Semisolid A356 slurries were prepared by electromagnetic stirring casting and by inoculation of Al-5Ti-B master alloy. As stirring time and addition of Al-5Ti-B are different, the grain size of the primary phase is different. Through the experiment of rheocast in a Buhler horizontal die casting machine, it was found that the finer the equiaxed primary dendrites, the smoother the die filling and better cast quality. Small equiaxed primary dendrite also results in less liquid segregation on the surface.
This paper studies on the dynamic properties of Ti-6Al-4V alloy. After forming the four different micro structures(equiaxed, lamellar, and 2 bimodals) through heat treatments, static and dynamic properties of each structure were investigated quantitatively. Dynamic behaviors of the alloy are observed by the compressive split Hopkinson pressure bar(SHPB) tests. In additon, parameters of Johnson-Cook equation were determined from the SHPB test results. In order to verify the suitability of the parameters, high velocity impact tests were performed and the results were compared with the numerical analysis results. Although the flow stress and the fracture strain of the bimodal structures were higher than those of the equiaxed structure at the static tests, the superior dynamic properties were observed at the equiaxed structure due to the effects of higher maximum flow stress and fracture strain. From the numerical analysis, J-C parameters which are determined on this study describe well the dynamic behavior of Ti-6Al-4V alloy. Experimental and analysis results are consistent with ${\pm}5%$ of an average error.
Effect of cold rolling on microstructural changes has been investigated for a Zn-15%Al alloy to elucidate the reason for its work softening behavior. Fully annealed microstructure of the Zn-15%Al alloy is characterized by ${\eta}$ grains and (${\eta}+{\alpha}$) lamellar colonies, where ${\eta}$ and ${\alpha}$ are Zn-rich HCP and Al-rich FCC phases, respectively. The hardness decreases continuously with increasing cold rolling degree, exhibiting work softening behavior. It is revealed that during the cold rolling, (${\eta}+{\alpha}$) lamellar colonies gradually change into equiaxed ${\eta}$ and ${\alpha}$ grains due to dynamic recrystallization at room temperature, while pre-existing ${\eta}$ grains are only deformed without recrystallization. Furthermore, cold rolling causes the precipitation of dissolved Al solutes in ${\eta}$ grains. In view of these results, change of (${\eta}+{\alpha}$) phases from lamellar to equiaxed morphology, which results in structural softness and increase in equiaxed ${\eta}/{\alpha}$ grain boundaries with higher mobility, and deterioration of solution hardening by precipitation of Al solutes from ${\eta}$ grains, are thought to contribute to the work softening of Zn-15%Al alloy.
Bars of OFHC Cu with the diameter of 45 mm were processed by equal channel angular pressing up to 16 passes via route $B_c$, and homogeneity of their microstructures and mechanical properties was examined at every four passes which develop the equiaxed ultrafine grains. In general, overall hardness, yield strength and tensile strength increased by 3, 7, and 2 times respectively compared with those of unECAPed sample. Cross-sectional hardness exhibited a concentric distribution. Hardness was the highest at the center of bar and it decreased gradually from center to surface. After 16 passes, overall hardness decreased due to recovery and partial recrystallization. Regardless of the number of passage, yield strength and tensile strength were quite uniform at all positions, but elongation showed some degree of scattering. At 4 passes, coarse and ultrafine grains coexisted at all positions. After 4 passes, uniform equiaxed ultrafine grains were obtained at the center, while uniform elongated ultrafine grains were manifested at the upper half position. At the lower half position, grains were equiaxed but its size were inhomogeneous. It was found that inhomogeneity of grain morphology and grain size distribution at different positions are to be attributed to scattering in elongation but they did not affect strength. The present results reveal the high potential of practical application of equal channel angular pressing on fabrication of large-sized ultrafine grained bars with quite homogeneous mechanical properties.
Aluminum alloy-based additive manufacturing (AM) has emerged as a popular manufacturing process for the fabrication of complex parts in the automotive and aerospace industries. The addition of an inoculant to aluminum alloy powder has been demonstrated to effectively reduce cracking by promoting the formation of equiaxed grains. However, the optimization of the AM process parameters remains challenging owing to their variability. In this study, the response surface methodology (RSM) was used to predict the crack density of AM-processed Al alloy samples. RSM was performed by setting the process parameters and equiaxed grain ratio, which influence crack propagation, as independent variables and designating crack density as a response variable. The RSM-based quadratic polynomial models for crack-density prediction were found to be highly accurate. The relationship among the process parameters, crack density, and equiaxed grain fraction was also investigated using RSM. The findings of this study highlight the efficacy of RSM as a reliable approach for optimizing the properties of AM-processed parts with limited experimental data. These results can contribute to the development of robust AM processing strategies for the fabrication of high-quality Al alloy components for various applications.
Beta-sialon powder(Z=1) was synthesized by the simultaeous reduction and nitridation of the mixed powders of Hadong kaolin and silica. Silicon hydroxide was prepared from Si-alkoxide by a hydrolysis method and amorphous silica was obtained from the calcination of the prepared silicon hydroxide. Hadong kaolin was mixed with both the silicon hydroxide and amorphous silica, respectively. The average particle size was 4${\mu}{\textrm}{m}$ and the morphology of particle was rod-like and equiaxed in the case of beta-sialon powder prepared form Hadong kaolin and silicon hydroxide(COMPOSITION A), whereas the average particle size was 3${\mu}{\textrm}{m}$ and the morphology of particle was equiaxed in the case of beta-sialon powder prepared from Hadong kaolin and amorphous silica(COMPOSITION B). The synthesized beta-sialon powders were hot-pressed at 175$0^{\circ}C$ for 2 hours under 30 MPa in a nitrogen atmosphere after YAG composition(8wt%) was added to these powders as a sintering agent. The hot-pressed specimens were annealed a 140$0^{\circ}C$ for 4 hours in a nitrogen atmosphere. The mechanical properties of sintered bodies were investigated in terms of M.O.R., fracture toughness and hardness. The measured values are as follows. COMPOSITION A : M.O.R. 508MPa, KIC 3.5MN/m3/2, hardness 13.6GPa. COMPOSITION B : M.O.R. 653MPa, KIC 5.4MN/m3/2, hardness 13.5GPa.
Heat treatment conditions of 88.5% asymmetrically cold rolled oxygen free copper (OFC) sheets have been studied to obtain an equiaxed fine microstructure with a grain size of less than 10 ㎛. The commercial OFC sheets with the thickness of 10 mm were asymmetrically cold rolled by using equal speed asymmetric rolling (ESAR) processes and total rolling reduction. The thickness of the rolled sheets were 88.5% and 1.15 mm, respectively. An equiaxed fine microstructure of OFC sheets with a grain size of 6.0 ㎛ were obtained when the asymmetrically cold rolled OFC sheets were heat treated at 180℃ for 40 minutes. The tensile strength of the asymmetrically cold rolled specimen increased from 217.6 MPa to 396.1 MPa, while the elongation of the specimen asymmetrically cold rolled and heat treated increased from 29.0% to 66.9% along with an 8% increase of the tensile strength.
Engine valve-shaped TiAl-Mn intermetallics containing 43.5 to 47.5at%Al (Mn/Al=0.036) are successively fabricated by reactive sintering the elemental powder mixtures near-net shaped by extrusion and die forging. A duplex structure consisted of lamellar grains and equiaxed $\gamma$ grains is developed for all compositions, and the areal fraction of the lamellar grains(or equiaxed $\gamma$ grains) decreases (or increases) with increasing Al content. As Al content increased, the elongation increases with accompanying decrease in yield strength and ultimate tensile strength at both room temperature and 80$0^{\circ}C$. This indicates that the suitable composition is Ti-45at%Al-1.6at%Mn in considering the balance of ambient and elevated tensile properties. The reactive-sintered Ti-45Al-1.6Mn alloy shows superior oxidation resistance not only to the plasma arc melted one but also to the heat resistance steel STR35(representative exhaust valve head material for automotive engine). The reactive-sintered Ti-45Al-1.6Mn alloy coated with an oxidizing scale exhibits a better wear resistance than induction hardened martensitic steel STR11(representative exhaust valve tip material for automotive engine).
Manufacturing process of Ti-6Al-4V alloy billet was investigated with FEM simulation and experimental analysis. Before the breakdown process of Ti-6Al-4V alloy ingot, FEM simulation for the breakdown processes of Ti-6Al-4V alloy ingot was used to calculate the forging load and state variables such as strain, strain rate and temperature. In order to breakdown the ingot structure and make an equiaxed structure billet, two different processes were employed for a VAR/VAR processed Ti-6Al-4V alloy ingot. Firstly, the ingot was cogged in single-phase $\beta$ field at the temperature of $1,100^{\circ}C$. In the process, the coarse and inhomogeneous structure developed by the double melting process was broken down. The second breakdown was performed by upsetting and cogging processes in $\alpha+\beta$ phase field to obtain the microstructure of fine equixed $\alpha$ structure in the matrix of transformed $\beta$. Finally, the mechanical properties of Ti-6Al-4V alloy billet made in this work were compared with those of other billet and ring product.
${\alpha}-SiC$ powder with or without the addition of 0.1 wt% of large ${\alpha}-SiC$ partices(seeds) was pressureless-sintered at $1950^{\circ}C$ for 0.5, 2, and 4 h using $Y_3Al_5 O_{12}$ (yttrium aluminum garnet, YAG) as a sintering aid. The materials without seeds had an equiaxed grain struture. In contrast, the materials with seeds sintered for 2 and 4 h had a duplex microstructure with large elongated grains and amall equiaxed grains. Addition of large ${\alpha}-SiC$ seeds into ${\alpha}-SiC$ accelerated the grain growth of some ${\alpha}-SiC$ grains during sintering and resulted in the increased fracture toughness of the sintered materials. The fracture toughnesses of materials with or without seeds sintered for 4 h were 6.6 and $5.2 MPa \;m^{12}$, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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