Iqbal, K. Y. Mohd;Segu, D. Z.;Pyung, H.;Kim, J. H.;Kim, S. S.
Tribology and Lubricants
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v.31
no.6
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pp.287-293
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2015
Laser surface texturing (LST), a surface engineering modification, has been considered as one of the new processes used to improve tribological characteristics of materials by creating artificially patterned microstructure on the contact surface of mechanical components. In LST technology, the laser is optimized to obtain or manufacture the dimples with maximum precision. The micro-dimples reduce the coefficients of friction and also improve the wear resistance of materials. This study investigates the effect of dimple density is investigated. For this purpose, a ball-on-disc type tester is used with AISI 52100 bearing steel as the test material. Discs are textured with a 5% and 10% dimple density. Experimental work is performed with normal loads of 5 N, 10 N, and 15 N under a fixed speed of 150 rpm at room temperature. The effect of the textured surface is compared to that of the untextured one. Experimental results show that the textured surface yields lower friction coefficients compared to those of untextured surfaces. Specifically, the 10% dimple density textured surface shows better friction reduction behavior than the 5% dimple density textured sample, and has an 18% improvement in friction reduction compared with the untextured samples. Microscopic observation using a scanning electron microscope (SEM) shows that the major friction mechanisms of the AISI 52100 bearing steel are adhesion, plastic deformation, and ploughing.
Stainless steels (AISI 316L) are carburized by Inductively coupled plasma using $CH_4$ and Ar gas. The ${\gamma}_c$ phase(S-phase) is formed on the surface of stainless steel after carburizing process. The XRD peak of carburized samples is shifted to lower diffracting angle due to lattice expansion. Overall, the thickness of ${\gamma}_c$ phase showed a linear dependence with respect to increasing temperature due to the faster rate of diffusion of carbon. However, at temperatures above 500, the thickness data deviated from the linear trend. It is expected that the deviation was caused from atomic diffusion as well as other reactions that occurred at high temperatures. The interfacial contact resistance (ICR) and corrosion resistance are measured in a simulated proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) environment. The ICR value of the carburized samples decreased from 130 $m{\Omega}cm^2$ (AISI 316L) to about 20 $m{\Omega}cm^2$. The sample carburized at 200 showed the best corrosion current density (6 ${\mu}Acm^{-2}$).
The effects of processing parameters on the surface properties of the hardened layers processed by the low temperature plasma nitrocarburizing and the low temperature two-step plama treatment (carburizing+nitriding) were investigated. The nitrogen-enriched expanded austenite structure (${\gamma}_N$) or S phase was formed on all of the treated surface. The surface hardness reached up to 1200 $HV_{0.025}$, which is about 5 times higher than that of untreated sample (250 $HV_{0.1}$). The thickness of hardened layer of the low temperature plasma nitrocarburized layer treated at $400^{\circ}C$ for 40 hour was only $15{\mu}m$, while the layer thicknesss in the two-step plama treatment for the 30 hour treatment increased up to about $30{\mu}m$. The surface thickness and hardness increased with increasing treatment temperature and time. In addition, the corrosion resistance was enhanced than untreated samples due to a high concentration of N on the surface. However, higher treatment temperature and longer treatment time resulted in the formation of $Cr_2N$ precipitates, which causes the degradation of corrosion resistance.
The present work addresses the surface integrity and chip morphology in finish hard turning of AISI D3 steel under nanofluid assisted minimum quantity lubrication (NFMQL) condition. The surface integrity aspects include microhardness, residual stress, white layer formation, machined surface morphology, and surface roughness. This experimental investigation aims to explore the feasibility of low-cost multilayer (TiCN/Al2O3/TiN) coated carbide tool in hard machining applications and to assess the propitious role of minimum quantity lubrication using graphene nanoparticles enriched eco-friendly radiator coolant based nano-cutting fluid for machinability improvement of hardened steel. Combined approach of central composite design (CCD) - analysis of variance (ANOVA), desirability function analysis, and response surface methodology (RSM) have been subsequently employed for experimental investigation, predictive modelling and optimization of surface roughness. With a motivational philosophy of "Go Green-Think Green-Act Green", the work also deals with economic analysis, and sustainability assessment under environmental-friendly NFMQL condition. Results showed that machining with nanofluid-MQL provided an effective cooling-lubrication strategy, safer and cleaner production, environmental friendliness and assisted to improve sustainability.
Kueh, Ahmad B.H.;Tan, Chun-Yean;Yahya, Mohd Yazid;Wahit, Mat Uzir
Steel and Composite Structures
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v.44
no.1
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pp.105-117
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2022
Impact resistance efficiency of the newly designed sandwich beam with a laterally arched core as bio-inspired by the woodpecker is numerically investigated. The principal components of the beam comprise a dual-core system sandwiched by the top and bottom laminated CFRP skins. Different materials, including hot melt adhesive, high-density polyethylene (HDPE), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), epoxy resin (EPON862), aluminum (Al6061), and mild carbon steel (AISI1018), are considered for the side-arched core layer of the beam for impact efficiency assessment. The aluminum honeycomb takes the role of the second core. Contact force, stress, damage formation, and impact energy for beams equipped with different materials are examined. A diversity in performance superiority is noticed in each of these indicators for different core materials. Therefore, for overall performance appraisal, the impact resistance efficiency index, which covers several chief impact performance parameters, of each sandwich beam is computed and compared. The impact resistance efficiency index of the structure equipped with the AISI1018 core is found to be the highest, about 3-10 times greater than other specimens, thus demonstrating its efficacy as the optimal material for the bio-inspired dual-core sandwich beam system.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.3
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pp.404-410
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1989
Friction and wear tests were conducted with several different ceramics sliding against ceramic and metal couples with and without lubricant in a two disk type sliding machine. The purpose was to know the tribological properties of ceramics. With very different physical and chemical properties of ceramics compared to metal, the tribological properties of ceramics should be defined in detail. Among them, the wear and friction with same or different couple is very important. Also the lubrication of ceramic is one of the major area to be studied. From this research, SiC, SI$_{3}$N$_{4}$ and ZrO$_{2}$ were slid against SiC, AISI 4340 and bronze under various sliding condition. It was found that the friction and wear of ceramics are strongly dependent on the sliding condition. For unlubricated sliding against SiC, ZrO$_{2}$ shows low wear and friction coefficient over wide lange of load, but with lubricated sliding, SiC shows better performance whatever lubricants were used. Also the effect of lubricant depended upon the material properties of sliding pairs. The general tribological properties of ceramics were not correlated with chattering and noise at low load but it could be reduced or avoided effectively by using lubricants. SiC and Si$_{3}$N$_{4}$ slid against SiC have transition from mild to severe wear at high load but ZrO$_{2}$-SiC and SiC-steel have not. Wear debris formed on the contact area of SiC couples was main cause of the initiation of transition. At high speed, only ZrO$_{2}$ sliding against SiC has transition of wear by low thermal conductivity.
A total of 36 carbon steel and stainless steel bolted connections subjected to shear loading at different strain rates was experimentally investigated. The connection specimens were fabricated from carbon steel grades 1.20 mm G500 and 1.90 mm G450, as well as cold-formed stainless steel types EN 1.4301 and EN 1.4162 with nominal thickness 1.50 mm. The connection tests were conducted by displacement control test method. The strain rates of 10 mm/min and 20 mm/min were used. Structural behaviour of the connection specimens tested at different strain rates was investigated in terms of ultimate load, elongation corresponding to ultimate load and failure mode. Generally, it is shown that the higher strain rate on the bolted connection specimens, the higher ultimate load was obtained. The ultimate loads were averagely 2-6% higher, while the corresponding elongations were averagely 8-9% higher for the test results obtained from the strain rate of 20 mm/min compared with those obtained from the lower strain rates (1.0 mm/min for carbon steel and 1.5 mm/min for stainless steel). The connection specimens were generally failed in plate bearing of the carbon steel and stainless steel. It is shown that increasing the strain rate up to 20 mm/min generally has no effect on the bearing failure mode of the carbon steel and stainless steel bolted connections. The test strengths and failure modes were compared with the results predicted by the bolted connection design rules in international design specifications, including the Australian/New Zealand Standard (AS/NZS4600 2018), Eurocode 3 - Part 1.3 (EC3-1.3 2006) and North American Specification (AISI S100 2016) for cold-formed carbon steel structures as well as the American Specification (ASCE 2002), AS/NZS4673 (2001) and Eurocode 3 - Part 1.4 (EC3-1.4 2015) for stainless steel structures. It is shown that the AS/NZS4600 (2018), EC3-1.3 (2006) and AISI S100 (2016) generally provide conservative predictions for the carbon steel bolted connections. Both the ASCE (2002) and the EC3-1.4 (2015) provide conservative predictions for the stainless steel bolted connections. The EC3-1.3 (2006) generally provided more accurate predictions of failure mode for carbon steel bolted connections than the AS/NZS4600 (2018) and the AISI S100 (2016). The failure modes of stainless steel bolted connections predicted by the EC3-1.4 (2015) are more consistent with the test results compared with those predicted by the ASCE (2002).
In this paper, different curvature-rates are controlled to highlight the characteristic of viscoplastic response in cyclic bending tests. The curvature-ovalization apparatus, which was designed by Pan et al. (1998), is used for conducting the curvature-controlled experiments on thin-walled tubular specimens for AISI 304 stainless steel under cyclic bending. The results reveals that the faster the curvature-rate implies, the fast degree of hardening of the metal tube. However, the ovalization of the tube cross-section increases when the curvature-rate increases.
A wear transition mechanism during sliding in glass has been observed. Disk specimens of sodalime-silicate glass were slid against AISI 52100 steel with paraffin oil as lubricant. Observations of the micrrx structural change on the worn surface showed that semi-circular cone cracks (SCCCs) were suddenly produced after a certain critical sliding time. These SCCCs brought about the severe damage in the form of extensive microchipping during further sliding. It was shown that the abrupt appearance of the SCCCs is attributable to the grooves formed during sliding, which act as surface flaws.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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