Forged and flat-bar rolled STD11 tool steel shows anisotropic dimensional change during heat treatment. The dimensional change in the rolling direction is larger than that in the transverse direction. The cause of the anisotropic dimensional change is that the steel is anisotropic in composition, microstructure and other properties. The decrease of anisotropic distortion in tool steel is important for making better precision cold working dies. In this study, the effect of ingot weight and hot rolling reduction ratio on the anisotropic dimensional change of STD11 during heat treatment has been studied. Dimensional change was evaluated by simulating a real heat treatment process, including gas quenching and tempering. Experimental results showed that all the rolled flat-bar products had anisotropic distortion to some degree, but the anisotropic distortion was reduced as hot rolling ratio increased. Ingot weight had a little effect on anisotropic distortion. Microstructural observation showed that the anisotropic dimensional change of STD11 tool steel was closely related to the amount, shape and distribution of coarse carbides.
Jong-Kyu Park;Ki-Hang Shin;Byoung-Chul Choi;In-Duck Park;Ki-Woo, Nam
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.26
no.4_2
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pp.571-576
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2023
In this study, the harmless crack size(ahml) according to the residual stress depth was evaluated using the fatigue limit of SCM440 steel by quenching-tempering(QT) and induction hardening(IH), and threshold stress intensity factor of QT steel. Because the residual stress increased rapidly as the crack depth increased, ahml was determined at the depth of all the crack aspect ratio(As) regardless of Type I-III, and ahml also increased according to the residual stress depth. ahml was minimal at As=1.0 and maximal at As=0.1, but was almost similar on each Type. ahml was small the dependence on As.
The microstructure of a newly developed alloy tool steel (KV1) for casting cold-work press dies was analyzed using advanced scanning electron microscopy. Its mechanical properties and durability in use as piercing inserts were tested. It contained a continuous network structure which originated from the micro-segregation during solidification and was composed of retained austenite and primary carbides. However, after quenching and tempering, its continuity was destroyed due to the decomposition of austenite. The discontinuous spatial distribution and the smaller amount of primary carbide in the network presented KV1 enhanced ductility compared to the common alloy (HK700). The reduced C and Cr, the addition of V resulted in a small amount of primary carbides which primarily consisted of MC, as well as fine and uniform dispersion of precipitates. Owing to these features, KV1 exhibited delayed initiation of chipping when used for piercing inserts.
Surface hardening treatments, such as using the high-frequency induction hardening method, are widely used to increase the fatigue life and prevent the failure of materials by locally increasing the surface hardness. This method, in particular, brings an improvement in static strength by compressive residual surface stress due to the hardening. In this study, the mechanical properties of high-frequency induction hardened SCM440 steel were investigated. These results were also compared with those for base metal and a Q/T (tempering after quenching) treatment specimen. The test results showed that partially high-frequency induction hardened SCM440 steel specimens were more improved in static strength, surface hardness, fatigue limit, and anti-wear than the base metal and Q/T treatment specimens. In particular, the fatigue limit of the high-frequency induction hardened SCM440 steel increased by more than about 52% compared to that of base metal and by about 25% compared to that of the Q/T specimen.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.20
no.6
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pp.10-16
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2021
Drilling is a crucial process that takes up a significant amount of weight during machining operations. In addition, drill tip-type tools and related operations have been developed for manufacturing industries to achieve economic efficiency. In this study, SM45C carbon steel, widely used for machine structures, was utilized as the working material after quenching and tempering. Insert-tip types of carbide tools, such as TiN and TiAlN, were used as tool materials. Drilling conditions such as the spindle revolution, feed rate, step of cut, and tool diameter were used to measure roughness, roundness, and straightness using the orthogonal array table statistical method. The surface roughness, roundness, and straightness characteristics based on the conditions were analyzed using ANOVA. The results showed that the spindle speed and feed rate were the main factors influencing carbide insert-tip drilling under the same conditions as the experimental conditions.
The effect of gas mixing ratios during gas nitrocarburizing treatment on the formation of compound layer and the mechanical properties has been studied for hot work tool steel by using a combined heat treating technique. The thickness of compound and diffusion layers has been shown to grow as a parabolic relation with increasing the amount of ammonia at a given flow quantity of $CO_2$ gas. The compound layer consists mainly of ${\varepsilon}-Fe_3$(C, N) with small amounts of ${\gamma}^{\prime}-Fe_4N$ and ${\alpha}$-Fe. The combined heat treated hot work tool steel has shown that the thickness of compound layer increases with increasing nitrocarburizing time, but the rate of growth slows down as gas nitrocarburizing time goes more than two hours. Tensile properties have given a remarkable improvement. In particular, the wear resistance of combined heat treated hot work tool steel has exhibited an improvement of about 165% greater than that obtained from conventional quenching and multi-tempering treatments.
In order to evaluate the relation between prior structure and fatigue strength on a induction surface hardened medium carbon steel(SAE1050M) for automotive drive shafts, torsional fatigue test were conducted with various cases of different hardened depths and applied loads. Prior structures of the steel such as pearlite, fine pearlite and spheroidal pearlite were prepared by conventional nomalizing, tempering after quenching and spheroidized annealing, respectively. Maximum torsional fatigue strength can be obtained when the case depth is 18~25% diameter of the bar in each prior structure. The effect of case depth on the torsional fatigue strength was different depending on applied load to specimen, but the most good fatigue life was shown in the case of pearlitic structure when the case depth was 4.0~5.5mm(18~25% of bar diameter). Among three different prior structures, energy consumption, to obtain high strength or to get the same case depth, was the most saved in the case of pearlitic structure.
The connecting rod is one of the most important parts in automotive engines, transforming the reciprocal motion of a piston generated by internal combustion into the rotational motion of a crankshaft. Recent advances in high performance automobile engines demand corresponding technological breakthroughs in the materials for engine parts. In the present research, the powder metallurgy (P/M) process was used to replace conventional quenching and/or tempering processes for mass production and ultimately for more cost-efficient manufacturing of high strength connecting rods. The development of P/M alloy powder was undertaken not only to achieve the improvement in mechanical properties, but also to enhance the machinability of the P/M processed connecting rods. Specifically $MoS_2$ powders were added as lubricants to non-normalizing Fe-Cr-Mn-V-C alloy powder to improve the post-sintering machinability. The effects of $MoS_2$ addition on the microstructure, mechanical properties, and machining characteristics were investigated.
Donghee Lee;Kyun Taek Cho;Hyeonmin Yim;Seung-Hwan Oh;Tae Bum Kim;Woo-Byoung Kim
Korean Journal of Materials Research
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v.33
no.12
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pp.558-564
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2023
In this study, we designed and manufactured a large angular contact ball bearing (LACBB) with low deformation using JIS-SUJ2 steel and analyzed changes in its structural characteristics and chemical composition upon heat treatment. The bearing was produced by hot forging and heat treatment including a quenching and tempering (Q/T) process, and its properties were analyzed using 4 mm thick specimens. A difference in the size distribution of the carbide in the outer and inner parts of the bearing was observed and it was confirmed that large and non-uniform carbide was distributed in the inner part of the bearing. After heat treatment, the hardness value of the outer part increased from 13.4 HRC to 61 HRC and the inner part increased from 8.0 HRC to 59.7 HRC. As a result of X-ray diffraction (XRD) measurements, the volume fraction of the retained austenite contained in the outer part was calculated to be 3.5~4.8 % and the inner part was calculated to be 3.6~5.0 %. The surface chemical composition and the content of chemical bonds were quantified through X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and a decrease in C=C bonds and an increase in Fe-C bonds were confirmed.
Nur Maizatul Shima Adzali;Nurul Abidah Mohamad Khapeli;Alina Rahayu Mohamed
Advances in materials Research
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v.13
no.3
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pp.183-194
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2024
D3 tools steel and 440C stainless steel (SS) are normally being employed for application such as knife blade and cutting tools. These steels are iron alloys which have high carbon and high chromium content. In this study, lab work focused on the microstructural and corrosion behavior of D3 tools steel and 440C SS after went through heat treatment processes. Heat treatments for both steels were started with normalizing at 1020 ℃, continue with hardening at 1000 ℃followed by oil quenching. Cryogenic treatment was carried out in liquid nitrogen for 24 hours. The addition of cryogenic heat treatment is believed to increase the hardness and corrosion resistance for steels. Both samples were then tempered at two different tempering temperatures, 160 ℃ and 426 ℃. For corrosion test, the samples were immersed in NaCl solution for 30 days to study the corrosion behavior of D3 tool steel and 440C SS after heat treatment. The mechanical properties of these steels have been investigated using Rockwell hardness machine before heat treatment, after heat treatment (before corrosion) and after corrosion test. Microstructure observation of samples was carried out by scanning electron microscopy. The corrosion rate of these steels was calculated after the corrosion test completed. From the results, the highest hardness is observed for D3 tool steel which tempered at 160 ℃(54.1 HRC). In terms of microstructural analysis, primary carbide and pearlite in the as-received samples transform to tempered martensite and cementite after heat treatment process. From this research, for corrosion test, heat treated 440C SS sample tempered with 426 ℃possessed the excellent corrosion resistance with corrosion rate 0.2808 mm/year.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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