In this paper, a finite element analysis based on the local approach concept to fracture in the continuum damage mechanics is performed to analyze ductile fracture in two dimensional quasi-static state. First an isotropic damage model based on the generalized concept of effective stress is proposed for structural materials in the context of large deformation. In this model, the stiffness degradation is taken as a measure of damage and so, the fracture phenomenon can be explained as the critical deterioration of stiffness at a material point. The modified Riks' continuation technique is used to solve incremental iterative equations. Crack propagation is achieved by removing critically damaged elements. The mesh size sensitivity analysis and the simulation of the well known shearing mode failure in plane strain state are carried out to verify the present formulation. As numerical examples, an edge cracked plate and the specimen with a circular hole under plane stress are taken. Load-displacement curves and successively fractured shapes are shown. From the results, it can be concluded that the proposed model based on the local approach concept in the continuum damage mechanics may be stated as a reasonable tool to explain ductile fracture initiation and crack propagation.
Ductile cast iron has a good ductility and toughness than those of gray cast iron, because the shape of graphite is spheroidal. Also, it has been reported that, additional strengthening and toughening of the ductile cast iron can be obtainded from the proper combination of matrix structures by the heat treatment and addition of alloying elements. In this study the effect of special heat treatment and addition of alloying elements(Ni, Mo) on the multi-phase(ferrite-bainite-martensite) structures, strength and toughness of ductile cast iron were studied systematically. In water quenching from $770^{\circ}C$, the martensite volume(%) increased, but the ferrite volume(%) decreased with increment of Ni content. In as cast, pearlite volume(%) and hardness increased with increment of Mo and Ni contents. And with the increment of the destabilization austempering holding time, the bainite volume(%) increased but the martensite volume(%) decreased. As destabilization austempering holding time is same, bainite volume(%) decreased, martensite increased with the increment of Ni and Mo contents. The hardness and tensile strength decreased, but impact energy increased with the decrease of Ni and Mo contents, and increment of holding time of destabilization austempering treatment.
Kim, K.T.;Chang, H.Y.;Lim, B.T.;Park, H.B.;Kim, Y.S.
Corrosion Science and Technology
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제15권4호
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pp.171-181
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2016
In this work, synergistic corrosion inhibition effect of nitrite and 3 kinds of ethanolamines on ductile cast iron using chemical and electrochemical methods was evaluated. This work attempts to clarify the synergistic effect of nitrite and ethanolamines. The effects of single addition of TEA, DEA, and MEA, and mixed addition of nitrite plus TEA, DEA or MEA on the corrosion inhibition of ductile cast iron in a tap water were evaluated. A huge amount of single addition of ethanolamine was needed. However, the synergistic effect by mixed addition was observed regardless of the combination of nitrite and triethanolamines, but their effects increased in a series of MEA + nitrite > DEA + nitrite > TEA + nitrite. This tendency of synergistic effect was attributed to the film properties and polar effect; TEA addition couldn't form the film showing high film resistance and semiconductive properties, but DEA or MEA could build the film having relatively high film resistance and n-type semiconductive properties. Moreover, it can be explained that this behaviour was closely related to electron attractive group within the ethanolamines, and thus corrosion inhibition power depends upon the number of the electron attractive group of MEA, DEA, and TEA.
In this study, V-notch part has been considered as one of safety components in rectangular cup used for mobile device. This kind of safety component in rectangular cup with the V-notch part, which controls adequately the increased internal pressure in the rectangular cup, plays an important role to prevent the explosion from the excessive internal pressure. The protecting mechanism on the mobile device against the explosion is that a series of fracture on the V-notch part at the critical internal pressure level occurs. Therefore, it is very crucial to estimate accurately the working pressure range of the safety device. Relationship between the working internal pressure and fracture phenomenon at V-Notch part was investigated through numerical analysis using ductile fracture criteria. Integral value, I, of the used ductile fracture criteria was calculated from effective stress and strain, and then the bursting pressure of the V-notch part was extracted. Comparisons between the estimated and experimental results show that this systematic approach to predict bursting pressure using the ductile fracture criteria gives fairly good agreements.
The study has been carried out under various experimental conditions to investigate mechanical properties by the transformation conditions of austempered low-alloy ductile cast iron. The amount of retained austenite and bainite after quenching was determined by the X-ray diffractometer and the point counting method and which the microstructure was investigated by the S.E.M. The mechanical properties of austempered low-alloy ductile cast iron can be varried over a comparatively wide range by changing the transformation conditions. During isothermal transformation of austenite in the bainite region, low-alloy ductile cast iron austempered at holding time of 40 minute has the maximum volume fraction(24%) of retained austenite in the cast iron matrix and which optimum values of mechanical properties correspond to the maximum amount of retained austenite, which falls with decreasing transformation temperature. The low values of both tensile strength and elongation in the initial stage of bainite transformation can be explained by premature fracture of tensile specimens and the tensile strength, hardness and elongation do not change considerably after a certain period. With a decreasing transformation temperature the tensile strength increase while the elongation decrease, especially the elongation has the maximum value at temperature $370^{\circ}C$.
In this study, low-carbon hypoeutectoid steels with different ferrite-pearlite microstructures were fabricated by varying transformation temperature. The microstructural factors such as pearlite fraction and interlamellar spacing, and cementite thickness were quantitatively measured and then Charpy impact tests conducted on the specimens in order to investigate the correlation of the microstructural factors with impact toughness and ductile-brittle transition temperature. The microstructural analysis results showed that the pearlite interlamellar spacing and cementite thickness decreases while the pearlite fraction increases as the transformation temperature decreases. Although the specimens with higher pearlite fractions have low absorbed energy, on the other hand, the absorbed energy is higher in room temperature than in low temperature. The upper-shelf energy slightly increases with decreasing the pearlite interlamellar spacing. However, the ductile-brittle transition temperature is hardly affected by the pearlite interlamellar spacing because there is an optimum interlamellar spacing dependent on lamellar ferrite and cementite thickness and because the increase in pearlite fraction and the decrease in interlamellar spacing with decreasing transformation temperature have a contradictory role on absorbed energy.
In this study, the effect of Mo addition on the microstructure and mechanical properties of ductile cast iron have been investigated. The amounts of Mo and the thickness of specimen have been varied from 0 to 4.79wt% and 13mm, 10mm and 6mm, respectively. As the casting thickness decreases, the average size of spheroidal graphite is decreased and the hardness increases. By increasing the Mo content, the tensile strength of ferrite and pearlite matrix increases and shows maximum which is about $30{\sim}40%$ higher than ordinary ductile cast iron. After the maximum, adding more Mo results in gradual transformation of ferrite and pearlite to bainite and thus tensile strength decreases again. The elongation decreases continueously with Mo content. The addition of Mo about $0.5{\sim}1.0wt%$ improves the wear resistance and tensile strength of thin ductile cast iron.
In this study, the microstructure, mechanical properties and high temperature oxidation characteristics of HiSiMo and HiSiMoM ductile iron for exhaust manifold were investigated. The HiSiMoM ductile iron was developed by optimization of alloying element addition and casting design. The exhaust manifold prototype was fabricated using the HiSiMoM iron and this resulted in the weight saving of 0.73kg. The microstructures of the HiSiMo and HiSiMoM irons were similar each other and graphite nodularity was 89% and 93% respectively. Tensile strengths of them were 663.5 and 674.4 MPa and Brinell hardness were 235.3 and 243.9 respectively. Both irons showed parabolic weight gain behavior in high temperature oxidation atmosphere. Oxidation layer was divided into external and internal layers. The weight gain of the HiSiMoM iron was lower than that of the HiSiMo iron after isothermal oxidation test at $900^{\circ}C$. This should be rationalized by higher Si enrichment at the interface of the matrix and internal layer of the HiSiMoM iron.
The forming failure of AZ31 alloy sheet during deep drawing processes was predicted by the FEM and ductile fracture criteria. Uniaxial tensile tests of round-notched specimens and FE simulations were performed to calculate the critical damage values for three ductile fracture criteria. The critical damage values for each criterion were expressed as a function of strain rate at various temperatures. In order to determine the best criterion for failure prediction, Erichsen cupping test under isothermal conditions at $250^{\circ}C$ were conducted. Based on the plastic deformation histories obtained from the FE analysis of the Erichsen cupping tests and the critical damage value curves, the initiation time and location of fracture were predicted under bi-axial tension deformation. The results indicate that the Cockcroft-Latham criterion had good agreement with the experimental data. In addition, the FE analysis combined with the criterion was applied to another deep drawing process using an irregular shaped blank and these additional results were verified with experimental tests.
In general, lithography techniques are applied when machining single-crystal silicon in nanoscale applications; however, these techniques involve low degrees of freedom for the vertical shapes. By applying mechanical techniques to machine silicon, nanopatterns having various types of vertical shapes can be manufactured. In this study, we determined the ductile-brittle machining transition point and analyzed the- variation of the specific cutting resistance within the ductile machining region in nanoscale applications. When brittle fracture occurred during the nanoscale cutting, the depth of cut and cutting force increased and decreased rapidly, respectively. The first point of rapid increase in the depth of cut was defined as the ductile-brittle machining point. Subsequently, the shape of the machining tool was observed using a scanning electron microscope to calibrate the machining area, considering the tip blunting. The specific cutting resistance decreased continuously and converged to a certain value during the nanoscale cutting. The decrease and convergence in the value can be attributed to the decrease in the ratio of the arc length to the area of the machining tool and silicon.
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