The structure and properties of Fe-29Ni-17Co alloy which had been melted using induction furnace in air atmosphere and than electroslag-remelted were investigated. The oxygen content was reduced to 0.03% when the ingot was refined from $0.09{\sim}0.12%$ of that air melted. The amounts of spheroidal oxides inclusions and gas porosities of ingot were markedly reduced by the ESR process. CTE of ESR ingot contained small amount of oxides and porosities was found to be lower than that of AIM ingot, and tensile properties of ESR ingot and plate were found to be superior than that of AIM ingot and plate.
Manufacturing process of Ti-6Al-4V alloy billet was investigated with FEM simulation and experimental analysis. Before the breakdown process of Ti-6Al-4V alloy ingot, FEM simulation for the breakdown processes of Ti-6Al-4V alloy ingot was used to calculate the forging load and state variables such as strain, strain rate and temperature. In order to breakdown the ingot structure and make an equiaxed structure billet, two different processes were employed for a VAR/VAR processed Ti-6Al-4V alloy ingot. Firstly, the ingot was cogged in single-phase $\beta$ field at the temperature of $1,100^{\circ}C$. In the process, the coarse and inhomogeneous structure developed by the double melting process was broken down. The second breakdown was performed by upsetting and cogging processes in $\alpha+\beta$ phase field to obtain the microstructure of fine equixed $\alpha$ structure in the matrix of transformed $\beta$. Finally, the mechanical properties of Ti-6Al-4V alloy billet made in this work were compared with those of other billet and ring product.
Semiconductor is one of the most internationally competitive areas among domestic industries, the major concern of which is the stability of the wafer manufacturing processes. The first process for the manufacturing of the semiconductor wafers is the ingot growing. The vibrations are supposed to be the most important factors for the ingot quality. In order to maintain the ingot quality, the growers have the automatic shut-down equipments which are activated by vibrations, and are sensitive enough to react to the earthquakes generated in Japan. In this study, the structure of an ingot grower was analyzed through experiments and computer simulations, and further the effects of design alterations to suppress the vibrations have been investigated. The final result shows that the vibrations can be reduced substantially to improve the stability of the structure.
Ring forging process is more appropriate for high-length and thin walled ring, because it utilizes the forging press and hence does not require heavy-duty ring rolling mill. Although ring forging process is very simple and economic for facilities, the process is not efficient because of multi-forging-step and low material utilization. An effective ring forging process is developed using a hollow ingot. When a hollow ingot is used with a workpiece, the ingot can be forged into a final ring without multi-stage pre-forging process, such as, cogging, upsetting, and piercing, etc.. Finally it has advantages of the material utilization and process improvement because a few reheating and forging process are not necessary to make workpiece for ring forging. The important design variables are the applied plastic deformation energy to eliminate cast structure and make uniform properties. In this study, the mechanical properties after forging of hollow cast ingot were investigated from the experiment using circumferential sectional model. Also, the effects of process variables were studied by FEM simulation on the basis of thermo-visco-plastic constitutive equation. Applied strain is different at each position in length direction because diameter of hollow ingot is different in length direction. The different strain distribution become into a narrow gap by additional plastic deformation during diameter extension process.
Microstructures and mechanical properties of VIM/VAR/VAR-processed Ni-based Alloy718 ingot were investigated. Vacuum arc remelting(VAR) results in chill grain zone, columnar grain zone, and equi-axed grain zone in the ingot due to the difference in local solidification processes. Different grain structures of the remelting ingot result in the different hot workability for the given cogging conditions. Experimental results on microstructural inhomogeniety and material flow behavior under billet cogging conditions were presented, and their potential effects on the billet cogging process are discussed.
The ingot fabrication conditions related with the thermal shock bearing phase and microstructure have investigated for the rare earth zirconate ceramic material, lanthanum gadolinium zirconate, as a thermal barrier coating using electron beam evaporation method. The thermal shock resistance of the prepared ingot was evaluated by high energy electron beam irradiation. The rare earth zirconate ceramic powder was prepared by controlling the raw material powder composition of $La_2O_3$, $Gd_2O_3$ and $ZrO_2$ so as to have a composition of $(La_{0.3}Gd_{0.7})_2Zr_2O_7$ which was selected from the former study. Ingot samples were prepared under two conditions. The first condition is prepared by sintering the prepared powder mixture to form an ingot. The second condition is prepared by calcining the prepared powder mixture to form a composite phase and then sintering to form an ingot. X-ray diffraction(XRD) and Scanning Electron Microscope(SEM) were used to analyze phase forming behavior and microstructure of ingot samples. Nanoindentation method used to obtain elastic modulus and hardness of each ingot specimen. Also the stress distribution of ingot was simulated by using FEM method assuming the ingot surface was exposed to electron beam. As a results, in the case of an ingot having a network-shaped microstructure in which relatively coarse pores are included, it seems that the thermal shock resistance was higher than in the case of an ingot having a microstructure composed of relatively fine grains only or particles with the similar level size when the high energy electron beam irradiation.
Molybdenum ingot of 50mm in diameter were obtained from sintered Mo bars by EB drip melting technique. Macroscopic observation of EB remelted ingot indicates that coarse and columnar grains grow in the direction parallel to ingot pulling direction. This can be explained by slow solidification (3mm/min), large temperature gradient and heat flow to this direction. The orientation of columnar structure was found to be <110>, <200> and <211> by the analysis of X-ray diffraction patterns. The contents of typical metallic impurities in Mo sintered bar are 1.2ppm Cr, 3ppm Fe, 44ppm Zr, 150ppm W. Most of metallic impurities were reduced below the order of ppm except zirconium and tungsten by the selective evaporation. In the removal of nonmetallic impurities, oxygen and carbon impurities were lowered from 120 to 6ppm and from 157 to 106ppm, respectively, after first melting. Although the purification effect was not significant with the number of remelting, Vickers hardness was reduced from 217 to 195 and 184 in sequence with increasing the number of remelting.
철기 생산 기술은 당시 사회 발전을 가늠하는 척도로서 과거의 제철 방법을 이해하기 위한 철기 유물의 미세조직과 개재물에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 고려시대로 추정되는 고양 벽제 제철 유구에서 일괄로 수습된 철제 유물의 시편을 채취하여 광학현미경과 미세경도시험기, SEM-EDS를 이용하여 미세 조직의 성분분석을 통해 제철과 제련 기술을 추론하여 보았다. 연구결과 철괴는 주철괴와 탄소강 철괴로 분류되었다. 주철괴의 경우 백주철 조직과 인(P)의 함량이 높은 회주철 조직으로 분류되었으며 회주철 내 높은 P의 함량은 석회질 등의 융제가 첨가되며 혼입된 것으로 판단된다. 따라서 주철 조직의 철괴 및 고탄소강 철괴는 제련공정을 거치지 않은 선철들로 추정된다. 또한 철기 제작에는 크게 두가지 방법이 사용된 것으로 판단된다. 첫번째는 주물에 주철을 부어 제작하는 주철괴 제작 방법이며, 두번째는 선철의 제련 공정을 통하여 생산되는 탄소강을 제작하는 방법이다. 특히 탄소강의 고른 강 조직과 적은 양의 MnS 개재물은 현대 제철 조직과 매우 유사한 특징을 지니나 고양 벽제 제철유구에서 수습된 탄소강 내 Mn의 함유에 대하여 판단하기에는 좀 더 많은 연구가 이루어져야 할 것이며, 주철의 제강공정을 통한 고탄소강의 생산 가능성도 염두에 두어야 할 것으로 사료된다.
This paper demonstrates the possible nondestructive analysis of iron artifacts' metallurgical characteristics using neutron imaging. Ancient kingdoms of the Korean Peninsula used a direct smelting process for ore smelting and iron bloom production; however, the use of iron blooms was difficult because of their low strength and purity. For reinforcement, iron ingots were produced through refining and forge welding, which then underwent various processes to create different iron goods. To demonstrate the potential analysis using neutron imaging, while ensuring artifacts' safety, a sand iron ingot (SI-I) produced using ancient traditional iron making techniques and a sand iron knife (SI-K) made of SI-I were selected. SI-I was cut into 9 cm2, whereas the entirety of SI-K was preserved for analysis. SI-I was found to have an average grain size of 3 ㎛, with observed α-Fe (ferrite) and pearlite with a body-centered cubic (BCC) lattice structure. SI-K had a grain size of 1-3 ㎛, α-Ferrite on its backside, and martensite with a body-centered tetragonal (BCT) structure on its blade. Results show that the sample's metallurgical characteristics can be identified through neutron imaging only, without losing any part of the valuable artifacts, indicating applicability to cultural artifacts requiring complete preservation.
대부분의 단결정 실리콘 잉곳은 초크랄스키(Czochralski(Cz)) 공정으로 제조된다. 그러나 단결정 실리콘 잉곳을 제품화 및 태양 전지 기판으로 가공하였을 때 산소 불순물이 있는 경우 낮은 효율성을 나타내는 경향이 있다. 단결정 Si-잉곳의 생산을 위해서는 용융 Si를 녹인 다음 단결정 Si의 시드(Seed)로 결정화하는 초크랄스키(Cz) 공정을 도입한다. 용융된 다결정 Si-덩어리를 단결정 Si-잉곳으로 결정성장 될 때, 열 전달은 Cz-공정의 구조에서 중요한 역할을 한다. 본 연구에서 고품질 단결정 실리콘 잉곳을 얻기 위해 Cz-공정의 최적화된 설계를 구성하였다. 결정 성장 시뮬레이션로부터 결정성장을 위한 Pulling rate 및 Rotation speed에 최적의 변수값을 형성하기 위해 사용되었으며, 변형된 Cz-공정에 대한 연구 및 해당 결과가 논의되며 결정 성장 시뮬레이션을 사용하여 Cz-공정의 Pulling rate, Rotation speed 및 Melt charge level의 최적화된 설계로 인한 결정성장시 단결정 실리콘으로 유입되는 산소 농도 최소화를 설계하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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