This study was conducted to investigate the microstructure and mechanical properties of friction stir lap joints. Invar 42 and SS 400 were selected as the experimental materials, and friction stir welding was carried out at a tool rotation speed of 200 rpm and welding speed of 100 mm/min. The application of friction stir welding to Invar 42 effectively reduced the grain size in the stir zone; the average grain size of Invar 42 was reduced from $11.5{\mu}m$ in the base material to $6.4{\mu}m$ in the stir zone, which resulted in an improvement in the mechanical properties of the stir zone. The joint interface between Invar 42 and SS 400 showed a relatively sound weld without voids and cracks, and the intermetallic compounds with $L1_2$ type in lap jointed interface were partially formed with size of 100 nm. Moreover, the hook in the advancing side of Invar 42 was formed from SS 400, which contributed to maintenance of the tensile strength. The evolution of microstructures and mechanical properties of friction stir lap jointed Invar 42 and SS 400 are also discussed herein.
The mono steel forged piston was improved a mechanical strength of an aluminum piston and reduced the weight of a articulated piston. The mono steel forged piston was composed of forged crown part and forged skirt part and was completed by friction welding process of two forged parts. Forging process analysis and friction welding analysis was done by finite element simulation using numerical package DEFORM. The preform shape and the initial billet dimension were decided by maximum stress of the die, amount of the flash and filling of die. The upset length of friction welding variable was decided by the shape of the flash that was created by friction welding analysis. Through this research, we developed a forging process of the mono steel forged piston, and decided the design variables of friction welding.
Friction occurs when surfaces that are in contact move relatively between solid surfaces, fluid layers, and materials slide against one another. This friction force causes wear on the contact surface, generates unwanted heat and leads to performance degradation. Thus, much research has been performed to avoid friction reduction. Among these studies, a textured surface that has micro patterns on the surface has drawn attention for its ability to reduce friction. A mathematical model is developed in this study to examine friction reduction due to the texture of a surface. Numerical simulations are carried out with respect to various factors such as the shape aspect ratio and texture depth of a diamond-shaped texture in the hydrodynamic lubrication regime. As a result, a shape aspect ratio of 1 is best for friction reduction.
Wear and scuffing tests were conducted using friction and wear measurement of piston rings and cylinder blocks in low friction diesel engine. The frictional forces, wear amounts and cycles to scuffing in boundary lubricated sliding condition were measured using the reciprocating wear tester. The cylinder blocks were used as reciprocating specimens, and the piston rings with several coatings were used as fixed pin. Several coatings were used such as DLC, TiN, Cr-ceramic and TiAlN in order to improve the tribological characteristics. From the tests wear volume of piston ring surfaces applied various coatings were compared. During the tests coefficients of friction were monitored. Test results showed that DLC coatings showed good tribological properties. TiN and Cr-ceramic coated rings showed good wear resistance properties but produced high friction.
The heat transfer and friction factor characteristics of turbulent flows in three stationary channels have been investigated experimentally to check out the effect of divergence ratio. These are a constant cross-sectional channel and two diverging channels with ratio of divergence(Dho/Dhi) of 1.16 and 1.49. The measurement was conducted within the range of Reynolds numbers from 15,000 to 89,000 and the dimension of uniform cross-sectional test section is $100mm{\times}100mm$ at the cross section and 1,000 mm in length. The measurements of heat transfer coefficients and friction factors in the uniform channels were conducted as a reference. Because of the streamwise flow deceleration, the heat transfer and friction factor characteristics in the diverging channel were quite different from those of the constant cross-sectional channel. The effective friction factors and convective heat transfer coefficients increased with increasing the ratio of divergence of the channel.
Surface texturing of micro-dimples has been used in many manufacturing industries to reduce friction between two sliding contacted surfaces. Surface texturing decreases the frictional force owing to minimizing of the sliding contact area. In this paper, micro-dimples have been fabricated on an Al6061-T6 surface using a two-frequency elliptical vibration texturing (TFEVT) method. A high-frequency of 18 kHz and low-frequency of 250 Hz were applied to an elliptically-vibrated tool holder. The Stribeck curve was plotted to analyze the friction coefficient trends. Furthermore, the representative wetting index, such as the water contact angle (WCA), was measured by considering the friction coefficient. WCA is associated with micro-dimple density and associated parameters. Consequently, the dimpled surfaces with a low friction coefficient exhibited a relatively high WCA in the feed direction. According to the Stribeck curve, the dimpled surfaces demonstrate superior friction performance for mixed-film lubrication compared to the non-textured surface.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제8권2호
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pp.79-83
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2007
The implications of a theory of lubricated pad asperity wafer contact are traced through several fundamental areas of chemical-mechanical polishing. The hypothesized existence of a nanolubrication layer underlies a high accuracy model of polish rates. It also provides a quantitative explanation of a power law relationship between the coefficient of friction and a measure of pad surface flattening. The theory may further be useful for interpreting friction changes during polishing, and may explain why the coefficient of friction is sometimes observed to have a temperature or velocity dependence.
The friction and wear between machine components directly influence the energy loss and failure in various machines. Therefore, there is always a demand for finding methods to reduce friction and wear. Of the possible methods, lubrication is a widely used method for reducing friction and wear. In the case of lubrication, it is important to analyze the tribological behavior in the boundary lubrication because most of friction and wear occurs in the boundary lubrication regime. Cast iron has been regarded as a good material for industrial applications due to the excellent mechanical properties and high productivity. Especially, nodular cast iron is a material that shows better mechanical properties and wear-resistance compared with cast iron due to inclusion of spheroidal graphite. In this work, we investigated the tribological characteristics of nodular cast iron with respect to different counter parts in boundary lubrication regime. Sliding tests were conducted with SUJ2, ZrO2, Si3N4 balls as counter parts using a pin-on-disk type tribotester. The results showed different friction and wear behaviors with different counter parts. The case of ZrO2 showed the lowest wear rate in specimen and no significant ball wear. In case of SUJ2, it showed similar wear rate with ZrO2 case in specimen and the highest friction coefficient. The case of Si3N4 showed the lowest friction coefficient, 33% lower than the case of SUJ2. It showed 16.9 times larger wear rate in specimen and 43% larger wear rate in ball compared to that of the SUJ2 case.
Like many other mechanical dynamic systems, flexible manipulator systems experience stiction or sticking friction, which may cause input-dependent instabilities. Manipulator performance can be enha nced by identifying friction but it is hard and expensive to measure friction by direct and precise sensing of contact displacements and forces. This study addresses the problem of identifying flexible manipulator joint friction. A dynamic model of a two-link flexible manipulator based upon finite element and Lagrange's method is constructed. The dynamic model includes the effects of joint compliances and actuator dynamics. Friction is also incorporated in the dynamic model to account for stick-slip at the joints. Next, the friction parameters are to be determined. The identification problem is posed as an optimization problem to be solved using nonlinear programming methods. A genetic algorithm is used to increase the convergence rate and the chances of finding the global optimum. The identified friction parameters are experimentally verified and it is expected that the identification technique is applicable to a system parameter identification problem associated with a wide class of nonlinear systems.
The purpose of this paper is to investigate the effects of design parameters on the friction loss in piston skirt. An analytical model to describe the friction characteristics of piston skirt has been presented, which is based on the secondary motion of piston and mixed lubrication theory, It could be shown that the skirt friction closely depends on the side force acted on the piston pin. The side force is inf1uenced by cylinder pressure at low engine speed, but by inertia force at high engine speed. The usage of extensive skirt area and low weight piston is effective to reduce the friction loss at high speed. The low viscosity oil considerably decreases viscous friction as engine speed increases, but it increases boundary friction at low engine speed. From the parametric study, it is found that the skirt axial profile is the most important design parameter related to the reduction of skirt friction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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