The effect of the mold preheat temperature on the solidification crack strength was investigated in AC2B aluminum alloy. A tension type apparatus as part of a solidification crack test which could measure the stress-strain relationship quantitatively was utilized. The evaluation of the solidification crack strength with varying mold preheat temperatures was performed by the test procedure established in this research. When the mold preheat temperatures were $250^{\circ}C$, $150^{\circ}C$ and $50^{\circ}C$, the solidification crack strengths were found to be $7.8Kgf/cm^2$, $12.9Kgf/cm^2$ and $28.6Kgf/cm^2$, respectively. In the same way, when the mold preheat temperatures were $250^{\circ}C$, $150^{\circ}C$ and $50^{\circ}C$, the corresponding temperatures of the failure sites were $610^{\circ}C$, $600^{\circ}C$ and $571^{\circ}C$, and the calculated solid fractions were 14.0%, 29.3% and 50.8% when the specimens failed, respectively. The solidification crack strength increased in proportion to the solid fraction of the failure site. The solidification crack strength obtained in this test is assumed to reflect the effects of metallurgical factors on the thermo-plastic characteristics of a solidifying alloy such as the grain size of the solid, the grain morphology, and the distribution of solid grain.
Numerical solution of thermal stress by CAE analysis could be an effective method in product development stage of castings to predict and treat the problem of solidification cracking of castings. Quantitative stress-strain data are necessary, in this case. Tension type apparatus of a solidification crack test which can measure stress-strain relationship quantitatively was developed and the test procedure was established by this research. Solidification crack strength obtained from the following test procedure could be utilized to evaluate it in terms of effect factors on thermo-plastic characteristic of solidifying alloy such as grain size of solid, grain morphology, distribution of solid grain, etc. Proposed test procedure is as follow: Prediction of temperature at the failure site of solidification cracked specimen by computer simulation of solidification, Calculation of solid fraction of the failure site from thermodynamic solution of solidification under Scheil condition.
The interest of austenitic heat resistant stainless steels containing high Si has increased because they have higher resistance of oxidation and higher strength at high temperature than STS 310. This study carried out Varestraint test for evaluation of solidification cracking sensitivity of 14 different stainless steels. As a result of Varestraint test, all specimens solidified as primary ferrite, and solidification crack sensitivity increased with adding $N_2$ to shielding gas. Nb and W had beneficial effect on solidification crack resistance in case of less than FN 2 containing, but crack sensitivity increased with Nb and W in case of more than FN 2. Ce had beneficial effect on solidification crack resistance but impaired weld bead appearance.
Aluminium alloy castings, which can be not only manufactured in larger geometrically complex shapes, but also show good mechanical properties in addition to light weight, have kept their potential use as structures in the field of automotives, industrial machines and aircrafts. The variations of eutectic Si size a great effect on the elongation, impact value, fracture toughness and fatigue crack propagation rate without changes in the tensile strength or yield strength. The cooling curves with the solidification rate between $1.4^{\circ}C\;/min$ and $19.1^{\circ}C\;/min$ were obtained. With the increase of solidification rate, DAS, eutectic Si size and grain size were all decreased, which enhanced the mechanical properties. The tensile strength and yield strength were the most greatly influenced by DAS, and the elongation and impact value by eutectic Si size.
The tendency and degree of hot cracking of high strength 5083, 6N01 and 7N01 Al alloy welds by using DCSP-GTAW through modified Varestraint test and autogenous butt welding were investigated. In hot cracking test, 6N01 alloy showed the highest susceptibility to hot cracking in the weld metal and HAZ. Cracking susceptibilities generally increased with increase of solidification temperature range of the base metal and bead penetration-to-width ratio of the weld metal. The cracks in welds of the alloys vertically formed to solid-liquid interface and propagated along with columnar grain boundaries. The fracture facets of cracks showed the typical morphology of solidification crack observed as dendritic structures. Especially, in 6N01 alloy, liquation cracks which were due to elements of Si, Fe and Mg also observed in HAZ near fusion boundary. In butt welding of different Al alloys, the bead crack was mainly occurred in the welds of 6N01, 7N01 and other Al alloys together with 6N01 or 7N01. In the butt welds of 7N01, it was found that the component of Cu had an effect on the higher susceptibility to the hot cracking.
The effect of additives on the castability of the AC2BS aluminum alloy, which contains 35% recycled scrap, was investigated. For the wide utilization of the recycled scrap AC2BS aluminum alloy, the research results were compared to those with the AC2B virgin alloy, which is typical Al-Si-Cu alloy system. It was confirmed that the addition of Al-5%Ti-1%B increased the ${\alpha}$-Al nucleation temperature during solidification and decreased the grain size through cooling curve and microstructural observations of the recycled alloy. It was also found that an addition of Al-10%Sr decreased the eutectic Si growth temperature during the solidification process and modified the shape of the eutectic Si of the recycled alloy. The characteristics of fluidity, shrinkage and solidification crack strength were evaluated. For the AC2BS aluminum alloy containing 35% recycled scrap, both ${\alpha}$-Al grain refinement due to Ti-B and eutectic Si modifications due to Sr contributed to the improvement of the fluidity. The macro- shrinkage ratio increased with additions of both Al-10%Sr and Al-5%Ti-1%B and the micro-shrinkage ratio increased with the addition of Al-10%Sr but decreased with the addition of Al-5%Ti-1%B. The casting characteristics of TiB and Sr-treated AC2BS aluminum alloy containing 35% recycled scrap are similar to those of AC2B virgin alloy. The improvement of the solidification crack strength of the AC2BS aluminum alloy was possible by the reduction of the grain boundary the stress concentration through the enhancement by both ${\bullet}{\cdot}$-Al refinement and eutectic Si modification. More extensive use of the AC2BS aluminum alloy containing 35% recycled scrap can be expected in the future.
The effect of an aluminum scrap addition ratio on the tensile and solidification cracking properties of the AC4A aluminum alloy in the as-cast state and heat-treated state were investigated in this study. Generally, the expected problem of using scrap in aluminum casting is an increase of hydrogen and Fe element inside the aluminum melt. Another issue is an oxide film which has a weak interface with the molten aluminum and acts as potent nucleation sites for internal porosity and crack initiation. Solidification cracking is one of the critical defects that must be resolved to produce high quality castings. A conventional evaluation method for solidification cracking is a relative and qualitative analysis method which does not provide quantitative data on the thermal stress in the solidification process. Therefore, a newly designed solidification cracking test apparatus was used in this study, and the device can provide quantitative data. As a result, after conducting experiments with different scrap addition ratios (0%, 20%, 35%, 50%), the tensile strengths and elongations in the as-cast state were 214, 187.7, 182.1 and 170.4MPa and 4.6%, 3.4%, 3.1% and 2.3%, respectively. In the case of the T6 heat-treated state, the tensile strengths and elongations were 314.9, 294.6, 293.1 and 271.1MPa and 5.4%, 4.6%, 3.8% and 3.1%, respectively. The strength of the solidification cracking was 3.1, 2.4, 2.2and 1.6MPa as the scrap addition ratio increases.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.9
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pp.1452-1461
/
1997
The hot press apparatus to obtain the solidified rocks with 60mm of diameter against rock waste was developed, and the optimum conditions for solidification were founded out, of which were 300.deg. C of temperature and 1hr of holding time. The solidified rocks reinforced with the fibers (carbon, steel) were made by means of a hydrothermal hot press method. Fracture toughness of those was obtained using the round compact tension(RCT) specimens. Load and displacement behaviours of the solidified rocks reinforced with the fibers were dependent upon the fiber volume fraction and kind of the fibers. Strength and fracture energy of the solidified rocks with steel were much larger than those of the solidified ones with carbon because of the Bridge's effect, multiple cracking and crack branching phenomena.
To check technical improvement in the soundness and strength of 12% Cr steel rotor, a 25 tons of rotor with 65 tons of ingot was made in real size and was cut to pieces to take test samples, and the various mechanical tests such as impact, tensile, creep, and fatigue were carried out. The strengths are compared with those of 1% Cr-Mo-V rotor of same size. Microstructures of the samples are examined and reviewed. The results can be summarized as follows. 1) Fracture appearance transition temperatures are 80.deg. C at the center part and 60.deg. C near surface of 12% Cr rotor, and 8.deg. C near surface of 1% Cr-Mo-V rotor. 2) Comparative rapid softening occurs at higher temperatures above 600.deg. C for 12% Cr steel and 550.deg. C for 1% Cr-Mo-V steel in tension tests. 3) Fatigue crack propagation rate of 12% Cr steel is almost same as that of 1% Cr-Mo-V steel at the same corresponding surface part of the rotors. The crack growth rate of center part of 12% Cr rotor is faster than near surface part of the rotor, and the crack growth rate at the load condition of R=0.04 is slower than that of the load condition of R=0.5 for both 12% Cr steel and 1% Cr-Mo-V steel. 4) Crack growth rate of radial direction near surface of 12% Cr rotor is faster than that of transverse direction at the same part because of the difference in residual stresses. 5) Both creep and fatigue strengths of 12% Cr steel are superior to those of 1% Cr-Mo-V steel and the difference is thought the effect of climb and glide controlled creep by solid solution of alloying elements and dispersion of carbides.
To check technical improvement in the soundness and strength of 12% Cr steel rotor, a 25 tons of rotor with 65 tons of ingot was made in real size and was cut to pieces to take test samples, and the various mechanical tests such as impact, tensile, creep, and fatigue were carried out. The strengths are compared with those of 1% Cr-Mo-V rotor of same size. Microstructures of the samples are examined and reviewed. The results can be summarized as follows. 1) Fracture appearance transition temperatures are 80.deg. C at the center part and 60.deg. C near surface of 12% Cr rotor, and 8.deg. C near surface of 1% Cr-Mo-V rotor. 2) Comparative rapid softening occurs at higher temperatures above 600.deg. C for 12% Cr steel and 550.deg. C for 1% Cr-Mo-V steel in tension tests. 3) Fatigue crack propagation rate of 12% Cr steel is almost same as that of 1% Cr-Mo-V steel at the same corresponding surface part of the rotors. The crack growth rate of center part of 12% Cr rotor is faster than near surface part of the rotor, and the crack growth rate at the load condition of R=0.04 is slower than that of the load condition of R=0.5 for both 12% Cr steel and 1% Cr-Mo-V steel. 4) Crack growth rate of radial direction near surface of 12% Cr rotor is faster than that of transverse direction at the same part because of the difference in residual stresses. 5) Both creep and fatigue strengths of 12% Cr steel are superior to those of 1% Cr-Mo-V steel and the difference is thought the effect of climb and glide controlled creep by solid solution of alloying elements and dispersion of carbides.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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