Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.5
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pp.100-106
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2006
NiTi alloy known as its shape memory effect also has superelastic characteristic, which makes it possible to be elastic under large deformation. Since the tensile strength of the alloy is very high and density is low compared to carbon steel, it can be applied to lightweight structural design. In order to design structures with shape memory alloy, finite element analysis is used and a constitutive algorithm based on Aurrichio's model is added to LS-DYNA as a user subroutine. Explicit time integration and shell element formulation are used to simulate thin-walled structures. The algorithm uses Drucker-Prager type loading condition to calculate martensite volume fraction during the transformation. The implemented algorithm is verified in uni-axial loading condition and martensite phase transformation can be detected well with the algorithm. In this study, as a energy absorbing structure, thin-walled tube is modeled with finite elements and the deformation behavior is studied. Simulation results has shown that the martensite transformation was generated in loading condition. After plastic deformation reached, the load decreases linearly without reverse martensite transformation.
JUNHYUB JEON;SEUNGGYU CHOI;NAMHYUK SEO;YOUNG HOON MOON;IN-JIN SHON;SEOK-JAE LEE
Archives of Metallurgy and Materials
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v.65
no.4
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pp.1249-1254
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2020
The effect of TiC content on the microstructure and mechanical properties of a nanocrystalline Fe-Mn alloy was investigated by XRD analysis, TEM observation, and mechanical tests. A sintered Fe-Mn alloy sample with nano-sized crystallites was obtained using spark plasma sintering. Crystallite size, which is used as a hardening mechanism, was measured by X-ray diffraction peak analysis. It was observed that the addition of TiC influenced the average size of crystallites, resulting in a change in austenite stability. Thus, the volume fraction of austenite at room temperature after the sintering process was also modified by the TiC addition. The martensite transformation during cooling was suppressed by adding TiC, which lowered the martensite start temperature. The plastic behavior and the strain-induced martensite kinetics formed during plastic deformation are discussed with compressive stress-strain curves and numerical analysis for the transformation kinetics.
Effects of austenitizing, cryogenic treatment and tempering conditions on the phase change, microstructure and Vickers hardness value have been studied in STD11 steel for tool and die. The volume fraction of retained austenite increased with a rise in austenitizing temperature, while the volume fraction of eutectoid $M_7C_3$ carbides decreased. The retained austenite could be reduced by cryogenic treatment i.e., maintaining at $LN_2$ temperature ($-196^{\circ}C$) for 12hrs but a little amount of retained austenite did not transform to martensite further although holding time increased to 24 hrs or more. The microstructure of the quenched and then cryogenictreated specimen showed nano-sized and needle-shaped carbides in matrix due to the decomposition of martensite by tempering, but that of the one without cryogenic treatment still revealed retained austenite by tempering even at $500^{\circ}C$.
For microstructural analysis of a friction stir welded (FSWed) joint of advanced high-strength steels, dual phase (DP) and complex phase (CP) steels, are studied. FSWed joints are successfully fabricated in the following four cases: (i) DP/DP; (ii) CP/CP; (iii) DP/CP, where the advancing side is DP and the retreating side is CP; (iv) CP/DP, where the advancing side is CP and the retreating side is DP. The stir zone (SZ) of (i) the DP/DP joint mainly consists of lath martensite, while the stir zone of (ii) the CP/CP joint consists not only of lath martensite but also of bainite. In the case of (iii) DP/CP and (iv) CP/DP, they exhibit a similar microstructure including acicular-shaped phases in the joints; however, cross-sections of the joints show differences in material mixing in each case. In (iv) the CP/DP joint, temperature towards the CP steel is sufficient to cause softening, thus leading to better mixing than that in (iii) DP/CP. The phases of the SZ in each of the four cases are formed by phase transformation during the FSWed process; however, the transformed phase volume fraction of CP steel is lower than that of DP steel, indicating that dynamic recrystallization occurs mainly in CP steel. The hardness values of the SZ are significantly higher than those of the base materials, especially, the SZ of (iii) the DP/CP joint has the highest value due to highest fraction of lath martensite.
This study investigates the effects of isothermal holding temperature and time on the microstructure, hardness and Charpy impact properties of medium-carbon bainitic steel specimens. Medium-carbon steel specimens with different bainitic microstructures are fabricated by varying the isothermal conditions and their microstructures are characterized using OM, SEM and EBSD analysis. Hardness and Charpy impact tests are also performed to examine the correlation of microstructure and mechanical properties. The microstructural analysis results reveal that granular bainite, bainitic ferrite, lath martensite and retained austenite form differently in the specimens. The volume fraction of granular bainite and bainitic ferrite increases as the isothermal holding temperature increases, which decreases the hardness of specimens isothermally heat-treated at $300^{\circ}C$ or higher. The specimens isothermally heat-treated at $250^{\circ}C$ exhibit the highest hardness due to the formation of lath martensite, irrespective of isothermal holding time. The Charpy impact test results indicate that increasing isothermal holding time improves the impact toughness because of the increase in volume fraction of granular bainite and bainitic ferrite, which have a relatively soft microstructure compared to lath martensite for specimens isothermally heat-treated at $250^{\circ}C$ and $300^{\circ}C$.
Woochul, Shin;Seung Bae, Son;Jae-Gil, Jung;Seok-Jae, Lee
Journal of Powder Materials
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v.29
no.6
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pp.517-522
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2022
We investigate the austenite stability in nanocrystalline Fe-7%Mn-X%Mo (X = 0, 1, and 2) alloys fabricated by spark plasma sintering. Mo is known as a ferrite stabilizing element, whereas Mn is an austenite stabilizing element, and many studies have focused on the effect of Mn addition on austenite stability. Herein, the volume fraction of austenite in nanocrystalline Fe-7%Mn alloys with different Mo contents is measured using X-ray diffraction. Using a disk compressive test, austenite in Fe-Mn-Mo alloys is confirmed to transform into strain-induced martensite during plastic deformation by a disk d. The variation in austenite stability in response to the addition of Mo is quantitatively evaluated by comparing the k-parameters of the kinetic equation for the strain-induced martensite transformation.
This study was made of the effect of cold working on the stress corrosion cracking(SCC) of austenitlc 304 stainless steel in boiling 42% $MgCl_2$ solution. For this experiment, specimens cold-worked of 0%, 10%, 20%, 30%, 40% were fabricated respectively, and then experiments of mechanical properties and stress corrosion cracking(SCC) of these specimens were carried out. The results of these experiments indicate that the maximum resistance to SCC showed at 20% of cold working degree and that the SCC susceptibility depended on the volume fraction of deformation-induced martensite by cold working and the work hardening of matrix. On the other hand, the fracture mode was changed. This phenomenon was considered that deformation-induced martensite was grown from transgranular fracture mode to intergranular fracture mode and caused by increased of dislocation density along the slip planes.
The mechanical behavior and the change of retained austenite of nanocrystalline Fe-Ni alloy have been investigated by considering the effect of various Ni addition amount. The nanocrystalline Fe-Ni alloy samples were rapidly fabricated by spark plasma sintering (SPS). The SPS is a well-known effective sintering process with an extremely short densification time not only to reach a theoretical density value but also to prevent a grain growth, which could result in a nanocrystalline structures. The effect of Ni addition on the compressive stress-strain behavior was analyzed. The variation of the volume fraction of retained austenite due to deformation was quantitatively measured by means of x-ray diffraction and microscope analyses. The strain-induced martensite transformation was observed in Fe-Ni alloy. The different amount of Ni influenced the rate of the strain-induced martensite transformation kinetics and resulted in the change of the work hardening during the compressive deformation.
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.1
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pp.54-60
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2001
This study is to investigate the mechanical properties and the fatigue crack propagation of fire resistance steel for frame structure as the chemical composition was changed by addition of N, B and rolled end temperature was varied. We used two kinds of specimen, the one is parallel and the other is perpendicular to the rolling directions. As rolled end temperature increased, volume fraction of ferrite and pearlite decreased, but volume fraction of baintie and grain size increased. Micro-hardness decreased as rolled end temperature increased, but tensile and yield strength increased. Volume fraction of ferrite and pearlite decreased by addition of N. But volume fraction of bainite, tensile and yield strength increased. Microstructure was changed to martensite by addition of B, and tensile and yield strength increased. Fatigue life of TL direction specimen was shorter than that of LT direction specimen. There was no significant effect to fatigue crack propagation rate by addition of N and changing rolling condition, but fatigue life was increased by addition of B.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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