SCMH2 steel is widely used in the industrial members of car and tractor. This study focused on material properties and evaluation technology of the SCMH2 steel regarding the surface treatment followed by carburizing and nitriding, by means of impact test, hardness test. and fatigue test including HCF (high cycle fatigue) and VHCF (very high cycle fatigue). Drop weight impact tester (Instron, 9250 Hv) and Cantilever type rotating-bending fatigue tester (YRB200, 3150 rpm) were used to characterize the SCMH2 standard specimen before and after carburizing/nitriding. In order to understand those effects on fatigue characteristics and material properties, the fractured surfaces were carefully observed and analyzed by SEM (scanning electron microscope) and EDS (energy-dispersive X-ray spectroscopy).
The bainitic structure resulting from the austempering of spring steel exhibits high strength and ductility. On the other hand, there appears to be no study on the effects of very high cycle fatigue (VHCF) and ultrasonic nanocrystal surface modification (UNSM) of this bainite structure. Therefore, this study compared the fatigue properties of VHCF using spring steel with bainitic and martensitic structures and bearing steel data. This study analyzed the characteristics of microstructure transformation associated with the heat treatment cycles and studied and evaluated the fatigue strength characteristics because of the UNSM in terms of fracture mechanics method and fracture surface analysis through electron backscatter diffraction, scanning electron microscopy fracture analysis, and energy-dispersive spectroscopy analysis. The fatigue limit of UNSM-treated spring steel was improved significantly by approximately 33% to 50% compared to the fatigue test results of the untreated material in the VHCF. In the long life range of bainized spring steel, fish-eye cracks appear in the form of the fine granular area, and fatigue cracks occur in the form of fish-eye cracks that occur in the bainite facet and matrix, resulting in a significant increase in fatigue strength and fatigue life.
In this paper, the fatigue characteristics of shot peened A7075-T651 alloy were compared with those of the specimens without the shot peening. The multi-spindle and single-spindle rotating bending fatigue testing machines were employed for the evaluation. Shot peening (SP) with various pressure (5 psi, 10 psi, 15 psi, 25 psi and 35 psi) were used in this test. In order to investigate the effect of the applied pressure during the SP, we carried out the surface roughness test, compressive residual stress test, hardness test, tensile test, VHCF (Very high cycle fatigue) test and SEM observation. SP induced the formation of remarkable compressive residual stress from the surface to certain depth of sample by means of the plastic deformation. The surface hardness and the fatigue characteristics of the specimens were also modified by the SP. According to the S-N curves, fatigue lives of shot peended sample with 25 psi measures 50 times higher than that of the untreated sample. The fatigue lives of shot peened sample with 15 psi and 35 psi measure approximately 10 times higher than that of the untreated ones.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.8
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pp.967-973
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2013
An accelerated ultrasonic fatigue test(UFT) has been used for analyzing very high cycle fatigue( VHCF, $N_f$ > $10^7$). This study reviews how the test specimen is to be determined. We focus on UFT using a resonance of 20 kHz. The specimen geometry is determined by selecting test materials by using a dynamic Young's modulus and wavelength of 20 kHz. The dynamic Young's modulus is calculated at the resonant frequency. Through a resonant vibration test at 20 kHz, the length of the specimen is calculated. By determining the shape of the specimen, the stress during the UFT is calculated. The UFT results should be comparable at the test frequency and the specimen geometry obtained by the conventional fatigue tests.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.7
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pp.637-646
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2016
This study is to investigate the influence of hydrogen attack and UNSM on fatigue behaviors of the Inconel 718 alloy. The decrease of the fatigue life between the untreated and the hydrogen attacked material is 10-20%. The fatigue lives of hydrogen attacked specimen decreased without a fatigue limit, similar to those of nonferrous materials. Due to hydrogen embrittlement, about 80% of the surface cracks were smaller than the average grain size of $13{\mu}m$. Many small surface cracks caused by the embrittling effect of hydrogen attack were initiated at the grain boundaries and surface scratches. Cracks were irregularly distributed, grew, and then coalesced through tearing, leading to a reduction of fatigue life. Results revealed that the fatigue lives of UNSM-treated specimens were longer than those of the untreated specimens.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.6
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pp.707-712
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2012
Very high cycle fatigue (VHCF) behavior of aerospace components has emerged much attention due to their long service life. In this study, a piezoelectric ultrasonic fatigue testing (UFT) system has been developed by Mbrosiatec Co., Ltd. to study the high cycle fatigue (HCF) strength of Ti-6Al-4V alloy. Hourglass-shaped specimens have been investigated in the range from $10^6$ to $10^9$ cycles at room temperature under completely reversed R = -1 loading conditions,. Scanning electron microscopy (SEM) analysis revealed that failures occurred in the entire range up to the gigacycle regime, and the fractures have beenfound to be initiated from the surface, unlike in steels. However, it was found from the SEM microgprahs that microcracks transformed into intergranular fractures. Thus, it can be concluded from according to the results that this test method can be applicable to commercialized automotive and railroad parts that require high cycle fatigue strength.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.7
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pp.711-717
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2014
An accelerated ultrasonic fatigue test (UFT) was used for analyzing very high cycle fatigue (VHCF, $N_f$ > $10^7$) behaviors of a specimen with a test resonance of 20 kHz. Using the finite element method (FEM), the dynamic behaviors of the specimen was studied by calculating the stresses along its gauge portion, with displacement. The shape of gauge portion profile was assumed to be a hyperbolic according to the stress equation of the UFT. However, as the specimen used in the test had a circular arc profile, the FEM was used for studying the local stresses for two cases of the gauge profile. The results were compared with those obtain from the stress equation of the UFT. The dynamic behavior of the gauge portion could be understood for further comparison with the actual results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.11
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pp.1011-1020
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2017
This study was conducted to investigate the material properties of stainless steel 316L specimens of untreated and UNSM treated material, hydrogen attacked material(100 bar, $300^{\circ}C$ at 120 h) and UNSM treated hydrogen attacked material at room temperature. Results demonstrated that the hydrogen attacked materials showed a tendency toward a slightly decreased fatigue strength, while the hydrogen embrittlement effect was smaller than the S-N curve of conventional untreated material. As compared to untreated material, the fatigue limit of the UNSM treated material increased by 43.8%, while it was 57.1% higher in the UNSM treated hydrogen attacked material than in untreated hydrogen attacked material. The plastic deformation layer was ${\sim}152{\mu}m$ thick, as confirmed by maps showing the level of local plastic deformation affected by the UNSM treatment in three ways: an image quality map, inverse pole figure map, and kernel average misorientation map captured via electron back scatter diffraction. Owing to hydrogen embrittlement, about 90% of surface cracks were smaller than the average grain size of $35{\mu}m$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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