Semi-solid forming of the high melting point alloys such as steel is a promising near-net shape forming process for decreasing manufacturing costs and increasing the quality of the final products. This paper presents the microstructure characteristics of SKH51 (high speed tool steel) during heating and holding in the mushy zone between $1233^{\circ}C$ and $1453^{\circ}C$, which has been measured by differential scanning calorimetry (DSC). The results of heating/holding experiments showed that the grain size and the liquid fraction increased gradually with temperature up to $1350^{\circ}C$. The drastic grain growth occurred at heating above $1380^{\circ}C$. The strain-induced melt-activated (SIMA) process has been applied to obtain globular grains in the billet materials. Working by mechanical upsetting and successive heating of SKH51 into the temperatures in the mushy zone resulted in globular grains due to recrystallization and partial melting.
The main purpose of the present study has been placed on investigating the effects of controlled rolling and cooling on the microstructures and mechanical properties of C-Si-Mn-V steels for cold forming. The steels were manufactured in vacuum induction melting(VIM) furnace and casted to 1.1ton Ingots and the ingots were forged to $\Box150$ billet. The forged billets were reheated in walking beam furnace and rolled to coil, the stocks were rolled by Controlled Rolling and Cooling Technology (CRCT), so rolled at low temperature by water spraying applied in rolling stage and acceleratly cooled before coiling. Rolled coils were cold drawed to the degree of $27\%$ of area reduction without heat treatment. Microstructual observation, tensile test, compression test and charpy impact tests were conducted. The mechanical properties of the steels were changed by area reduction of cold drawing and it is founded that there are optimum level of cold drawing to minimize compression stress for these steels. From the result of this study, it is conformed that mechanical properties and microstructure of C-Si-Mn-V steels for cold forming were enhanced by accelerated cooling and founded optimum level of cold drawing.
본 연구에서는 3차원 변형형상을 갖는 소재에서 상하금형면의 마찰이 다른 경우에, 작각주 소재와 비직각주 소재(non-prismatic block)에 대해서 적용할 수 있는 동적 가용 속도장(kinematically admissible velocity field)을 유도해 내고자 한다.이론계산에 있어서 가공경화를 고려하기 위해 소성변형 영역을 유한개의 요소들로 나누고 이들 각 요소에 대해서 유효변형도, 유효응력을 계산하여 에너지 소비율을 계산하였다.
This study examined the cause of the wrinkle defect which is frequently encountered in wire rod rolling of low carbon steel$(C0.08\~0.13wt.\%)$. Even a small defect on the surface of rolled bars can easily develop into fatal cracks during cold heading process of low carbon steel, and it is therefore necessary to minimize inherent defects on the surface of hot rolled bars. Hot rolling process of low carbon steel was analyzed to identify the cause of the wrinkle defect in conjunction with FE analysis. The integrated analysis revealed that the wrinkle defect initiated in the first stage of rolling, and it was at the billet edge where severe deformation and drastic temperature drop were present. To elucidate the micro-mechanical mechanism of the wrinkle defect, hot compression tests were carried out at various temperatures and strain rates using Gleeble-3800. The surface profile of the each other compressed specimens was compared, and rough surface lines were observed at relatively low temperatures. Those surface defects can develop into wrinkles during multi-pass rolling. To control the wrinkle defect in rolling, it is necessary to design an adequate caliber which can minimize the loss of ductility, and thereby prevent flow localization. To use the result of this study fur other steels, the quantitative measure of the wrinkle defect and flow localization parameter should be proposed.
The process design of hot forging, asymmetric to symmetric rib-web shaped steel, which is used for the turnout of express rails has been studied. Owing to the great difference in shape between the initial billet and the final forged product, it is impossible to hot forge the rail in a single stage operation. The numerical simulation for hot forging of asymmetric shape to symmetric shape was carried out by using commercial FEM code, DEFORMTM-2D. For comparison with the simulation results, a experiment of flow analysis using plasticine was also carried out. The results of the flow experiment showed good agreement with those of the simulation.
Process design of hot forging, asymmetric to symmetric rail, which is used for the turnout of railway express has been investigated. Owing to the big difference in shape between the initial billet and the final forged product, it is impossible to hot forge the rail in a single step. Therefore, multi step forging as well as die design for each step are necessary for the production. The deformation behavior during hot forging has been analyzed by the numerical simulation through commercial FEA software, DEFORM$^{TM}$-2D. Modification of the design and repeated simulation have been carried out on the basis of the simulation result. For comparison with the simulation results, flow analysis experiment using plasticize has been also carried out. The results of the flow analysis experiment showed good agreement with those of the simulation. Therefore, the developed process design could be applied to the actual production.
The semi-solid metal forming process has been applied to realize a near-net shape fabrication of a high speed tool steel. A complicatedly shaped part out of SKH51 was successfully manufactured by introducing pertinent materials, tooling and processing conditions. A SKH51 billet with globular grains was heated at temperatures between 1300 and $1350^{\circ}C$ using high frequency induction heater to get semi-solid microstructure before high rate injection of mushy metal into a die cavity for the forming process. It was necessary to control the preheating of dies between 300 and $400^{\circ}C$ to maintain the homogeneous microstructure during the semi-solid metal forming process. Significant defects such as pores, high fraction of liquid fraction and segregation could be removed from the part by using air vents.
MMC has excellent mechanical properties in many ways in automotive industrial, and get into the spotlight as a light materials substituted for iron and steel. But the know-how about MMC research lack, MMC is expensive and difficult to apply the sound parts. Especially it is difficult to produce the hollow type parts composed with MMC. Therefore, hollow type parts of metal composites by using thixoforming process which as co-existing solidus-liquidus phase, it is very important to obtain forming condition. In this study, MMC billet producted by electro-magnetic stirring and mechanical stirring process is formed to hollow type parts of thixoforming process and inspected of suitability for application. It is optimized production condition, and applied to experiment. After variable materials were produced for thixoforming process, it were inspected of suitability for application by comparsion with mechanical properties. In this study, used materials were A357, A380 10%vol, and 20%vol SiCp, and the size of particultes were 14$\mu\textrm{m}$ and 5.5$\mu\textrm{m}$.
A three-dimensional model was developed in order to simulate heat and fluid flow of a continuous casting billet. The model was coded with the general-purpose CFD program FIDAP, using the finite element method. The present model consists of 2 individual calculation schemes, named model 1 and model 2. Mold region only was calculated to check the pouring stream through submerged nozzle with model 1. Entire region, which consists of mold, secondary cooling, radiation cooling was calculated to predict crater end position, temperature profile and solid shell profile(model 2). Standard $k-{\bullet}\hat{A}$ turbulence model has been applied to simulate the turbulent flow induced by submerged nozzle. Enthalpy method was adopted for the latent heat of solidification. Fluid flow in mushy zone was treated using variable viscosity approach. The more casting speed and superheat increased, the more metallurgical length increased. The shell thickness at the mold exit is proved to be mainly controlled by superheat by the present simulation. It may be concluded that the present model can be successfully applied far the prediction of heat and fluid flow behavior in the continuous casting process.
The metal flow and the strain distribution is investigated for the steady state and non-steady state bulk deformation processes by using an improved visioplasticity method which includes the effective smoothing scheme. The comparison of various smoothing schemes leads to the selection of the five- point least square smoothing method which is employed to reduce the measurement errors. As a steady state forming process experiments are carried out for axisy- mmetric forward extrusion through conical and curved dies of various area reduc- tions using Aluminum and steel billets. Axisymmetric backward extrusion is chosen for a nonsteady state forming process. In axisymmetric forward extrusion the results from visioplasticity show that the curved die of a fourth-order polynomial renders more uniform distribution of strain rates and strains. Higher reduction leads to greater strain rates at the outer side of the billet. The visioplastic observation for axisymmetric backward extrusion as a non-steady state deformation process shows the concentration of higher strain at the inner wall of the extruded product. The visioplastic results in forward extrusion are in agreement with the computed results by the finite element method. It is thus shown that the visio- plasticity combined with a smoothing technique is an effective method to determine the pattern and the distribution of strain rates and strains.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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