Kim, Byeong Ho;Do, Jeonghyeon;Lee, Sunghak;Park, Ikmin
Korean Journal of Metals and Materials
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v.47
no.12
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pp.797-810
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2009
A study was made of the effects of a Sn addition on the microstructure and microfracture mechanism of squeeze cast AZ51-xSn magnesium alloys. Microstructural observation, in situ fracture testing, and fractographic observations were conducted on these alloys to clarify the microfracture process. The microstructural analyses indicated that $Mg_2Sn$ particles as well as $Mg_{17}Al_{12}$ particles precipitated mainly along the solidification cell boundaries; the volume fraction of these hard particles increased as the amount of added Sn increased, with increased the strength. From in situ fracture observations of the AZ51-7Sn alloy, coarse precipitates located on the cell boundaries worked as easy crack propagation sites and caused abrupt intercellular fracturing. On the other hand, the overall fracture properties of the AZ51-3Sn alloy improved because crack propagation proceeded into the Mg matrix rather than into the cell boundaries as twins developed actively, as confirmed by an R-curve analysis. These findings suggest that the addition of 3~5 wt.% Sn is effective in improving both the tensile and fracture properties on the basis of well-developed twins, the blocking of crack propagation, and crack blunting.
The casting method uses a mold to solidify a liquid metal to make a solid metal. Since it uses a liquid metal with the least deformation resistance, it has the characteristic that it can easily manufacture even a complex shape. However, the process of solidifying a liquid metal into a solid metal inevitably involves a volume change and contains internal defects such as shrinkage holes. Therefore, in the design of the casting plan, an excess volume called a pressurization compensates for the volume shrinkage. in the product, and it induces the shrinkage hole defects to occur in parts other than the product1). In this study, casting analysis was performed using casting analysis software (anycasting) in order to optimize the design of the tilting gravity casting method for automobile brackets. In particular, the filling and solidification analysis according to the shape and volume of the pressurized metal was conducted, and applied to the actual product to study the effect of the pressurized metal on the shrinkage defect. Through this study, it is possible to understand the effect of the pressure metal on shrinkage defects in the actual product and propose a design of the pressure metal that improves reliability and productivity.
The effects of drying temperature on the microstructure of porous W fabricated by the freeze-casting process of tert-butyl alcohol slurry with WO3 powder was investigated. Green bodies were hydrogen-reduced at 800℃ for 1 h and sintered at 1000℃ for 6 h. X-ray diffraction analysis revealed that WO3 powders were completely converted to W without any reaction phases by hydrogen reduction. The sintered body showed pores aligned in the direction of tert-butyl alcohol growth, and the porosity and pore size decreased as the amount of WO3 increased from 5 to 10vol%. As the drying temperature of the frozen body increased from -25℃ to -10℃, the pore size and thickness of the struts increased. The change in microstructural characteristics based on the amount of powder added and the drying temperature was explained by the growth behavior of the freezing agent and the degree of rearrangement of the solid powder during the solidification of the slurry.
Titanium, which has excellent strength and toughness characteristics, is increasingly used in the aerospace field. Among the titanium alloys used for body parts, more than 80 % are Ti-6Al-4V alloys with a tensile strength of 931 MPa. The spark plasma sintering (SPS) method is used for solidification molding of powder manufactured by the mechanical milling (MM) method, by sintering at low temperature for a short time. This sintering method avoids coarsening of the fine crystal grains or dispersed particles of the MM powder. To improve the mechanical properties of pure titanium without adding alloying elements, stearic acid was added to pure titanium powder as a process control agent (PCA), and MM treatment was performed. The properties of the MM powder and SPS material produced by solidifying the powder were investigated by hardness measurement, X-ray diffraction, density measurement and structure observation. The processing deformation of the pure titanium powder depends on the amount of stearic acid added and the MM treatment time. TiN was also generated in powder treated by MM 8 h with 0.50 g of added stearic acid, and the hardness of the powder was higher than that of Ti-6Al-4V alloy when treated with MM for 8 h. When the MM-treated powder was solidified in the SPS equipment, TiC was formed by the solid phase reaction. The SPS material prepared as a powder treated with MM 8 h by adding 0.50 g of stearic acid also formed TiN and exhibited the highest hardness of Hv1253.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.10
no.1
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pp.45-53
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2012
The metal chloride wastes from a pyrochemical process to recover uranium and transuranic elements has been considered as a problematic waste difficult to apply to a conventional solidification method due to the high volatility and low compatibility with silicate glass. In this study, a dechlorination approach to treat LiCl-KCl waste for final disposal was adapted. In this study, a $SiO_2-Al_2O_3-P_2O_5$ (SAP) inorganic composite as a dechlorination agent was prepared by a conventional sol-gel process. By using a series of SAPs, the dechlorination behavior and consolidation of reaction products were investigated. Different from LiCl waste, the dechlorination reaction occurred mainly at two temperature ranges. The thermogravimetric test indicated that the first reaction range was about $400^{\circ}C$ for LiCl and the second was about $700^{\circ}C$ for KCl. The SAP 1071 (Si/Al/P=1/0.75/1 in molar) was found to be the most favorable SAP as a dechlorination agent under given conditions. The consolidation test revealed that the bulk shape and the densification of consolidated forms depended on the SAP/Salt ratios. The leaching test by PCT-A method was performed to evaluate the durability of consolidated forms. This study provided the basic information on the dechlorination approach. Based on the experimental results, the dechlorination method using a $SiO_2-Al_2O_3-P_2O_5$ (SAP) could be considered as one of alternatives for the immobilization of waste salt.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.15
no.2
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pp.125-133
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2017
KAERI is conducting research on spent cladding hulls and additive metals to generate a solidification host matrix for the noble metal fission product waste in anode sludge from the electro-refining process to minimize the volume of waste that needs to be disposed of. In this study, alloy compositions Zr-17Cr, Zr-22Cr, and Zr-27Cr were prepared with or without eight noble metals representing fuel waste using induction melting. The microstructures of the resulting alloys were characterized and electrochemical corrosion tests were conducted to evaluate their corrosion characteristics. All the compositions had better corrosion characteristics than other Zr-based alloys that were evaluated for comparison. Analysis of the leach solution after the corrosion test of the Zr-22Cr-8NM specimen indicated that the noble metals were not leached during corrosion under 500 mV imposed voltage, which simulates a highly oxidizing disposal environment. The results of this study confirm that Zr-Cr based compositions will likely serve as chemically stable waste forms.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.7
no.2
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pp.113-119
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2006
Brazing is an important manufacturing process in the fabrication of Heavy Water Reactor fuel rods, in which bearing and spacer pads are joined to Zircaloy-4 cladding tubes. The physical vapor deposition(PVD) technique is currently used to deposit metallic Be on the surfaces of pads as a filler metal. Amorphous Zr-Be binary alloys which are manufactured by rapid solidification process are under developing to substitute the conventional PVD-Be coating. In the present study, brazed joint with PVD and amorphous alloys of $Zr_{1-x}Be_{x}(0.3{\le}x{\le}0.5)$ as filler metals are compared by mechanism, microstructure and hardness. The thickness of brazed joint with amorphous alloys became much smaller than that of PVD-Be. The erosion of base metal did not occur in the brazed joint with amorphous alloys. The brazing mechanism for PVD-Be seems to be Be diffusion into Zr-4 with capillary action resulting from eutectic reaction while that for amorphous alloys are associated with the liquid phase formation in the brazed joint. The brazed joint microstructure with PVD-Be consists of dendrite while that with amorphous alloys is globular. The $Zr_{0.7}Be_{0.3}$ alloy shows the smooth interface with little erosion in the base metal and is recommended a most suitable brazing filler metal for Zircaloy-4.
7000-series aluminum alloys are noted for their superior strength compared with other Al alloys, and their billets are generally fabricated by direct-chill (DC) casting. Surface defects in a DC-cast aluminum billet are mainly related to exudation and the meniscus freezing phenomenon, which are influenced by alloy compositions, casting speed, and casting temperature. 7000-series aluminum alloys have a wide freezing range during solidification, which makes it easy for casting defects to occur. In this study, we investigated surface defect evolution in casting billets of Al-8Zn-2Mg-2Cu alloy fabricated by a DC casting process. The billets showed "wavy" or "dotted" surfaces. The wavy surface was formed by meniscus freezing at a lower casting speed (200 mm/min) and temperature (655 ℃). In the wavy surface, refined dendritic cells were observed in a concave region due to the constitutional supercooling caused by meniscus freezing. Meanwhile, at a higher casting temperature (675 ℃), the dotted surface was formed by pore formation. In the dotted surfaces in the billet formed at a high casting speed (230 mm/min), an exudation layer was formed by the high metallostatic head pressure. The dotted region and the smooth region had a refined dendritic morphology and a columnar morphology at the exudation layer, respectively. This is attributed to the formation of gas pores in the dotted region.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.24
no.4
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pp.176-182
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2014
We intended to prepare $Mg_3Sb_2$ compound bodies through solid state reactive sintering after cold-pressing mixtures of elementary Mg and Sb powders and investigated the crystal phases of the sintered bodies according to Mg/Sb mole ratios and reaction temperatures. The $Mg_3Sb_2$ bodies sintered at the temperatures of 773~843 K showed typical crystalline phases of $Mg_3Sb_2$ compounds, but their diffraction angles in XRD patterns were slightly different along with the vertical axis of the bodies obtained. All the bottom parts of the sintered $Mg_3Sb_2$ bodies were composed of the typical crystalline phases of $Mg_3Sb_2$ compounds and their diffraction angles were completely in accord with those of the ${\alpha}-Mg_3Sb_2$ phase, when Mg : Sb = 3.15 : 1.85 at 823 K, or when the Mg moles were greater than or equal to 3.10 at 843 K. It was considered that the slightly remaining Mg phases were formed by precipitation from ${\alpha}-Mg_3Sb_2$ phases during the solidification process of liquid phase.
Laser surface Melting Process is getting hardening layer that has enough depth of hardening layer as well as no defects by melting surface of substrate. This study used CW(Continuous Wave) Yb:YAG and STD11. Laser beam speed, power and beam interval are fixed at 70mm/sec, 2.8kW and 800um respectively. Hardness in the weld zone are equal to 400Hv regardless of melting zone, remelting zone overlapped by next beam and HAZ. Similarly, microstructures in all weld zone consist of dendrite structure that arm spacing is $3{\sim}4{\mu}m$, matrix is ${\gamma}$(Austenite) and dendrite boundary consists of ${\gamma}$ and $M_7C_3$ of eutectic phase. This microstructure crystallizes from liquid to ${\gamma}$ of primary crystal and residual liquid forms ${\gamma}$ and $M_7C_3$ of eutectic phase by eutectic reaction at $1266^{\circ}C$. After solidification is complete, primary crystal and eutectic phase remain at room temperature without phase transformation by quenching. On the other hand, microstructures of substrate consist of ferrite, fine $M_{23}C_6$ and coarse $M_7C_3$ that have 210Hv. Microstructures in the HAZ consist of fine $M_{23}C_6$ and coarse $M_7C_3$ like substrate. But, $M_{23}C_6$ increases and matrix was changed from ferrite to bainite that has hardness above 400Hv. Partial Melted Zone is formed between melting zone and HAZ. Partial Melted Zone near the melting zone consists of ${\gamma}$, $M_7C_3$ and martensite and Partial Melted Zone near the HAZ consists of eutectic phase around ${\gamma}$ and $M_7C_3$. Hardness is maximum 557Hv in the partial melted zone.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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