A 4㎾ RS840 CO2 laser with a powder auto-feeding apparatus has been used to deposit multiple overlapping tracks of Ni-base superalloy on to low carbon steel. It was found that the surface roughness(turbulence) of an overlapped cladding layer decreased with the increase of the overlapping ratio in an oscillating manner. When the overlapping ratio had values of 0.62, the surface turbulence was lowest. Overlapping ratio offer significant potential for improvement of materials surface properties such as corrosion performance and wear resistance. This paper reports that the overlapping ratio shows best corrosion resistance. The tensile residual stresses generated at the higher overlapping ratio( > 0.45) and the element concentration of Fe increased in the surface layer at the lower overlapping ratio( < 0.45) may lead to worse corrosion resistance.
Thermal buckling of nonlocal flexoelectric nanoplates incorporating surface effects is analyzed for the first time. Coupling of strain gradients and electrical polarizations is introduced by flexoelectricity. It is assumed that flexoelectric nanoplate is subjected to uniform and linear temperature distributions. Long range interaction between atoms of nanoplate is modeled via nonlocal elasticity theory. The residual surface stresses which are usually neglected in modeling of flexoelectric nanoplates are incorporated into nonlocal elasticity to provide better understanding of the physic of problem. A Galerkin-based approach is implemented to solve the governing equations derived from Hamilton's principle are solved. The verification of obtained results is performed by comparing buckling loads of flexoelectric nanoplate with previous data. It is shown that buckling loads of flexoelectric nanoplate are significantly affected by thermal loading type, temperature change, nonlocal parameter, surface effect, plate thickness and boundary conditions.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1996.04a
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pp.8-13
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1996
A relatively new non-traditional finishing process called Abrasive Flow Machining(AFM) is being used to deburr, polish and radius workpiece or produce compressive residual stresses by flowing an abrasive-laden viscoelastic compound across the surface to be machined. This paper presents the effects of AFM on surfaces of tool steel produced by EDM and W-EDM. Using AFM, white layer produced by EDM is erased almost equally and the amount of metal removal is significantly affected the initally machined surface condition of workpiece. The dimension of workiece is enlarged and its surface roughness is improved as AFM time is increased. The optimal AFM time can be established from the experimental results. It is considered that the grinding method lide AFM is useful to grind complex or slim geometry of workpiece even. Scanning Electron Microscopy(SEM) was used to study the surface characteristics of the workpiece before and after AFM.
In this paper, the first-order shear deformation theory (FSDT) (Mindlin) for continuum incorporating surface energy is exploited to study the static behavior of ultra-thin functionally graded (FG) plates. The size-dependent mechanical response is very important while the plate thickness reduces to micro/nano scales. Bulk stresses on the surfaces are required to satisfy the surface balance conditions involving surface stresses. Unlike the classical continuum plate models, the bulk transverse normal stress is preserved here. By incorporating the surface energies into the principle of minimum potential energy, a series of continuum governing differential equations which include intrinsic length scales are derived. The modifications over the classical continuum stiffness are also obtained. To illustrate the application of the theory, simply supported micro/nano scaled rectangular films subjected to a transverse mechanical load are investigated. Numerical examples are presented to present the effects of surface energies on the behavior of functionally graded (FG) film, whose effective elastic moduli of its bulk material are represented by the simple power law. The proposed model is then used for a comparison between the continuum analysis of FG ultra-thin plates with and without incorporating surface effects. Also, the transverse shear strain effect is studied by a comparison between the FG plate behavior based on Kirchhoff and Mindlin assumptions. In our analysis the residual surface tension under unstrained conditions and the surface Lame constants are expected to be the same for the upper and lower surfaces of the FG plate. The proposed model is verified by previous work.
Kim, Dae-Min;Han, Yoon-Soo;Kim, Seongwon;Oh, Yoon-Suk;Lim, Dae-Soon;Kim, Hyung-Tae;Lee, Sung-Min
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.52
no.6
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pp.410-416
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2015
Recently, a new $Y_2O_3$ coating deposited using the EB-PVD method has been developed for erosion resistant applications in fluorocarbon plasma environments. In this study, surface crack formation in the $Y_2O_3$ coating has been analyzed in terms of residual stress and elastic modulus. The coating, deposited on silicon substrate at temperatures higher than $600^{\circ}C$, showed itself to be sound, without surface cracks. When the residual stress of the coating was measured using the Stoney formula, it was found to be considerably lower than the value calculated using the elastic modulus and thermal expansion coefficient of bulk $Y_2O_3$. In addition, amorphous $SiO_2$ and crystalline $Al_2O_3$ coatings were similarly prepared and their residual stresses were compared to the calculated values. From nano-indentation measurement, the elastic modulus of the $Y_2O_3$ coating in the direction parallel to the coating surface was found to be lower than that in the normal direction. The lower modulus in the parallel direction was confirmed independently using the load-deflection curves of a micro-cantilever made of $Y_2O_3$ coating and from the average residual stress-temperature curve of the coated sample. The elastic modulus in these experiments was around 33 ~ 35 GPa, which is much lower than that of a sintered bulk sample. Thus, this low elastic modulus, which may come from the columnar feather-like structure of the coating, contributed to decreasing the average residual tensile stress. Finally, in terms of toughness and thermal cycling stability, the implications of the lowered elastic modulus are discussed.
Stress corrosion crack growth is simulated after assuming a small axial surface crack inside a S/G tube. Internal pressure and residual stresses are considered as applied forces. Stress intensity factors along crack front, variation of crack shape and crack growth rate are obtained and discussed. It is noticed that the aspect ratio of the crack is not depend on the initial crack shape but depend on the residual stress distribution.
The role of fatigue on the surface damage of 5% chrome cold milling work roll is evaluated. Uniaxial and torsional fatigue tests are carried out, and the baseline data for fatigue life evaluation are established. An appropriate multiaxial fatigue parameter is developed from the fatigue data. Fatigue tests are also performed under compressive mean stresses, and a mean stress model is formulated. A computer program is developed to assess the interaction of fatigue and grinding of the roll. The fatigue damage is computed for selected servicing conditions. It is found that the fatigue damage can be an important issue when the effect of mean stress is ignored, however the fatigue damage is negligibly small when the effect of mean stress including the residual stresses currently used is fully accounted. The result indicates that spalling due to the growth of thermal shock cracks is more important than fatigue damage in roll surface failure.
Generally, analytical consideration on the behaviour of metallic structures during quenching process, and analysis on the thermal stress and deformation after heat treatment are very important in presumption of crack and distorsion of quenched material. In this study a set of constitute equations relevant to the analysis of thermo elasto-viscoplastic materials with strain hysteresis during quenching process way presented on the basis of contimuum thermo-dynamics mechanics. The thermal stresses were numerically calculated by finite element technique of weighted residual method and the principle of virtual work. In the calculation process, the temperature depandency of physical and mechaniclal properties of the material in consideration. On the distribution of elasto-viscoplastic thermal stresses according to radial direction, axial and tangential stress are tensile stress(50MPa, 1.5GPa and 300MPa) in surface and compressive stress(-1.2GPa, -1.14GPa and -750MPa) in the inner part on the other hand, radial stress is tensile stress(900MPa) in area of analysis. According to axial direction, tangential stress gradients are average 60MPa/mm on the whole. The reversion of stress takes place at 11.5 to 16.8mm from the center in area of analysing.
The magnetic domain-refining techniques such as ball scratching, laser irradiation and plasma have been developed to reduce the domain wall spacing and thus iron losses in Fe-3%Si grain-oriented silicon steels. In view point of magnetic properties, it was supposed that the locally residual stresses change the magnetoelastic energy of the material and thus the spacing between $180^{\circ}$ domain walls decreases in order to reduce the magnetostatic energy. The effect of laser irradiation on iron loss and magnetostriction reduction for Fe-3%Si grain-oriented steel were investigated. Since the local tensile stresses were induced at the surface of Fe-3%Si steel by the laser irradiation, the minimum iron loss caused by reducing eddy current loss was obtained in spiete of the decrease of permeability by hindering eddy current loss was obtained in spite of the decrease of permeability by hindering the domain wall movement around the induced stress field. Furthermore, the laser treated 3%Si steel has lower magnetostriction as compared to non laser-treated steel and is less sensitive to applying pre-stresses due to the volume reduction of $90^{\circ}$ domain in materials.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.26
no.5
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pp.725-731
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2023
In this study, the harmless crack size was evaluated using carburized, quenched-tempered SCM822H steel. The possibility of detecting cracks that reduce the fatigue limit by non-destructive inspection was evaluated. The conclusions obtained are as follows. The retained austenite of surface was reduced by SP. About 35% and 65% of the retained austenite on the surface were transformed into strain-induced martensite, increasing the hardness by 79HV and 122HV over the as-received material. The maximum compressive residual stresses introduced on the surfaces were -695 MPa and -688 MPa, respectively. The fatigue limit increased by 1.48 times and 1.67 times, respectively, compared to the as-received material. The harmless crack size of SP specimen was determined differently depending on the shot ball size.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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