Titanium nitride (TiN) coatings were produced on AISI 420 stainless steel by DC magnetron sputtering of a Ti target changing the processing variables, such as the flow rate of $N_2/Ar$, substrate temperature and the existence of Ti interlayer between TiN coatings and substrates. The hardness and residual stress in the films were investigated using nanoindentation and a laser scanning device, respectively. The stoichiometry and surface morphology were investigated using X-Ray Diffraction and SEM. The corrosion property of the films was also studied using a polarization method in NaCl (0.9%) solution. Mechanical properties including hardness and residual stress were related to the ratio of $N_2/Ar$ flow rate. The corrosion resistance also was related to the processing variables.
The compressive residual stress, which is induced by shot peening process, has the effect of increasing the intrinsic fatigue strength of surface and therefore would be beneficial in reducing the probability of fatigue damage. However, the effect of shot peening in corrosion environment was not known. In this study, investigated is the effect of shot peening on corrosion fatigue crack growth of SAE 5155 steel immersed in 6% $FeCl_3$ solution and corrosion characteristics with considering fracture mechanics. The results of the experimental study corrosion fatigue characteristics of SAE 5155 are as follows; the fatigue crack growth rate of the shot peening material was lower than that of the non-peening material. And fatigue life shows more improvement in the shot peening material than in non-peening material. This is due to the compressive residual stress of surface increases resistance of corrosion fatigue crack propagation. It is assumed that the shot peening process improve corrosive resistance and mechanical property.
The cost for maintenance (replacement cost) of Ni-superalloy components in plant industry is very expensive because of high unit price of INCONEL 718. A development of repairing technology using kinetic spray process can be very helpful for reducing the maintenance cost. However, it is very difficult to produce well-deposited INCONEL 718 layer showing high interfacial bond strength via kinetic spraying. Thus, INCONEL 718 was deposited on SCM 440 substrate and the interfacial properties were investigated, in order to elucidate the cause of hindrance to the bonding between INCONEL 718 layer and SCM 440 substrate. As a result, it was revealed that the dominant obstacle to the interfacial bonding was excessive compressive residual stress accumulated in the coating layer, resulting from low plastic-deformation susceptibility of INCONEL 718. Nevertheless, the bonding state was enhanced by the post heat-treatment through relieving the residual stress and generating a diffusion/metallurgical bonding between the INCONEL 718 deposit and SCM 440 substrate.
What causes the transformation of a solar cell is the behavior difference of thermal expansion occurred between the substrate and the layer of semiconductor used in the solar cell. Therefore, the substrate has to possess a behavior of thermal expansion that is similar with that of semiconductor layer. This study employed electroforming to manufacture Fe-Ni alloy materials of different compositions. To verify the result from a finite element analysis, a two-dimensional Mo substrate was calculated and its verification experiment was conducted. The absolute values from the finite element analysis of Mo/substrate structure and its verification experiment showed a difference. However, the size of residual stress of individual substrate compositions had a similar tendency. Two-dimensional CIGS/Mo/$SiO_2$/substrate was modeled. Looking into the residual stress of CIGS layer occurred while the temperature declined from $550^{\circ}C$ to room temperature, the smallest residual stress was found with the use of Fe-52 wt%Ni substrate material.
Fatigue failures are often occurred at welded joints where stress concentrations are relatively high due to the joint geometry. Although employing good detail design practices by upgrading the welded detail class enables to improve the fatigue performance, in many cases, the modification of the detail may not be practicable. As an alternative, the fatigue life extension techniques that reduce the severity of the stress concentration at the weld toe region, remove imperfections and introduce local compressive welding residual stress, have been applied. These techniques are also used as definite measures to extend the fatigue life of critical welds that have failed prematurely and have been repaired. In this study, a hammer peening procedure for using commercial pneumatic chipping hammer was developed, and the effectiveness is quantitatively evaluated. The pneumatic hammer peening makes it possible to give the weld not only a favorable shape reducing the local stress concentration, but also a beneficial compressive residual stress into material surface. In the fatigue life calculation of non-load carrying cruciform specimen treated by the pneumatic hammer peening, the life was lengthened about ten times at a stress range of 240MPa, and fatigue limit increased over 65% for the as-welded specimen.
Ultrasonic nanocrystal surface modification (UNSM) is a method to induce severe plastic deformation to a material surface, so that the structure of the material surface becomes a nanocrystal structure from the surface to a certain depth. It improves the mechanical properties, namely hardness, compressive residual stress, and fatigue characteristics. Specimens of SKD61 were tested to verify the effects of the variation of UNSM static load level on fatigue characteristics. The results were as follows: the grain size of SKD61 treated with UNSM became very fine from the material surface to a $100{\mu}m$ depth. The surface hardness of SKD61 was increased up to 37% after UNSM. And fatigue strength at $10^7$ cycles was increased by 8.3, 11.2, and 17.9% respectively, when the static load levels of UNSM were 4, 6, 8 kgf.
In this study, the high strength and superior toughness spring steels as the suspension material, used for automobile and railroad industries were utilized to carry out the following investigations. Corrosion times were controlled in 7, 14, 30 and 60days to examine the relation between corrosion pit and compressive residual stress in the static corrosion environment after shot peened. And then corrosion current and corrosion potential were measured for every 24 hours to investigate the corrosion mechanism. Shot peened material shows the low or rate of corrosion current as compared with unpeened material. In case of peened material which has the highest residual stress, it has a low corrosion current density.
Sung D. Kwon;Sung J. Song;Dong H. Bae;Lee, Young Z.
Journal of Mechanical Science and Technology
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제16권9호
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pp.1084-1092
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2002
The frequency dependency of Rayleigh surface wave is investigated indirectly by measuring the angular dependency of the backward radiation of the incident ultrasonic wave in two kinds of degraded specimens by scuffing or corrosion. Then, the frequency dependency is compared with the residual stress distribution or the corrosion-fatigue characteristics for the scuffed or corroded specimens, respectively. The width of the backward radiation profile increases with the increase of the variation in residual stress distribution for the scuffed specimens. In the corroded specimens, the profile width decreases with the increase of the effective aging layer thickness and is inversely proportional to the exponent, m, in the Paris' law that can predict the crack size increase due to fatigue. The result observed in this study demonstrates high potential of backward radiated ultrasound as a tool for nondestructive evaluation of subsurface gradient of material degradation generated by scuffing or corrosion.
This paper presents a method to minimize the initial deflection of a multi-layer piezoelectric microactuator without loosing its piezoelectric deflection performance required for light modulating micromirror devices. The multi-layer piezoelectric actuator composed of PZT silicon nitride and platinum layers deflects or buckles due to the gradient of residual stress. Based on the structural analysis results and relationship between process conditions and mechanical properties we have modified the fabrication process and the thickness of thin film layers to reduce the initial residual stress deflection without decreasing its piezoelectric deflection performance. The modified designs fabricated by surface-micromachining process achieved the 77% reduction of the initial deflection compared with that of the conventional method based on the measured micromechanical material properties is applicable to the design refinement of multi-layer MEMS devices and micromechanical structures.
The purpose of this study is to establish the predictive method of welding distortion and residual stress for the channel I butt SA (submerged arc) weldment using FEA. In order to do it, the heat input model for the weldment was defined as the combined heat source with the surface heat flux of gaussian distribution and volumetric heat source uniformly distributed within weld groove by comparing the shapes of molten pool and temperature distribution obtained by FEA with those of experiments. The arc efficiency of SA welding for two-dimensional FE analysis was evaluated as 0.85. The welding distortion and residual stress of the weldment obtained by FEA and heat input model proposed have a good agreement with those obtained by experiment. Based on the results, it was suggested that the proper heat input model should be required to evaluate the welding distortion for weldment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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