Both commercially pure titanium and Ti-6Al-4V alloy have been widely used as biomaterials because of their excellent biocompatibility, corrosion resistance and mechanical properties. However, in recent years, vanadium has been found to cause cytotoxic effects and adverse tissue reactions, while aluminium has been associated with potential neurological disorders. A newly designed ${\alpha}+{\beta}$ type Ti alloy, Ti-10Ta-10Nb alloy showed superior properties to CP Ti and Ti-6Al-4V alloy in the point of biomaterial, and elucidated the future uses as a biomaterial. Microstructural changes of Ti-10Ta-10Nb alloy after hot-rolling, warm-rolling, solution and aging treatment were investigated. According to TEM results, the microstructures after solution treatment were composed of mostly ${\alpha}$ phase with a trace of ${\beta}$ phase due to adding ${\beta}$-phase stabilizer tantalum and niobium. The microstructures after warm-rolling is coarse and elongated ${\alpha}$ phase and hot rolling resulted in very fine ${\alpha}$ widmanst$\ddot{a}$tten. The highest value of hardness was obtained by aging treatment at $400^{\circ}C$ for 20hr in which microstructure consisted of very fine ${\alpha}$ phase in ${\beta}$ matrix.
The use of titanium alloys as biomaterials is increasing due to their superior biocompatibility and enhanced corrosion resistance compared to conventional stainless steels and cobalt-based alloys. Ti-6Al-4V ($\alpha+\beta$type) alloy instead of pure titanium ($\alpha$type) is being widely used as biomaterials has some characteristics such as high fatigue strength, tensile strength and corrosion resistance. But it has been reported recently that the vanadium element expresses cytotoxicity and the aluminium element is related with dementia of Alzheimer type and neurotoxicity. In order to overcome their detrimental effects, $\beta$-phase stabilizer Nb was chosen in the present study. This paper was described the influence of phase changes of Ti-Nb alloys on mechanical properties. Ti-3wt.%Nb($\alpha$type),Ti-20wt.%Nb($\alpha+\beta$type) and Ti-40wt.%Nb($\beta$type) alloys were melted by vacuum arc furnace. The specimens were homogenized at 1050$^{\circ}C$ for 24hr and were then hot rolled to 50% reduction. Each alloys were solution heat treated at $\beta$ zone and $\alpha+\beta$ zone after homogenization and then were aged. The mechanical properties of Ti alloys were analysed by hardness test, tensile test, elongation test and SEM test. The results can be summarized as follows: 1) The higher hardness value of $\alpha+\beta$type alloy was obtained compared to the, $\alpha,\beta$type alloys. 2) The aged treated showed better hardness compared to the solution heat treated, homogenized. 3) In the case of solution and aging treatment at $\beta$region, the $\alpha+\beta$type alloy showed the most highest tensile strength and $\beta$type alloy showed the best elongation.
습식법에 의하여 제조된 $Al_2O_3$-1∼11 wt% $TiO_2$계 복합체를 1350$^{\circ}C$, 1450$^{\circ}C$ 에서 2시간 열처리 한 후 이에 대한 기계적 물성변화 및 미세구조를 조사하였다. 그 결과, $TiO_2$ 첨가량이 3 wt%였을 때의 복합체가 bulk density도 높고 기공율도 낮은 치밀한 미세구조를 이루었으며 이 때 young's modulus는 35.5 GPa, 곡강도값은 68.7 MPa로서 다른 $TiO_2$ 첨가량에 비하여 우수한 물성을 나타내었다. $TiO_2$ 첨가량이 증가할 수록 많은 양의 aluminium titanate의 합성으로 인해 열팽창 계수는 낮은 값을 나타내었다.
본 연구에서는 환경 모니터링을 위한 정전용량형 압력센서를 저온동시소성세라믹 (LTCC) 기술을 이용하여 제작하였다. LTCC 기술은 실리콘 기반의 기술에 비하여 낮은 생산 단가, 높은 수율, 3차원 구조물의 용이한 제작성 등으로 인하여 센서 응용분야에서 중요한 역할을 담당하고 있으며, 특히 열악한 외부환경에 적합한 물질이다. 400 ${\mu}m$ 두께 삼차원 구조의 LTCC 다이어프램은 NEG사의 MLS 22C 상용 파우더를 이용하여 100 ${\mu}m$ 두께의 그린쉬트를 적층하고 동시소결하여 제작하였다. 제작한 다이어프램은 공동의 면적에 따른 센싱특성을 평가하기 위하여 각각 25, 49 $mm^2$의 두 종류를 제작하였다. 정전용량형 압력센서를 구현하기 위하여 상부에는 열증착기를 이용하여 Au 금속박막을 증착하였고 하부에는 상용 알루미늄막을 압착하였다. 압력에 따른 센싱특성을 평가하기 위하여 제작된 측정시스템을 이용하여 0~30 psi의 압력을 가변하여 압력센서의 정전용량 변화를 측정한 결과 두 센서 모두에서 선형적인 센싱 특성을 나타냄을 확인하였다.
International Journal of Advanced Culture Technology
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제3권1호
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pp.179-187
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2015
This study presents the experimental results of the Friction Stir Welding (FSW) of AA6063 aluminum alloy and AISI304 stainless steel butt joint by varying the welding parameters such as the rotating speed and the welding speed. The main results are as follows. The variation of the welding parameters produced various characteristic interfaces and had distinct influences on the joint properties. Increasing the rotating speed and the welding speed decreased the joint tensile strength because it produced the defect on the joint interface. The optimum welding parameter that could produce the sound joint was a rotating speed of 750 rpm and the welding speed of 102 mm/min with the tensile strength of 71 MPa.
Ismail A. Okewale;Matthew R. Coop;Christoffel H. Grobler
Geomechanics and Engineering
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제35권4호
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pp.437-447
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2023
The failures of tailing dams have caused irreparable damage to human lives, assets and environment and this has ultimately resulted in great economic, social and environmental challenges worldwide. Due to this, investigation into mechanical behaviour of tailings has received some attention. However, the knowledge and understanding of mechanics of behaviour in iron tailings is still limited. This study investigates the mechanics of iron tailings from Nigeria considering grading, effects of fabric resulting from different sample preparations and the possibility of non-convergent behaviour. This was achieved by conducting series of one-dimensional compression tests in conjunction with index, microstructural, chemical and mineralogical tests. The materials are predominantly poorly graded, non-clayey and non-plastic. The tailings are characterised by angular particles with no obvious particle aggregations and dominated by silicon, iron, aluminium, haematite and quartz. The compression paths do not converge and unique normal compression lines are not found and this is an important feature of the transitional mode of behaviour. The behaviour of these iron tailings therefore depends on initial specific volume. The preparation methods also have effect on the compression paths of the samples. The gradings of the samples have an influence on the degree of transitional behaviour but the preparation methods do affect the degree of convergence. The transitional mode of behaviour in these iron tailings investigated is very strong.
Friction stir welding using aluminum alloys has been widely applied for transportation vehicles because of the light specific weight, which can be used to obtain sound joint and high mechanical properties. This study shows the effects of rotation speed, welding speed, welding load, and tool shape on defect formation with extruded AA6005, which is used for railway vehicle structures of non-uniform thickness welded by friction stir welding using load control systems. Optical microscopy observations and liquid penetrant testing of each FSW joint were carried out in order to observe defect formation. Two kinds of defects, that of probe wear and that of lack of penetration in the bottom of the welded zone, were observed. In the case of using a taper shaped tool, the defect free zone is very narrow, within 100 kgf; however, in case of using a cylindrical shape tool, the defect free zone is wider.
The use of calcium sulfoaluminate (CSA) cement as a rapid-hardening cement admixture or eco-friendly alternate for ordinary Portland cement (OPC) has been attempted over the years, but the cost of CSA cement and availability of suitable aluminium resource prevent its wide practical application. To propose an effective ground improvement design in sandy soil, this study aims at blending a certain percentage of CSA with OPC to find an optimum blend that would have fast-setting behavior with a lower carbon footprint than OPC without compromising the mechanical properties of the cemented sand. Compared to the 100% CSA case, initial speed of strength development of blended cement is relatively low as it is mixed with OPC. It is found that 80% OPC and 20% CSA blend has low initial strength but eventually produces equivalent ultimate strength (28 days curing) to that of CSA treated sand. The specific OPC-CSA blend (80:20) exhibits significantly higher strength gain than using pure OPC, thus allowing effective geotechnical designs for sustainable and controlled ground improvement. Further parametric studies were conducted for the blended cement under various curing conditions, cement contents, and curing times. Wet-cured cement treated sand had 33% lower strength than that of dry-cured samples, while the stiffness of wet-cured samples was 25% lower than that of dry-cured samples.
In order to predict necking behaviour of aluminium sheets, a crystal plasticity model is introduced in the finite element analysis of tensile test. Due to the computational limits of time and memory, only a small part of tensile specimen is subjected to the analysis. Grains having different orientations are subjected to numerical tensile tests and each grain is discretized by many elements. In order to predict the sudden drop of load carrying capacity after necking, a well-known Cockcroft-Latham damage model is introduced. The mismatch of grain orientation causes stress concentration at several points and damage is evolved at these points. This phenomenon is similar to void nucleation. In the same way, void growth and void coalescence behaviours are well predicted in the analysis. For the comparison of prediction capability of necking, same model is subjected to finite element analysis using uniform material properties of polycrystal with and without damage. As a result, it is shown that the crystal plasticity model can be used in prediction of necking and fracture behavior of materials accurately.
Generally, metal is the most important material used in many engineering applications. Therefore, it is important to understand and predict the damage of metal as result of the impact. The objective of this research is to evaluate the damage criterion on the impact performance of A356 Al-alloy castings. Both experimental method and computational analysis were used to achieve the research objective. In this paper, we performed impact test according to various impact velocities to the A356 cast aluminium specimen for damage prediction. Impact computational simulation was done by applying properties obtained from the tensile test, and damages was predicted according to the damage criteria based plastic work. The good agreement of the results between the experiment and computer simulation shows that the reliability of the proposed FE simulation method to predict fracture of A356 casting components by impact.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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