain-rate region is located between quasi-static and high strain-rate regions, it is difficult to obtain the intermediate strain-rate using conventional reasonable test equipment. To solve this problem, in this study, the measurement reliability of the constructed drop-bar impact tensile test apparatus was established and the dynamic behavior at the intermediate strain-rate range of carbon steels was evaluated by utilizing the apparatus.
Low carbon steel (S20C steel) and SPCC steel sheet have been austenitic nitrided at $700^{\circ}C$ in a closed pit type furnace by changing the flow rate of ammonia gas and heat treating time. When the flow rate of ammonia gas was low, the concentration of residual ammonia appeared low and the hardness value of transformed surface layer was high. The depth of the surface layer, however, was shallow. With increasing the concentration of residual ammonia by raising up the ammonia gas flow, both the depth of the surface layer and the pore depth increased, while the maximum hardness of the surface layer decreased. By introducing a large amount of ammonia gas in a short time, a deep surface layer with minimal pores on the outermost surface was obtained. In this experiment, while maintaining 10~12% of residual ammonia, the flow rate of inlet ammonia gas, 7 liter/min, was introduced at $700^{\circ}C$ for 1 hour. In this condition, the thickness of the surface layer without pores appeared about $60{\mu}m$ in S20C steel and $30{\mu}m$ in SPCC steel plate. Injecting additional methane gas (carburizing gas) to this condition played a deteriorating effect due to promoting the formation of vertical pores in the surface layer. For $1^{st}$ transformed surface layer for S20C steel, maintaining 10~12% residual ammonia condition via austenitic nitriding process resulted in ${\varepsilon}$ phase with relatively high nitrogen concentration (just below 4.23 wt.%N) among the mixed phases of ${\varepsilon}+{\gamma}$. The ${\varepsilon}$ phase was formed a specific orientation perpendicular to the surface. For $2^{nd}$ transformed layer for S20C steel, ${\gamma}$ phase was rather dominant (just above 2.63 wt.%N). For SPCC steel sheet, there appeared three phases, ${\gamma}$, ${\alpha}(M)$ and weak ${\varepsilon}$ phase. The nitrogen concentration would be approximately 2.6 wt.% in these phases condition.
A Siemens SemiQuant (SSQ) 3000 program, a precalibrated 'standardless' analytical program handling up to 90 elements, was evaluated for the fast analysis of various types of reference materials using a wavelength dispersive X-ray spectrometer. Various types of standard reference materials such as metal discs, metal chips, and geological materials in powder form were analysed and it took 23 minutes of measuring time for 75 elements. Measurements of geological reference materials using different sampling methods were carried out and their data were interactively evaluated. The analysis of materials of a known matrix concentration such as stainless steels provided higher precision value compared to totally unknown samples. The analyses of materials prepared as pressed pellets or fused glass beads provided higher precision values compared to the measurement of loose powders with a foil on the sample surface and helium operation, though their sampling procedures were more complicate and took more time. Since very light elements such as boron, carbon, and oxygen have a strong influence on the matrix effects and also on the calculation of effective matrix corrections, the rhodium Compton check was applied to verify the reliability of the defined light element concentrations of light matrix materials and the defined major sample compounds. Failure of defining correct matrix resulted in an unoptimized matrix correction and therefore in the wrong calculation of the element concentration.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.28
no.5
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pp.407-415
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2008
The tubes in heat exchanger are typically made from copper alloy, stainless steel, carbon steel, titanium alloy material. type-439 ferritic stainless steel is ferromagnetic material, and furnish higher heat transfer rates than austenitic stainless steels and higher resistance to corrosion-induced flaws. Ferritic stainless steel can typically be found in low-pressure(LP) feedwater heaters and moisture separator reheaters(MSRs). LP feedwater heaters generally utilize thin wall type-439 stainless steel tubing, whereas MSRs typically employ a heavier wall tubing with integral fins. Service-induced damage can occur on the OD(outside diameter) surface of type-439 ferritic stainless steel tubing which is employed for MSRs tubing, and the most typical damage mechanism is vibration-induced tube-to-TSP(tube support plate) wear and fatigue cracking. The wear has been reported that occurs mainly on the OD surface. Accordingly, in this study, we have evaluated the flaw sizing capability of magnetic saturation eddy current technique using magnetic saturation probe and flawed specimen.
This study classified the result of non-metallic inclusion analysis and result of microstructure investigation on the ironware excavated in the Baekje region into Han River, Geum River, and Yeongsan River to estimate the iron making temperature and study the characteristics of regional and temporal characteristics of the heat treatment technology and steel making technology. Regardless of era, bloom iron and sponge iron are judged to be the major method for making as a directreduction process in all three regions. The result of the reinterpretation of the non-metallic inclusion by the oxide ternary constitutional diagram suggest that the temperature inside of the furnace is estimated to be between $1,100{\sim}1,300^{\circ}C$ while making the steel. The magnetic iron ores are the major raw material of steel ore and irons with high $TiO_2$ are estimated to use iron sands. Ironware with $CaO/SiO_2$ rate higher than 0.4% are considered to have artificially added the flux of calcareous materials. It was found that the iron making method is the solid caburizing-steel which caburizes low-carbon steels by the CO gas and $CO_2$ gas created when heating the forging furnace with charcoal. Also, the ironware manufacturers in the Baekje during 3rd century recognized the heat treatment technology as they performed carburizing process and quenching to intentionally increase the strength of necessary parts.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.28
no.2
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pp.191-198
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2008
Flow accelerated corrosion (FAC) phenomenon of low alloy carbon steels in nuclear power plant has been known as one of major degradation mechanisms. It has a potential to cause nuclear pipe rupture accident which may directly impact on the plant reliability and safety. Recently, the equipotential switching direct current potential drop (ES-DCPD) method has been developed, by the present authors, as a method to monitor wall loss in a piping. This method can rapidly monitor the thinning of piping, utilizing either the wide range monitoring (WiRM) or the narrow range monitoring (NaRM) technique. WiRM is a method to monitor wide range of straight piping, whereas NaRM focuses significantly on a narrow range such as an elbow. WiRM and NaRM can improve the reliability of the current FAC screening method that is based on computer modeling on fluid flow conditions. In this paper, the measurements by ES-DCPD are performed with signal sensitivity analyses in the laboratory environment for extended period and showed the viability of ES-DCPD for real plant applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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