Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.3
no.1
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pp.1-12
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1995
Isothermal and thermal-mechanical fatigue characteristics of 12Cr heat resisting steel used for high temperature applications were investigated including hold time effects. Isothermal low cycle fatigue test at $600^{\circ}C$ and in-phase, out-of-phase thermal-mechanical fatigue test at 350 to $600^{\circ}C$ were conducted using smooth cylindrical hollow specimen under strain-control with total strain ranges from 0.006 to 0.015. Regardless of thermal-mechanical and isothermal fatigue tests, cyclic softening behavior was observed and much more pronounced in the thermal-mechanical fatigue tests with hold times due to the stress relaxation during the hold time. The phase difference between temperature and strain in thermal-mechanical fatigue tests resulted in significantly shorter fatigue life for out-of-phase compared to in-phase. The differences in fatigue lives were dependent upon the magnitudes of plastic strain ranges and mean stresses. During the hold time in the strain-controlled fatigue tests, the increase in the plastic strain range and the stress relaxation were observed. It appeared that the increase in plastic strain range per cycle and the introduction of creep damage made important contributions to the reduction of thermal-mechanical fatigue life with hold time, and the life reduction tendency was more remarkable in the in-phase than in the out-of-phase thermal-mechanical fatigue. Isothermal fatigue tests performed under the combination of fast and slow strain rates at $600^{\circ}C$ showed that the fatigue life decreased as the strain rate and frequency decreased,especially for the low strain ranges.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.5
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pp.1192-1202
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1994
Fatigue behavior and life prediction were presented for thermal-mechanical and isothermal low cycle fatigue of 12Cr forged steel used for high temperature applications. In-phase and out-of-phase thermal-mechanical fatigue test at 350 to 600.deg. C and isothermal low cycle fatigue test at 600.deg. C were conducted using smooth cylindrical hollow specimen under strain-control with total strain ranges from 0.006 to 0.015. Cyclic softening behavior was observed regardless of thermal-mechanical and isothermal fatigue tests. The phase difference between temperature and strain in thermal-mechanical fatigue resulted in significantly shorter fatigue life for out-of-phase than for in-phase. The difference in fatigue lives was dependent upon the magnitudes of inelastic strain ranges and mean stresses. Increase in inelastic strain range showed a tendency of intergranular cracking and decrease in fatigue life, especially for out-of-phase thermal-mechanical fatigue. Thermal-mechanical fatigue life prediction was made by partitioning the strain ranges of the hysteresis loops and the results of isothermal low cycle fatigue tests which were performed under the combination of slow and fast strain rates. Predicted fatigue lives for out-of-phase using the strain range partitioning method showed an excellent agreement with the actual out-of-phase thermal-mechanical fatigue lives within a factor of 1.5. Conventional strain range partitioning method exhibited a poor accuracy in the prediction of in-phase thermal-mechanical fatigue lives, which was quite improved conservatively by a proposed strain range partitioning method.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.18
no.3
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pp.133-142
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2010
The present work focuses on the characterization of material parameters of the Overlay(multilinear hardening) model for analyzing the non-isothermal cyclic deformation. In the previous study, all the parameters were especially based on the Overlay theories, and a simple method was suggested to find out the best material parameters for the isothermal cyclic deformation analysis. Based on the previous research this paper f dther improves the isothermal parameters and suggests how to apply the isothermal parameters to the non-isothermal conditions especially for the description of TMF(Thermo-Mechanical Fatigue) hysteresis behavior. The parameters are determined and calibrated using 400 series stainless steel test data in the reference papers. For the implementation into ABAQUS, a user subroutine is developed by means of ABAQUS/UMAT. The finite element results show good agreement with test for the case of uniaxial non-isothermal cyclic loading, signifying the proposed method can be used in the TMF analysis of the converter-inserted heavy duty muffler system and the stainless steel exhaust-manifold system which are to be done in our future research.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.9
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pp.2133-2141
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1995
The thermo-mechanical fatigue tests were performed on the specimens extracted from 1.5Cr-0. 67Mo-0.33V alloy. The characteristics of thermo-mechanical fatigue crack propagation were examined and reviewed in view of fracture mechanics. The results obtained from the present study are summarized as follows : (1) The propagation characteristics of isothermal low-cycle fatigue crack are dominated by .DELTA.J$_{f}$ in case of PP waveform, and .DELTA.J$_{c}$ in case of CP waveform. (II)The propagation characteristics of thermo-mechanical fatigue crack are dominated by .DELTA.J$_{c}$ for in-phase case, and by .DELTA.J$_{c}$ for out-of-phase. The present results were in good agreement with the equation of propagation law for isothermal low-cycle fatigue crack in case of thermo-mechanical fatigue.tigue.e.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.11
no.4
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pp.114-125
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1994
Fatigue behavior and life prediction method were presented for themal-mechanical and isothermal low cycle fatigue of 12 Cr forged steel used for high temperature applications. In-phase and out-of-phase thermal-mechanical fatigue test from 350 .deg. C to 600 .deg. C and isothermal low cycle fatigue test at 600 .deg. C, 475 .deg. C, 350 .deg. C were conducted using smooth cylindrical hollow specimen under strain-control with total strain ranges from 0.006 to 0.015. The phase difference between temperature and strain in thermal-mechanical fatigue resulted in significantly shorter fatigue life for out-of-phase than for in-phase. Thermal-mechanical fatigue life predication was made by partitioning the strain ranges of the hysteresis loops and the results of isothermal low cycle fatigue tests which were performed under the combination of slow and fast strain rates. Predicted fatigue lives for out-of-phase using the strain range partitioning method showed an excellent agreement with the actual out-of-phase thermal-mechanical fatigue lives within a factor of 1.5. Conventional strain range partitioning method exhibited a poor accuracy in the prediction of in-phase range partitioning method in a conservative way. By the way life prediction of thermal-mechanical fatigue by Taira's equivalent temperature method and spanning fartor method showed good agreement within out-of-phase thermal-mechanical fatigue.
Jung, Jae Gyu;Oh, Seung Taik;Choi, Won Doo;Lee, Doo Hwan;Lim, Jong Dae;Oh, Yong Jun
Korean Journal of Metals and Materials
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v.47
no.11
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pp.707-715
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2009
This paper deals with cyclic stress and strain responses during isothermal low cycle fatigue (LCF) and thermo-mechanical fatigue (TMF) loadings on Nb and Mo containing 15Cr stainless steel, which is used for exhaust manifolds in automobiles. The test temperatures ($T_{i}$) of the isothermal LCF were 600 and $800^{\circ}C$. The minimum temperature of the TMF test was $100^{\circ}C$ and the maximum temperaures ($T_{p}$) were varied between 500 and $800^{\circ}C$. In both loading conditions, weak cyclic softening is observed at $T_{i}=T_{p}=800^{\circ}C$, but the transition to strong cyclic hardening is completed with the temperature decrease below $T_i=600{\sim}700^{\circ}C$ for LCF and $T_{p}=500{\sim}600^{\circ}C$ for TMF. The stress-strain hysteresis loops in the TMF loading show a significant stress relaxation during compressive (heating) half cycle at $T_{p}>500^{\circ}C$, which develops tensile mean stress during cycling. Due to the stress relaxation, the TMF test sample reveals much lower dislocation density than the isothermally fatigued sample at the same temperature with $T_{p}$. A detailed correlation between fatigue microstructure and cycling deformation behavior is discussed.
The purpose of this study is to evaluate the degree of microstructural change of materials using ultrasonic nonlinear parameters. For microstructure change, isothermal heat-treated ferritic 2.25Cr steel and low-cycle fatigue-damage copper alloy were prepared. The variation in ultrasonic nonlinearity was analyzed and evaluated through changes in hardness, ductile-brittle transition temperature, electron microscopy, and X-ray diffraction tests. Ultrasonic nonlinearity of 2.25Cr steel increased rapidly during the first 1,000 hours of deterioration and then gradually increased thereafter. The variation in non-linear parameters was shown to be coarsening of carbides and an increase in the volume fraction of stable M6C carbides during heat treatment. Due to the low-cycle fatigue deformation of oxygen-free copper, the dislocation that causes lattice deformation developed in the material, distorting the propagating ultrasonic waves, and causing an increase in the ultrasonic nonlinear parameters.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.18
no.1
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pp.66-73
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2010
This work was focused on the material parameter extraction for the isothermal cyclic deformation analysis for which Chaboche(Combined Nonlinear Isotropic and Kinematic Hardening) and Overlay(Multi Linear Hardening) models are normally used. In this study all the parameters were driven especially based on Overlay theories. A simple method is suggested to find out best material parameters for the cyclic deformation analysis prior to the isothermal LCF(Low Cycle Fatigue) analysis. The parameter extraction was done using 400 series stainless steel data which were published in the reference papers. For simple and quick review of the parameters extracted by suggested method, 1D FORTRAN program was developed, and this program could reduce the time for checking the material data tremendously. For the application to FE code ABAQUS user subroutine for the material models was developed by means of UMAT(User Material Subroutine), and the stabilized hysteresis loops obtained by the numerical analysis were in good harmony with test results.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.24
no.4
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pp.151-157
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2014
The degradation mechanisms of thermal barrier coatings (TBCs) were investigated in different thermal fatigue condition in terms of microstructural analyses. The isothermal and cyclic oxidation tests were conducted to atmospheric plasma sprayed-TBCs on NIMONIC 263 substrates. The delamination occurred by the oxide layer formation at the interface, the Ni/Cr-based oxide was formed after Al-based oxide layer grew up to ${\sim}10{\mu}m$ in the isothermal condition. In the cyclic oxidation with dwell time, the failure occurred earlier (500 hr) than in the isothermal oxidation (900 hr) at same temperature. The thickness of Al-based oxide layer of the delaminated specimen in the cyclic condition was ${\sim}4{\mu}m$ and the interfacial cracks were observed. The acoustic emission method revealed that the cracks generated during the cooling step. It was considered that the specimens were prevented from the formation of the Al-based oxide by cooling treatment, and the degradation mode in the cyclic test was dominantly interfacial cracking by the difference of thermal expansion coefficients of the coating layers.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.7
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pp.131-138
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2008
The microstructural effects on the ultrasonic nonlinearity were investigated in isothermally degraded ferritic 2.25Cr-1Mo steel and low cycle fatigued copper. The variation in ultrasonic nonlinearity (${\beta}/{\beta}_0$) was interpreted as resulting from microstructural changes supported by the electron microscopy and X-ray diffraction, in addition to the mechanical test (Victor's hardness and ductile-brittle transition temperature). The ultrasonic nonlinearity of 2.25Cr-1Mo steel increased abruptly in the initial 1,000 h of degradation, and then changed little due to the coarsening of carbide and precipitation of stable $M_6C$ carbide during isothermal degradation. The ultrasonic nonlinearity of copper increased with the fatigue cycles due to the evolution of dislocation cell substructure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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