A virtual manufacturing system that is composed of JMatPro, a material modeler and $DEFORM^{TM}$-HT, a finite element package is applied to the hot press forming process: high temperature material properties for each phase such as flow stress, elastic modulus, Poisson's ratio, thermal expansion coefficient, in addition to TTT curve are predicted by JMatPro and taken into $DEFORM^{TM}$-HT to predict the material behavior considering phase transformation and heat transfer simultaneously. In order to verify the accuracy of computation, the residual stress and the springback were compared with the experimental measurements. Both the predicted and measured principal residual stresses and amount of springback were in good agreement. It was also found that the residual stresses generated from hot press forming are not negligible as it has been generally assumed, although the springback deformation is quite small.
In response to growing environmental and collision-safety concerns, the automotive industry has gradually used high-strength and ultla-high-strength steels to reduce the weight of automobiles. In order to overcome inherent process disadvantages of these materials such as poor formability and high springback at room temperature, hot forming has recently been developed and adopted to produce some important structural parts in automobiles. This method enables manufacturing of components with complex geometric shapes with minimal springback. In addition, a quenching process may enhance the material strength by more than two times. This paper investigates mechanical and forming characteristics of high-strength boron-alloyed steel with hot forming, in terms of hardness, microstructure, residual stress, and springback. In order to compare with experimental results, a finite element analysis of hot forming process coupled with phase transformation and heat transfer was carried out using DEFORM-3D V6.1 and also, to predict high temperature mechanical properties and flow curves for different phases, a material properties modeler, JMatPro was used.
Influence of Si contents on the mechanical properties and microstructure of austempered ductile iron was investigated. Four different Si contents between 2.0 and 2.9% were used. Austenitizing was performed at $890^{\circ}C$ for 2 hrs and austempering temperatures were both 340 and $380^{\circ}C$ for 0.5, 1, and 2 hrs. Nodule content was more than $300/mm^2$ and nodularity was more than 90%. Microstructure was revealed using nital and retained austenite was measured by x-ray diffractometer. Tensile test, no-notch Charpy impact test and wear test were performed. Tensile strength was improved as Si content increased and both elongation and impact toughness had peak at 2.6%Si. The specimen austempered at $380^{\circ}C$ showed lower tensile strength than that of $340^{\circ}C$, but showed higher elongation. However, austempering temperature of $380^{\circ}C$ was desirable because that of $340^{\circ}C$ was close to lower bainite transformation. As austempering time increased, tensile strength and elongation were improved and optimum condition was obtained for 2 hrs heat treatment.
The interdiffusion characteristics of Cu-plug/Capping Layer/NiSi contacts were investigated. Capping layers were deposited on Ni/Si to form thermally-stable NiSi and then were utilized as diffusion barriers between Cu/NiSi contacts. Four different capping layers such as Ti, Ta, TiN, and TaN with varying thickness from 20 to 100 nm were employed. When Cu/NiSi contacts without barrier layers were furnace-annealed at $400^{\circ}C$ for 40 min., Cu diffused to the NiSi layer and formed $Cu_3Si$, and thus the NiSi layer was dissociated. But for Cu/Capping Layers/NiSi, the Cu diffusion was completely suppressed for all cases. But Ni was found to diffuse into the Cu layer to form the Cu-Ni(30at.%) solid solution, regardless of material and thickness of capping layers. The source of Ni was attributed to the unreacted Ni after the silicidation heat-treatment, and the excess Ni generated by the transformation of $Ni_2Si$ to NiSi during long furnace-annealing.
The growth characteristics of bainite at early stage in the fast quenched spheroidal graphite cast irons containing 0.06%Mn and 0.45%Mn during austempering process, was investigated with optical and scanning electron microscope. The following results regarding the effects of Mn and isothermal heat treatment on the morphological variation of bainitic ferrite were obtained. The morphology of bainite varies from acicular below 350$^{\circ}C$ to feather shape above 350$^{\circ}C$. The period of isothermal treatment also affects the shape of bainite at the fixed temperature. At 350$^{\circ}C$, bainite is bamboo leaf-like up to 200 secs of isothermal holding time and with further increasing time up to 300 secs, changes to a mixed structure consisting of both feather and bamboo leaf and, finally becomes all feather shape at 900 secs. The morphology of bainitic ferrite formed at early stage of 300$^{\circ}C$ isothermal treatment is similar to that of bainitic ferrite formed at 250$^{\circ}C$ or 350$^{\circ}C$ with unbranched, linear ferrite. However, bainitic ferrite divides into branches with increasing isothermal treatment, which occurs more fast at 400$^{\circ}C$ than at 350$^{\circ}C$. The difference in adding amount of Mn influences the morphology of bainitic ferrite in upper bainite. The bainitic ferrite with 0.45%Mn is observed to be more stable than that with 0.06%Mn, remaining unbranched for a longer period at the same temperature.
The possibility of using bulk talc as molding material was reviewed and tested with the measurement of thermal properties and computer simulations. The measured thermal conductivity and heat diffusivity($k{\rho}c$) of talc were $2.4W/m^{\circ}C$ and $6.6{\times}10^6J^2/m^4^{\circ}C^2s$, respectively. Thermal properties of talc could be ranked between those of sand mold and iron mold. Talc transforms into cristobalite and enstatite at $910^{\circ}C$, During the transformation volume and structure change, cracks appear on the surface and distortion occurs. Therefore talc can be used for molding material below $910^{\circ}C$ if carefully treated. Computer simulation was carried out to test whether talc insert could promote directional solidification in sand mold and iron mold. In sand mold, it was possible to achieve directional solidification of thin plate casting with the length to thickness ratio of 15, if both iron insert and talc insert were used. In iron mold, it was possible to achieve directional solidification only with talc insert.
Phase stabilized leucite, which has high coefficient of thermal expansion, was synthesized, and its thermal expansion behavior was investigated. The homogeneous leucite phase was synthesized by solid state reaction from the mixture of $K_2CO_3-Al_2O_3-SiO_2$. and its stabilization from tetragonal to cubic phase was attempted by adding $Cs_2CO_3$ into starting materials. And fine powder with an average particle size of a few hundreds ${\mu}m$ were fabricated by planetary milling. During milling, amorphization of leucite was observed and recrystallized after heat treatment. The thermal expansion behavior of tetragonal and cubic leucite has measured and discussed. The average coefficient of thermal expansion of tetragonal and cubic phase leucite from room temperature to $750^{\circ}C$ was $21.4{\times}10^{-6}/^{\circ}C$ and $14.5{\times}10^{-6}/^{\circ}C$, respectively.
Tyranno SA (SiC-polycrystalline fiber, Ube Industries Ltd.) shows excellent heat-resistance up to $2000^{\circ}C$ with relatively high mechanical strength. This fiber is produced by the conversion process from a raw material (amorphous Si-Al-C-O fiber) into SiC-polycrystalline fiber at very high temperatures over $1500^{\circ}C$ in argon. In this conversion process, the degradation reaction of the amorphous Si-Al-C-O fiber accompanied by a release of CO gas for obtaining a stoichiometric composition and the subsequent sintering of the degraded fiber proceed. Furthermore, vaporization of gaseous SiO, phase transformation and active diffusion of the components of the Si-Al-C-O fiber competitively occur. Of these changes, vaporization of the gaseous SiO during the conversion process results in an abnormal SiC-grain growth and also leads to the non-stoichiometric composition. However, using a modified Si-Al-C-O fiber with an oxygen-rich surface, vaporization of the gaseous SiO was effectively prevented, and then consequently a nearly stoichiometric SiC composition could be obtained.
There are a number of studies on chemically strengthened glass. Most of them are strengthened in molten salt bath below transformation range of glass. This research is distinguished from the aforementioned studies in that single $KNO_3$ powder was used by employing screen printing technique. In this study soda-lime-silicate(SLS) glasses for bulletproof glass application with various thicknesses were used. The maximum value of the bending strength is 791MPa heat treated at $480^{\circ}C$, which is about 4.3 times higher than the parent glass, which is the highest strength of all soda-lime glasses. In this study, it is also observed that Vickers hardness increased to $657H_v$, which is about 15% higher than the parent glass($568.7H_v$) and fracture toughness was not changed. Depth profiles measured by electron probe micro analyzer(EPMA) showed a correlation between the migrations of $K^+$ ions with bending strength of ion exchanged glasses.
Bi-2223 superconducting wires were fabricated by stacking, drawing process with different precursor powders and different heat-treatment histories. The precursor powders were 2 kinds of Pb content. And a part of the tapes were experienced pre-annealing process which caused tetragonal structure of Bi-2212 phase to orthorhombic structure of it was during drawing process. We confirmed the transformation of Bi-2212 phase from tetragonal structure to orthorhombic structure and reduction of second phases. XRD and DC magnetization analysis were performed in order to investigate the fraction of Bi-2223 phase in Bi-2223/Ag HTS tape. We could achieve best Ic of 70 A class at the Bi-2223/Ag tape using low Pb content of precursor powder and experienced pre-annealing process. DC magnetization analysis was useful to investigate the fraction of Bi-2223 phase in the Bi-2223/Ag tape.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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