International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제9권2호
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pp.63-68
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2008
Hard and brittle materials, such as Ni- and Ti-based alloys, glass, and ceramics, are very useful in aerospace, marine, electronics, and high-temperature applications because of their extremely versatile mechanical and chemical properties. One Ni-based alloy, Inconel 718, is a precipitation-hardenable material designed with exceptionally high yield strength, ultimate tensile strength, elastic modulus, and corrosion resistance with outstanding weldability and excellent creep-rupture properties at moderately high temperatures. However, conventional machining of this alloy presents a challenge to industry. Ultrasonic vibration cutting (UVC) has recently been used to cut this difficult-to-machine material and obtain a high quality surface finish. This paper describes an experimental study of the UVC parameters for Inconel 718, including the cutting force components, tool wear, chip formation, and surface roughness over a range of cutting conditions. A comparison was also made between conventional turning (CT) and UVC using scanning electron microscopy observations of tool wear. The tool wear measured during UVC at low cutting speeds was lower than CT. UVC resulted in better surface finishes compared to CT under the same cutting conditions. Therefore, UVC performed better than CT at low cutting speeds for all measures compared.
Microstructural evolution of wrought Inconel 718 superalloy with different heat treatment conditions was studied. Heat treatment was performed via conventional(CHT), modified(MHT), Merrick(MeHT) and modified Merrick (MMeHT) methods. The size of ${\gamma}^{\prime}$ and ${\gamma}^{\prime\prime}$ precipitates which are principal strengthening phases in Inconel 718 superalloy increase in order of CHT, MHT, MeHT. For the case of MMeHT, a coexistence of fine ${\gamma}^{\prime\prime}$ precipitate and very coarse particles due to exess growth of ${\gamma}^{\prime\prime}$, which is called bimodal distribution, was observed. CHT gave the finest grain size. (Ti, Nb)C carbide and needle-like ${\delta}$ phase were formed together at grain boundaries for CHT, and were formed both inside and at boundaries of grains for MHT, MeHT and MMeHT. Morphology of partially serrated grain boundaries was developed in all heat treatment conditions except CHT.
In this study, hydrogen embrittlement in Inconel 718 fabricated by selective laser melting (SLM) was investigated. To focus on the effect of the SLM-induced solidification substructure, hydrogen embrittlement behavior of SLM as-built (SLM-AB) sample and that of conventionally produced (Con-S) sample were systematically compared. The detailed microstructural characterization showed that the SLM-AB sample exhibited a solidification substructure including a high density of dislocations and Laves phase, while the Con-S sample showed completely recrystallized grains without any substructure. Although the intrinsic strength in the SLM-AB sample was higher than the Con-S sample, the resistance to hydrogen embrittlement was higher in the SLM-AB sample. Nevertheless, a statistical analysis of the hydrogen-assisted cracks (HACs) revealed that the predominant HAC type of SLM-AB and Con-S samples was similar, i.e., intergranular HAC. The difference in the resistance to hydrogen embrittlement between the SLM-AB and Con-S samples were discussed in terms of the relation between the microstructural feature and its effect on hydrogen accumulation.
To evaluate the development of the microstructure and mechanical properties on surface modified and post-heattreated Inconel 718 alloy, this study was carried out. A friction stir process as a surface modification method was employed, and overlap welded Inconel 718 alloy as an experimental material was selected. The friction stir process was carried out at a tool rotation speed of 200 rpm and tool down force of 19.6-39.2 kN; post-heat-treatment with two steps was carried out at $720^{\circ}C$ for 8 h and $620^{\circ}C$ for 6 h in vacuum. To prevent the surface oxidation of the specimen, the method of using argon gas as shielding was utilized during the friction stir process. As a result, applying the friction stir process was effective to develop the grain refinement accompanied by dynamic recrystallization, which resulted in enhanced mechanical properties as compared to the overlap welded material. Furthermore, the post-heat-treatment after the friction stir process accelerated the formation of precipitates, such as gamma prime (${\gamma}^{\prime}$) and MC carbides, which led to the significant improvement of mechanical properties. Consequently, the microhardness, yield, and tensile strengths of the post-heat-treated material were increased more than 110%, 124% and 85 %, respectively, relative to the overlap welded material. This study systematically examined the relationship between precipitates and mechanical properties.
The heat transfer phenomenon in the vicinity of the irradiated region of a focused laser beam of a DMT process greatly affects both the deposition characteristics of powders on a substrate and the properties of the deposited region. The goal of this paper is to investigate the heat transfer characteristics of a single bead deposition of Inconel 718 powders on S45C structural steel using a laser-aided direct metal tooling (DMT) process. The finite element analysis (FEA) model with a Gaussian volumetric heat flux is developed to simulate a three-dimensional transient heat transfer phenomenon. The cross-section of the bead for the FEA is estimated with an equivalent area method using experimental results. Through the comparison of the results of the experiments and those of the analysis, the effective beam radius of the bottom region of the volumetric heat flux and the efficiency of the heat flux model for different powers and travel speeds of the laser are predicted. From the results of the FEA, the influence of the power and the travel speed of the laser on the creation of a steady-state heat transfer region and the formation of the heat-affected zone (HAZ) in the substrate are investigated.
An irradiation hardening of Inconel 718 produced by selective laser melting (SLM) was studied based on the microstructural observation and mechanical behavior. Ion irradiation for emulating neutron irradiation has been proposed owing to advantages such as low radiation emission and short experimental periods. To prevent softening caused by the dissolution of γ' and γ" precipitates due to irradiation, only solution annealing (SA) was performed. SLM SA Inconel 718 specimen was ion irradiated to demonstrate the difference in microstructure and mechanical properties between the irradiated and non-irradiated specimens. After exposing specimens to Fe3+ ions irradiation up to 100 dpa (displacement per atom) at an ambient temperature, the hardness of irradiated specimens was measured by nano-indentation as a function of depth. The depth distribution profile of Fe3+ and dpa were calculated by the Monte Carlo SRIM (Stopping and Range of Ions in Matter)-2013 code under the assumption of the displacement threshold energy of 40 eV. A transmission electron microscope was utilized to observe the formation of irradiation defects such as dislocation loops. This study reveals that the Frank partial dislocation loops induce irradiation hardening of SLM SA Inconel 718 specimens.
This paper presents a machinability evaluation of Inconel 718 material when using a new uniform-temperature indirect cooling method that incorporates constant-pressure liquid nitrogen (LN2). The flank wear of a TiAlN coated tool used with this indirect cooling system was much lower than that of the tool used with dry machining under all machining conditions. Also, the surface roughness resulting from machining with this indirect method was far less than that of a dry machined surface after the same cutting time. Reduced heat generation and uniform temperature in turning operations play important roles in tool life and surface quality.
$760^{\circ}C에서$ 최고 200시간까지 시효열처리한 Inconel 718 합금의 석출과정을 전자현미경적방법과 X선회절법으로 조사하였다. 이 합금의 주경화상은 작은 석상으로 된, 준안정적인 체심정방계의 $Ni_3Nb상이었며,$ 그밖에 판별된 석출상은 (Ni,T)C와 침상으로 된, 안정상인 사방계의 NifNb상 이었다. 미시효상태에서 전위와 석출상과의 상호작용을 관찰했으며, 그 결과 석출상의 변형과 석출상의 [110]면에 형성된 적층결함층을 관측할 수 있었다.
In end milling process the underformed chip thickness and the cutting force components very periodically with phase change of the tool. In this study, up end milling process is transformed to the equivalent oblique cutting. The varying underformed chip thickness and the cutting force components in end milling process are replaced with the equivalent average ones. Then it can be possible to analyze the chip-tool friction and shear process in the shear plane of the end milling process by the equivalent oblique cutting mode. According to this analysis, when cutting Inconel 718.61% of the total energy is consumed in the shear process and the balance is consumed in the friction process.
This study has evaluated the liquation cracking behavior in the heat affected zone of several Ni base superalloys (Incoloy 825, Inconel 718 and Inconel 600). 304 and 310S austenitic stainless steels were also included for comparison. In addition, the mechanism of liquation cracking in the HAZ was postulated based on the extensive microstructural examinations with SEM, EDAX and TEM. The liquation cracking resistance of Ni base alloys was found to be far inferior to that of austenitic stainless steels. The liquation cracking of Incoloy 825 and Inconel 718 was believed to be closely related with the Laves-austenite(Ti rich in 825 and Nb rich in 718) and MC-austenitic eutectic phases formed along the grain boundaries by constitutional liquation and incipient melting under rapid welding thermal contraction. Further, liquation cracking resistance of the HAZ was dependent not only upon the type and amount of low melting phases but also on the grain size.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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