The piston engine is an essential component in automobiles. Since the piston is used in a high temperature and high pressure environment, the piston needs to be manufactured to achieve high strength and high durability. In addition, cost reduction is also an important consideration. In conventional forging, an additional heat treatment after hot forging is necessary to ensure proper mechanical properties for heavy-duty engine pistons. The newly developed manufacturing method lowers production costs by saving manufacturing time and reduces energy consumption. The current paper describes the hot forging of an engine piston made from 38MnSiVS5 micro-alloyed steel using controlled cooling. The finite element analysis was used to check for possible problems and suitable press capacity. Hot forging experiments were then conducted on a 2500tons crank press to evaluate feasibility of the proposed material and process. To check the mechanical properties after hot forging, the forged specimens were tensile tested, and the microstructures were examined in order to compare the results with the conventionally forged material. The skirt region of the as-forged 38MnSiVS5 piston showed better material properties compared to the conventional material. In addition, the total production time was reduced by about 80% as compared to conventional forging.
Deformation characteristics and damage evolution during warm backward extrusion of bulk AZ31 Mg alloy were investigated using finite element analyses. AZ31 Mg alloy was assumed as a hardening viscoplastic material. The tensile tests of AZ31 Mg alloy in previous experimental works showed the ductile fracture even at the warm temperature of $175^{\circ}C$. In this study, damage evolution model proposed by Lee and Dawson, which was developed based on the growth of micro voids in hardening viscoplastic materials, was combined into DEFORM 2D. Effects of forming temperature, punch speed, extrusion ratio and size of work piece on formability in warm backward extrusion as well as on mechanical properties of extruded products were examined. In general, finite element predictions matched the experimental observations and supported the analyses based on experiments. Distributions of accumulated damage predicted by the finite element simulations were effective to identify the locations of possible fracture. Finally, it was concluded that the process model, DEFORM2D combined with Lee & Dawson#s damage evolution model, was effective for the analysis of warm backward extrusion of AZ31 Mg alloys.
Compression tests were conducted at the various temperatures and strain rates to investigate void formation and microstructures behavior of a 1.9wt%C ultrahigh carbon steel used in forged workrolls. The microstructure, grain size and volume fraction of cementite were determined using specimens deformed in the temperature range from 800 to $1150^{\circ}C$ and strain rates from 0.01 to 10/s. It was found from the microstructural analysis that the grain size is larger at higher temperatures and lower strain rate deformation conditions. In addition, a higher volume fraction of cementite was measured at lower temperatures. The brittle blocky cementite was fractured at $800^{\circ}C$ and $900^{\circ}C$ regardless of strain rate. As a result, numerous new micro voids were formed in the fragmented blocky cementite. It was also found that local melting can occur at temperatures of more than $1130^{\circ}C$. Therefore, the forging temperature should be controlled between $900^{\circ}C$ and $1120^{\circ}C$. The temperature rise, which depends on the anvil stroke and velocity, was estimated through cogging simulation to find the appropriate forging temperature and to prevent local melting due to plastic work.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.7
s.172
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pp.27-37
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2005
Direct writing technology on the silicon wafer surface is used to reduce the size of the chip as the miniature trend in electronic circuit. In order to improve the productivity and efficiency, the real time quality estimation is very important in each semiconductor process. In laser marking, marking quality is determined by readability which is dependant on the contrast of surface, the line width, and the melting depth. Many researchers have tried to find theoretical and numerical estimation models fur groove geometry. However, these models are limited to be applied to the real system. In this study, the estimation system for the line width during the laser marking was proposed by process monitoring method. The light intensity emitted by plasma which is produced when irradiating the laser to the silicon wafer was measured using the optical sensor. Because the laser marking is too fast to measure with external sensor, we build up the coaxial monitoring system. Analysis for the correlation between the acquired signals and the line width according to the change of laser power was carried out. Also, we developed the models enabling the estimation of line width of the laser marking through the statistical regression models and may see that their estimating performances were excellent.
Hot embossing, one of Nanoimprint Lithography(NIL) techniques, has been getting attention as an alternative candidate of next generation patterning technologies by the advantages of simplicity and low cost compared to conventional photolithographies. A typical hot embossing usually, however, takes more than ten minutes for one cycle of the process because of a long thermal cycling. Over the last few years a number of studies have been made to reduce the cycle time for hot embossing or similar patterning processes. The target of this research is to develop an induction heating apparatus for heating a metallic micro patterning mold at very high speed with the large-area uniformity of temperature distribution. It was found that a 0.5 mm-thick nickel mold can be heated from $25^{\circ}C\;to\;150^{\circ}C$ within 1.5 seconds with the temperature variation of ${\pm}5^{\circ}C$ in 4-inch diameter area, using the induction heating apparatus.
Dry sliding wear behavior of ultra-fine grained(UFG) plain low carbon dual phase steel, of which microstructure consists of hard martensite in a ductile ferrite matrix, has been investigated. The wear characteristics of the UFG dual phase steel was compared with that of a coarse grained dual phase steel under various applied load conditions. Dry sliding wear test were carried out using a pin-on-disk type tester at various loads of 1N to 100N under a constant sliding speed condition of 0.20m/s against an AISI 52100 bearing steel ball at room temperature. The sliding distance was fixed as 1000m for all wear tests. The wear rate was calculated by dividing the weight loss, measured to the accuracy of 10-5g by the specific gravity and sliding distance. The worn surfaces and wear debris were analyzed by SEM, EDS and profilometer. Micro-vickers hardness of the cross section of worn surfaces were conducted to analyze strain hardening underneath the contact surfaces. The wear mechanism of the UFG dual phase steel was investigated with emphasis on the unstable nature of the grain boundaries of the UFG microstructure.
In this paper, we present a pH measurement method that uses a microcantilever-array-based biosensor system. It is composed of microcantilever array, liquid cell, micro syringe pump, laser diode array, position sensitive detector, data acquisition device, and data processing software. Four microcantilevers are functionalized with pH-sensitive MHA(mercaptohexadecanoic acid) as a probe, while three microcantilevers are functionalized with HDT(hexadecane thiol) as reference. We prepare PBS(phosphate buffered saline) solutions of different pH and inject them into the liquid cell with a predefined volumetric speed at regular time intervals. The functionalized mircocantilevers in the liquid cell deflect as a self-assembled monolayer on the microcantilever binds with probe molecules in the solution. The difference in deflection between the MHA-covered probe microcantilever and the HDT-covered reference microcantilever was used to compensate for thermal drift. The deflection difference clearly increases with increasing pH in the solution. It was shown that when the pH values of the PBS solutions are high, there were large variations in the deflection of microcantilevers, whereas there were small variations for low pH value. The experimental results show that the microcantilever array functionalized with MHA and HDT can detect pH value with good repeatability.
The hemming process, composed of flanging, pre-hemming and main hemming, is the last one of a series of forming processes conducted on the automotive panels, having greater influence on the outward appearance of cars rather than on their performance. The hem quality can be quantitatively defined by the hemming defects including turn-down/up, warp and roll-in/out. However, it is difficult to evaluate and predict the hem quality through an experimental measurement or a numerical calculation since the size of defects is very small. This study aims to precisely evaluate the hemming defects, especially turn-down and roll-in, through numerical and experimental approaches and to investigate the influence of process parameters on the hem quality, focused on how to simulate the same conditions as in the experiment by the finite element analysis (FEA). The FEA results on the turn-down and roll-in obtained from a model composed of the optimum-sized elements, including a spring element linked to the flanging pad, and given the double master contact condition between the inner and outer panels, had a good correlation with the experimental data. It is thought possible to make an early estimate of the hem quality in a practical automotive design by applying the methodology proposed in this study.
Direct energy deposition (DED) is an additive manufacturing technique that involves the melting of metal powder with a high-powered laser beam and is used to build a variety of components. In recent year, it can be widely used in order to produce hard, wear resistant and/or corrosion resistant surface layers of metallic mechanical parts, such as dies and molds. For the purpose of the hardfacing to achieve high wear resistance and hardness, application of high speed steel (HSS) can be expected to improve the tool life. During the DED process using the high-carbon steel, however, defects (delamination or cracking) can be induced by rapid solidification of the molten powder. Thus, substrate preheating is generally adopted to reduce the deposition defect. While the substrate preheating ensures defect-free deposition, it is important to select the optimal preheating temperature since it also affects the microstructure evolution and mechanical properties. In this study, AISI M4 powder was deposited on the AISI 1045 substrate preheated at different temperatures (room temperature to $500^{\circ}C$). In addition, the micro-hardness distribution, cooling rates, and microstructures of the deposited layers were investigated in order to observe the influence of the substrate preheating on the mechanical and metallurgical properties.
Tummalapalli, Murali Krishna;Szpunar, Jerzy A.;Prasad, Anil;Bichler, Lukas
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.12
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pp.4052-4059
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2021
The microstructure of the fuel pellet plays an essential role in fission gas buildup and release and is critical for the safe and continued operation of nuclear power stations. Structural analysis of uranium dioxide (UO2)-molybdenum (Mo) composite fuel pellets prepared at a range of sintering temperatures from 1300 to 1800 ℃ was performed. Mo micro and nanoparticles were used in making the composite pellets. A systematic investigation into the influence of processing parameters during Spark Plasma Sintering (SPS) of the pellets on the microstructure, texture, grain size, and grain boundary characters of UO2-Mo is presented. UO2-Mo composite show significant differences in the fraction of general boundaries and also special/coincident site lattice (CSL) boundaries. EBSD orientation maps demonstrated that <111> texturing was observed in the pellets fabricated at 1500 ℃. The experimental investigations suggest that UO2-Mo composite pellets have favorable microstructural features compared to the UO2 pellet.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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