Recently, various studies have been conducted on additive manufacturing technology developed using metal materials. In this study, a numerical analysis was introduced to analyze the effects of the thermal deformation and residual stress which arise during the SLM (selective laser melting) manufacturing process. A phase-transformation mechanism is implemented with the use of the Ti-6Al-4V material, in which a solid-state phase transformation (SSPT) can be induced during a numerical analysis. In this case, the phase of the Ti-6Al-4V material changes from a powder to a solid state and then to the Martensite phase in sequence during heating and cooling steps. The numerical analysis during the SLM process was verified by comparing the results of tensile tests with those from the numerical analysis based on the SSPT material properties.
Most of ferrous b.c.c weld materials may experience martensitic transformation during rapid cooling after welding. It is well known that volume expansion due to the phase transformation could influence on the relaxation of welding residual stress. To apply this effect practically, it is a prerequisite to establish a numerical model which is able to estimate the effect of phase transformation on residual stress relaxation quantitatively. For this purpose, the analysis is carried out in two regions. i.e., heating and cooling, because the variation of material properties following a phase transformation in cooling is different in comparison with the case in heating, even at the same temperature. The variation of material properties following phase transformation is considered by the adjustment of specific heat and thermal expansion coefficient, and the distribution of residual stress in analysis is compared with that of experiment by previous study. consequently, in this study, simplified numerical procedures considering phase transformation, which based on a commercial finite element package was established through comparing with the experimental data of residual stress distribution by other researcher. To consider the phase transformation effect on residual stress relaxation, the transition of mechanical and thermal property such as thermal expansion coefficient and specific heat capacity was found by try and error method in this analysis.
The mechanical properties of ferrite-martensited dual phases steels are affected by the microstructural factors, such as martensited volume fractions, ferrite grain size, strength ratio, connectivity, etc. Two phase alloys are technologically important. However, there is a lack of understanding as to stress-strain behavior of dual phase alloy in terms of stress-strain behavior of each component phases. The lack of the understanding stems from the complex deformation behavior of two phase alloys. The aim of this study is to rationalize stress-strain behavior of dual phase alloy in terms of the stress-strain behavior of component phase by systematically considering all the factors listed above. It was found that for a given martensite volume fraction, the calculated stress-strain curve was higher for a finer particles size than for a coarse particle sized within the range of the strains considered, and this behavior was seen for all the different volume fraction alloys considered. The calculated stress-strain curves were compared with corresponding experimental curves, and in general, good agreement was found. The maximum difference in flow stress between the calculated and the experimental results occurs at the nearly beginning of the plastic deformation.
Damanpack, A.R.;Bodaghi, M.;Liao, W.H.;Aghdam, M.M.;Shakeri, M.
Smart Structures and Systems
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v.16
no.4
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pp.641-665
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2015
In this paper, a simple and efficient phenomenological macroscopic one-dimensional model is proposed which is able to simulate main features of shape memory alloys (SMAs) particularly ferro-elasticity effect. The constitutive model is developed within the framework of thermodynamics of irreversible processes to simulate the one-dimensional behavior of SMAs under uniaxial simple tension-compression as well as pure torsion+/- loadings. Various functions including linear, cosine and exponential functions are introduced in a unified framework for the martensite transformation kinetics and an analytical description of constitutive equations is presented. The presented model can be used to reproduce primary aspects of SMAs including transformation/orientation of martensite phase, shape memory effect, pseudo-elasticity and in particular ferro-elasticity. Experimental results available in the open literature for uniaxial tension, torsion and bending tests are simulated to validate the present SMA model in capturing the main mechanical characteristics. Due to simplicity and accuracy, it is expected the present SMA model will be instrumental toward an accurate analysis of SMA components in various engineering structures particularly when the ferro-elasticity is obvious.
A full retention of the tetragonal phase with coarse grains $(50\~60\;{\mu}m)$ was possible with the specimen $ZrO_2-1.9\;mol\%\;Y_2O_3$. In these coarse grains, $\{101\}_t$ annealing twins were frequently observed, although they do not exist in the usual fine grained specimens. The morphology and growth rate of the isothermally formed individual products are studied at an optical microscopic level. The habit planes of both products are also identified by performing two-surface trace analysis on the grains whose orientations are determined by the Electron Back Scattering Pattern (EBSP) method. The morphologies of isothermal martensite were well-defined thin plates and lenticular types. The growth rate in their longitudinal directions was quite slow and temperature-dependent. A two-surface trace analysis, incorporated with the EBSP method, identified the habit planes near $\{013\}_c$, in agreement with previous reports obtained from TEM works.
This study was carried out to investigate the effect of reverse transformation on the damping capacity in high manganese austenitic stainless steel. ${\alpha}^{\prime}$-martensite was formed with the specific direction and surface relief by deformation. Over 95% of the austenite phase was transformed to deformation-induced ${\alpha}^{\prime}$-martensite by 70% cold rolling. Reverse transformation became rapid above an annealing temperature of $550^{\circ}C$, but there was no significant transformation above $700^{\circ}C$. In addition, with increasing annealing time at $700^{\circ}C$, reverse transformation was induced rapidly, but the transformation was almost completed at 10 min. Damping capacity was increased up to $700^{\circ}C$, and than unchanged with the increasing annealing temperature. Damping capacity increased steeply with an increasing reverse treatment time up to 10min, whereas there were no significant change with a treatment time of more than 10 min. Damping capacity increased with an increasing the reversed austenite and was strongly affected by reversed austenite.
Effect of thermal cycling on shape memory effect and stabilization of austenite was investigated in Fe-21%Mn alloy. The thermal cyclic treatment was carried out with two types, room temperature${\leftrightarrow}215^{\circ}C$ and room temperature${\leftrightarrow}260^{\circ}C$. In case of the room temperature${\leftrightarrow}215^{\circ}C$, the SME was rapidly increased up to 3 cycles and maintained nearly constant value regardless of further cycles. In case of the room temperature${\leftrightarrow}260^{\circ}C$, however, the SME was increased with increasing the thermal cycle up to 5 cycles and decreased gradually with further cycle. The variation of the ${\varepsilon}$ martensite volume pet with the thermal cycle was in good agreement with the variation of the SME. Therefore, the change of the SME due to the cyclic treatment was explained with the change of the ${\varepsilon}$ martensite content. As the thermal cycle was increased, the $M_s$ temperature was decreased, and the $A_s$ and $A_f$ temperatures were increased, respectively.
Not only difference of fatigue crack growth and propagation behavior resulted from the grain size, the hardness ratio and volume fraction in M.E.F. dual phase steel composed of martensite in hard phase and ferrite in soft phase, but also the effects of the plastic constraint were investigated by fracture mechanics and microstructural method. The main results obtained are as follows: 1) The fatigue endurance of M.E.F. steel increases with decreasing the grain size, increasing the ratio of hardness and volume fraction. 2) The initiation of slip and crack occures faster as the stress level goes higher. These phenomena result from the plastic constraint effect of the second phase. 3) The crack propagation rate in the constant stress level is faster as the grain size gets larger, the ratio of hardness lower and volume fraction smaller.
On, Han-Yong;Kong, Jung-Hyun;Kim, Mi-Jeong;Park, Sang-Joon;Kang, Chang-Yong;Sung, Jang-Hyun
Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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v.23
no.5
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pp.263-268
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2010
This investigation was focused on the low temperature tensile properties, phase change, changes in nitrogen content and corrosion resistance in the 22Cr-5Ni-3Mo duplex stainless steel after high temperature gas nitriding and solution annealing (HTGN-SA). From the HTGN-SA treatment, the duplex (ferrite + austenite) phase changed into austenite single phase. The nitrogen content of austenite single-phase steel showed a value of ~0.54%. For the HTGN-SA treated austenitic steel, tensile strength increased with lowering test temperature, on the other hand elongation showed the maximum value of 28.2% at $-100^{\circ}C$. The strain-induced martensitic transformation gave rise to lead the maximum elongation. After HTGN-SA treatment, corrosion resistance of the austenite single-phase steel increased remarkably compared with HTGN- treated steel.
Texture development and martensitic phase transformation, on rolling, are compared in two Hadfield's steels, one having low carbon content(0.65wt% C), the other high carbon content(1.35wt%). In spite of small difference in stacking fault energy(about 2 mJm$^{-2}$ ) between two Hadfield's steels, the differences in texture development are observed. In low carbon steel, the textures developed are similar to those of low stacking fault energy metals in low strain range. However, the abnormal textures such as {111} , {110} <001> are strongly developed at high strain, which are due to the disturbance of u martensite in the development of textures formed at the packets of shear bands or at the grain boundaries. In contrast to low carbon Hadfield's steel( LCHS), the texture development of high carbon Hadfield's steel(HCHS) is simitar to those of low stacking fault energy metals in the whole strain range. This may be due to the fact that the amount of deformation induced martensite was small, as observed by A.C. magnetic susceptibility and iron particle tests.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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