Metallic shape memory alloys present fascinating physical properties such as their super-elastic behavior in austenite phase, which can be exploited for providing a structure with both a self-centering capability and an increased ductility. More or less accurate numerical models have been introduced to model their behavior along the last 25 years. This is the reason for which the literature is rich of suggestions/proposals on how to implement this material in devices for passive and semi-active control. Nevertheless, the thermo-mechanical coupling characterizing the first-order martensite phase transformation process results in several macroscopic features affecting the alloy performance. In particular, the effects of day-night and winter-summer temperature excursions require special attention. This aspect might imply that the deployment of some devices should be restricted to indoor solutions. A further aspect is the dependence of the behavior from the geometry one adopts. Two fundamental lacks of symmetry should also be carefully considered when implementing a SMA-based application: the behavior in tension is different from that in compression, and the heating is easy and fast whereas the cooling is not. This manuscript focuses on the passive devices recently proposed in the literature for civil engineering applications. Based on the challenges above identified, their actual feasibility is investigated in detail and their long term performance is discussed with reference to their fatigue life. A few available semi-active solutions are also considered.
Purpose: There is an ongoing search for a stent material that produces a reduced susceptibility artifact. This study evaluated the effect of manganese (Mn) content on the MRI susceptibility artifact of ferrous-manganese (Fe-Mn) alloys, and investigated the correlation between MRI findings and measurements of Fe-Mn microstructure on X-ray diffraction (XRD). Materials and Methods: Fe-Mn binary alloys were prepared with Mn contents varying from 10% to 35% by weight (i.e., 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, and 35%; designated as Fe-10Mn, Fe-15Mn, Fe-20Mn, Fe-25Mn, Fe-30Mn, and Fe-35Mn, respectively), and their microstructure was evaluated using XRD. Three-dimensional spoiled gradient echo sequences of cylindrical specimens were obtained in parallel and perpendicular to the static magnetic field (B0). In addition, T1-weighted spin echo, T2-weighted fast spin echo, and $T2^*$weighted gradient echo images were obtained. The size of the low-intensity area on MRI was measured for each of the Fe-Mn binary alloys prepared. Results: Three phases of ${\alpha}^{\prime}$-martensite, ${\gamma}$-austenite, and ${\varepsilon}$-martensite were seen on XRD, and their composition changed from ${\alpha}^{\prime}$-martensite to ${\gamma}$-austenite and/or ${\varepsilon}$-martensite, with increasing Mn content. The Fe-10Mn and Fe-15Mn specimens comprised ${\alpha}^{\prime}$-martensite, the Fe-20Mn and Fe-25Mn specimens comprised ${\gamma}+{\varepsilon}$ phases, and the Fe-30Mn and Fe-35Mn specimens exhibited a single ${\gamma}$ phase. The size of the low-intensity areas of Fe-Mn on MRI decreased relative to its microstructure on XRD with increasing Mn content. Conclusion: Based on these findings, proper conditioning of the Mn content in Fe-Mn alloys will improve its visibility on MR angiography, and a Mn content of more than 25% is recommended to reduce the magnetic susceptibility artifacts on MRI. A reduced artifact of Fe-Mn alloys on MRI is closely related to the paramagnetic constitution of ${\gamma}$-austenite and/or ${\varepsilon}$-martensite.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2008.10a
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pp.203-206
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2008
Transformation of austenite to martensite during cold rolling has been widely used to strengthen metastable austenitic stainless steel grades. Aging treatment of cold worked metastable austenitic stainless steels, including ${\alpha}'$-martensite phase, results in the further increase of strength, when aging is performed in $200^{\circ}C$ to $450^{\circ}C$ temperature range. The purpose of the present study was to evaluate the effect of time and temperature on the stress-strain behavior of cold worked austenitic stainless steels. The amount of ${\alpha}'$-martensite during cold working and aging was examined by ferrite scope and X-ray diffraction (XRD). During aging at $450^{\circ}C$ for 1hr, tensile strength dramatically increased by 150MPa. Deformed metastable austenitic steels containing the "body-centered" ${\alpha}'$-martensite are strengthened by the diffusion of interstitial solute atoms during aging at low temperature.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2009.10a
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pp.213-216
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2009
In this study, three cold-rolled TRIP steels containing different Al content (0.04wt%, 1.0 wt.% and 2.00wt%) were fabricated to understand the complex effects of Al in TRIP steel. The influences of Al on microstructural evolution of cold-rolled TRIP steels have been analyzed by using advanced analysis techniques, such as transmission electron microscope (TEM) and three dimensional atom probe tomography (3D-APT). TEM results revealed that second phases such as bainte and retained austenite decrease with increase of Al content. In addition, 3D-APT was used to characterize atomic-scale distribution of alloying elements at the constituent phases. Through these analysis techniques, the advanced characteristics of constituent microstructure in TRIP steels were identified depending on Al contents in TRIP steels.
This work presents the effect of the cooling rate on the precipitation of super duplex stainless steel. Specimens of super duplex stainless steel with a specific composition were cooled at various cooling rates after being melted at $1550^{\circ}C$ in a directional solidification furnace. Ferrite (${\delta}$), Austenite (${\gamma}$), Sigma (${\sigma}$), and Chi (${\chi}$) phases were precipitated when the cooling rate was lower than 0.22 K/s. When the cooling rate was 0.22 K/s or faster, ${\sigma}$ and ${\chi}$ phases were not precipitated.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.05a
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pp.151-154
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2001
Shape memory alloy (SMA) has demonstrated its potentials for various smart structure applications. SMA wires undergo a reversible phase transformation from martensite to austenite as temperature increases. This transformation leads to shape recovery and associated recovery strains. If SMA actuators are embedded off the neutral surface and are oriented in arbitrary angles with respect to a beam axis, then the beam bends and twists due to the coupling effects of recovery strains activated. In this study, the bending and twisting of a SMA/Composite beam were controlled by both electric resistive heating and passive elastic tailoring. 3-dimensional finite element formulations were derived and validated to analyze the responses of the SMA/Composite beam. Numerical results show that the shape of the SMA/Composite beam can be controlled by judicious choices of control temperatures, SMA angles, and elastic tailoring.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.14
no.2
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pp.42-47
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2005
Micro duplex stainless steel is used to denote a fine scale two-phase micro structure consisting austenite and firrite. The development of this structure was done by proper thermo-mechanical processing. The objective of present investigation is to study creep characteristics of this alloy. Since we have little design data about the W behaviors of the alloy. An apparatus has been designed and built fir conducting creep tests under constant load conditions. A series of creep tests on them have been performed to get the basic design data and life prediction of micro duplex stainless steel products and we have gotten the 1311owing results. First the stress exponents decrease as the test temperatures increase. Secondly, the creep activation energy Gradually decreases as the stresses become higher. Thirdly, the constant of Larson-Miller Parameters on this alloy is estimated as about 5. Last, the fiactographs at the creep rupture show both the ductile and brittle fracture modes according to the creep conditions.
The effect of carbon on the microstructure and texture of low carbon steels was investigated in a series of 1.6 Mn-0.3Cr-0.2Mo-0.001B steels with carbon ranging from 0.021 to 0.048%. Intensity of {111} orientation increased with decreasing the carbon content, resulting in the increase in $r_m$ value. The highest $r_m$ value of 1.30 was obtained in 0.021%C steel annealed at $820{\sim}850^{\circ}C$ according to the typical galvannealing heat cycle. Martensite volume fraction was not substantially affected by the annealing temperature. It was found that the fine and uniformly distributed martensite particles which were present in amounts of about 5% volume fraction were desirable for the highest $r_m$ value. The other factor affecting the high $r_m$ value was the preferred epitaxial growth of retained ferrite with {111} orientation into austenite during cooling.
Shape memory alloys (SMAs) have the ability to recover their original shape upon thermo-mechanical loading even after large inelastic deformation. The unique feature is known as pseudoelasticity and shape memory effect caused by the crystalline structural transformation between two solid-state phases called austenite and martensite. To support the engineering application, a number of constitutive models, which can be formally classified into either micromechanics-based or phenomenological model, have been developed. Most of the constitutive models include a kinetic law governing the crystallographic transformation. The present work presents a one-dimensional, phenomenological constitutive model for SMAs in the context of the unified viscoplasticity theory. The proposed model does not incorporate the complex mechanisms of phase transformation. Instead, the effects induced by the transformation are depicted through the growth law for the back stress that is an internal state variable of the model.
This study was performed to determine the repair weldability of the damaged Ni type superalloy used for gas turbine blade. The experimental works included the evaluation of the microstructures of the damaged blade, selection of the repair welding procedure, characterization of repair weldment and finding the heat treatment procedures for repaired weldment. The morphology of the microstructure for the base metal was composed of austenite matrix with cubical ${\gamma}^{\prime}$ phase, MC type coarse precipitates located within grain and fine $M_{23}C_6$ type precipitates decorated at grain boundaries. The repair welding process using 90 amp current exhibited the best weld properties showing no weld microcracks. The solution and aging heat treatments of the repaired weldment could recover the original service properties of the damaged blade.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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