Voids in a large rotor are formed in solidification process of a cast ingot. The voids have to be eliminated from the rotor by a forming process, because they would became stress-intensity factors which suddenly fracture the rotor in the operation. Previous studies on void-elimination of a large rotor have mainly focused on finding the process variables affecting the void-closure. But the study on the amount of void closure in a large rotor has been very rare. This study was performed to obtain an equation which predicts the amount of void-closure in a forging process of a large rotor and to evaluate the availability of the void-closure equation through finite element analyses. Firstly, 2D FE analysis was carried out to find effects of time integral of hydrostatic stress and effective strain on void volume rate of a large rotor in the upsetting process for various diameters and shapes of void, and material temperature. From the 2D FE analysis, we found that effective strain was suitable for predicting the void-closure of a large rotor, because there was a constant relationship between void volume rate and effective strain. And a void-closure equation was proposed fur predicting void-closure of a large rotor in the upsetting process. Finally, ken the 3D FE analysis, the proposed void-closure equation was verified to be useful for upsetting and cogging processes.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1996.04a
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pp.819-823
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1996
In the large steel ingosts, void defects exhibiting microvoid shapes are inevitably formed in the V-segregation zone of the ingots during solidification. In the hot open-die forging process, material properties are improved by eliminating internal porosity. The void size is practically very small as compared with the huge large ingot. Thus, for deformation analysis of a large ingot, a massive number of elements are needed in order to describe a void surface and to uniform mesh sturcture. In the present work the Global/Local scheme has been introduced in order to reduce the computational time and to easily generate the mesh system as a void module of local mesh for obtaining the accurate solution around a void. The procedure of the global- local method consists of two steps. In the first step global analysis is carried out which seeks a reasonably good solution with a cpurse mesh system without describing a void. Then, a local analysis is performed locally with a fine mesh system under the size-criterion of a local region. The computational time has been greatly reduced. Though the work it has been shown that large ingot forging incorporation small voids can be effectively analyzed by using the proposed Global/Local scheme.
Cold-expanded austenitic high nitrogen steel (HNS) was subjected to investigate the effects of grain size on the stress-controlled high cycle fatigue (HCF) as well as the strain-controlled low cycle fatigue (LCF) properties. The austenitic HNSs with two different grain sizes (160 and $292{\mu}m$) were fabricated by the different hot forging strain. The fine-grained (FG) specimen exhibited longer LCF life and higher HCF limit than those of the coarse-grained (CG) specimen. Fatigue crack growth testing showed that crack propagation rate in the FG specimen was the same as that in the CG specimen, implying that crack propagation rate did not affect the discrepancy of LCF life and HCF limit between two cold-expanded HNSs. Therefore, it was estimated that superior LCF and HCF properties in the FG specimen resulted from the retardation of the fatigue crack initiation as compared with the CG specimen. Transmission electron microscopy showed that the effective grain size including twin boundaries are much finer in the FG specimen than that in the CG specimen, which can give favorable contributions to strengthening.
Lee J. S.;Son C. H.;Moon H. K.;Song B. H.;Park C. N.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2005.05a
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pp.287-290
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2005
Once hot forgings for automotive parts such as wheel bearing flange to which cyclic asymmetric bending stress is continuously applied are produced, it is necessary to control their microstructure to obtain superior mechanical properties. It is however hard to control the microstructure uniformly because the strength is reduced as coarsening of ferrite grains. To investigate the microstructural alteration according to process variables during hot working, the variation of the ferrite grain size was studied by utilizing of the computer aided servo-hydraulic Gleeble tester which is hot deformation behavior reproduction equipment. In addition, the effect of the ferrite grain size of raw material on the austenite grain behavior of hot forgings was also examined. The rolling contact fatigue resistance of the induction hardened SAE 1055 steel was compared with the occasion of the same condition of SAE52100 bearing steel. As a result, it was confirmed that the ferrite grain sizes of the forgings depend on the heating temperature and cooling start temperature during hot forging and cooling processes. The induction hardened SAE1055 steel showed a superior rolling contact fatigue resistance to the induction hardened SAE52100 steel. The reason is that SAE1055 steel is freer from the material defect such as segregation than the comparative steel.
In this study, IF steel, which has a body-centered cubic (BCC) crystal structure, was fabricated as a 25 mm-long cube, and then processed for one cycle without intermediate heat treatment by applying MADF Ver.1 and Ver.2 processes. MADF processing was performed with graphite lubrication for each pass at room temperature. The development of the microstructure and texture was analyzed and compared by the location of the specimen using EBSD measurements of the IF steel. Vickers hardness test and miniature tensile test were also performed to analyze the mechanical properties. The coarse grain size of 742.6 ㎛ of the as-received IF steel was refined to a grain size of 53.0 ㎛ after one cycle of MADF Ver.1 processing and 27.0 ㎛ after MADF Ver.2 processing. Vicker's hardness of the as-received IF steel at 94 Hv was increased to 185.6 Hv and 191.2 Hv after one cycle of MADF Ver.1 and Ver.2 processing, respectively.
Eom, J.G.;Li, Q.S.;Jang, S.M.;Abn, S.T.;Son, Y.H.;Hyun, S.W.;Kim, H.;Yoon, D.J.;Joun, M.S.
Transactions of Materials Processing
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v.18
no.6
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pp.453-457
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2009
In this paper, plastic deformation behaviors of ESW105 and SCM435 steels are revealed by simulations and experiments. ESW105 is the special pre-heat-treated steel characterized by high initial yield strength and negligible strain-hardening behavior. The flow stresses of the two steels for large stain are calculated from tensile tests. Axial and lateral compressions of cylindrical bars are tested and simulated and the deformed shapes are compared to characterize the plastic deformation behaviors of the two materials. A forward extrusion process of a cylindrical bar is also simulated to reveal the difference. It has been shown that there are pretty much difference in plastic flow between ESW105 and SCM435 which causes from the difference in strain-hardening capability, implying that the experience-oriented design rules for common commercial materials may lead to failure in process design when the new material of ESW105 is applied without consideration of its plastic deformation behavior.
Eom, J.G.;Li, Q.S.;Jang, S.M.;Ahn, S.T.;Son, Y.H.;Hyun, S.W.;Kim, H.;Yoon, D.J.;Joun, M.S.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2009.05a
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pp.48-51
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2009
In this paper, plastic deformation behaviors of ESW105 and SCM435 steels are revealed by simulations and experiments. ESW105 is the special pre-heat-treated steel characterized by high initial yield strength and negligible strain-hardening behavior. The flow stresses of the two steels for large stain are calculated from tensile tests. Axial and lateral compressions of cylindrical bars are tested and simulated and the deformed shapes are compared to characterize the plastic deformation behaviors of the two materials. A forward extrusion process of a cylindrical bar is also simulated to reveal the difference. It has been shown that there are pretty much difference in plastic flow between ESW105 and SCM435 which causes from the difference in strain-hardening capability, implying that the experience-oriented design rules for common commercial materials may lead to failure in process design when the new material of ESW105 is applied without consideration of its plastic deformation behavior.
Kkonmoe relic located in Jangan-gu, Suwon-si, Gyeonggi-do Provinceis an example of the wide chronology from the Three Kingdoms Period to Joseon Dynasty. Examinations on a forged iron ax, a cast iron ax and an iron sickle excavated from this relic revealed the microstructure structure of the metal and the manufacturing technologies. Microstructure investigation was carried out with a metallurgical microscope and a Vickers hardness tester was used to measure the hardness of the micro structures. The test results show that the forged iron ax has a ferrite and pearlitestructure. It is made of low carbon steel and then carbonized to increase carbon content. After carbonization, the surface grains are reworked and the surface decarbonized. In case of the iron sickle, it is forged from low carbon steel, then carbonized and hardened, to increase overall strength. The sickle blade is carbonized and quenched after forging, resulting in afirm, solid blade. Heat treatment to remove brittleness is not applied to the cast ironartifact, which is manufactured by solidifing hypo-eutectic cast iron with a3-4% carbon content and white cast iron. All artifacts are produced from steel and subjected to a carbonization process. To increase hardness of the blade, additional heat treatment is applied.
Oh, Min Jee;Cho, Sung Mo;Cho, Nam Chul;Han, Jeong Wook
Journal of Conservation Science
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v.35
no.5
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pp.440-452
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2019
This research has analyzed SI, the traditional steel, and SIHS(SI + HS), SICS(SI + CS), and SINiS(SI + NiS), the materials that were produced through welding and reprocessing three modern steel- HS, CS, and NiS- that have different carbon content. The purpose of the analyzation was to improve the definition of the multi-layered pattern that appears in the forging process. In observing modified structures on the commissures of three modern steel that have different carbon component to the SI, SINiS produced the most significant multi-layered pattern as well as the excellent welding quality. The excellent welding quality was due to the content of nickel which helped the forge welding process with other materials. There was no significant difference in crystal grain per materials, and SICS showed the highest hardness. At the measurement of EPMA for commissures of the materials, SINiS showed the highest definition of the multi-layered pattern due to the nickel and carbon content. The results above showed that the carbon steel with nickel content is the best material for the most definite multi-layered pattern, expressed from the multi-layered structure which is a characteristic of traditional forge welding technology. It is expected that the result of this research can be utilized as the technical data in further researches regarding the relics excavated from ancient welding process and their multi-layered structure and patterns.
Kim, Min-Chul;Park, Sang-Gyu;Lee, Ki-Hyoung;Lee, Bong-Sang
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.10
no.1
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pp.100-106
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2014
There is a growing need to introduce advanced pressure vessel steels with higher strength and toughness for the optimizatiooCn of the design and construction of longer life and larger capacity nuclear power plants. SA508 Gr.4N Ni-Cr-Mo low alloy steels have superior strength and fracture toughness, compared to SA508 Gr.3 Mn-Mo-Ni low alloy steel. Therefore, the application of SA508 Gr.4N low alloy steel could be considered to satisfy the strength and toughness required in advanced nuclear power plants. The purpose of this study is to characterize the microstructure and mechanical properties of SA508 Gr.4N low alloy steels. 1 ton ingot of SA508 Gr.4N model alloy was fabricated by vacuum induction melting followed by forging, quenching, and tempering. The predominant microstructure of the SA508 Gr.4N model alloy is tempered martensite having small packet and fine Cr-rich carbides. The yield strength at room temperature was 540MPa, and it was decreased with an increase of test temperature while DSA phenomenon occurred at around $288^{\circ}C$. Overall transition property of SA508 Gr.4N model alloy was much better than SA508 Gr.3 low alloy steel. The index temperature, $T_{41J}$, of SA508 Gr.4N model alloy was $-132^{\circ}C$ in Charpy impact tests, and reference nil-ductility transition temperature, $RT_{NDT}$ of $-105^{\circ}C$ was obtained from drop weight tests. From the fracture toughness tests performed in accordance with the ASTM standard E1921 Master curve method, the reference temperature, $T_0$ was $-147^{\circ}C$, which was improved more than $60^{\circ}C$ compared to SA508 Gr.3 low alloy steels.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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