Apparent mechanical properties in structural components can be different from the initially designed values due to the formation of the residual stress in metal forming and welding. Therefore, the evaluation of residual stress has great importance in the reliability diagnosis of structural components. A nondestructive continuous indentation technique has been proposed to evaluate various strength concerning mechanical properties from the analysis of load-depth curve. In this study, quantitative residual stress estimation on API X65 welded joints for natural gas pipeline was performed by analyzing the variation of indentation loading curve by residual stress through a new proposed theoretical model.
This paper is concerned with the surface hardness measurement of NiP-coated AA7050 using different loads from 10 to 100 g. The surface hardness was observed to increase from 180 to 600 Hv with increasing NiP layer thickness, depending on the load applied for indentation. When NiP coating thickness is thinner than 2 ㎛, the surface hardness of NiP-coated AA7050 was mainly determined by AA7050 substrate, while it was significantly increased by NiP coating layer when NiP coating thickness is thicker than 2 ㎛. Hardness of AA7050 substrate itself was not dependent on the applied load but the hardness of NiP-coated AA7050 was largely influenced by the load applied for indentation. The largest difference of hardness between 10 g and 100g of applied loads, was obtained at the NiP thickness of about 8 ㎛ above which the measured hardness at 10 g reached a maximum value of about 600 Hv. It was also observed that indentation-induced plastic deformation next to the indented zone occurs when NiP layer is 5.64 times thicker than the depth of impression formed by indentation.
The stress-strain relation of aluminum (Al) alloy foam cell wall was evaluated by the instrumented sharp indentation method. The indentation in a few micron ranges was performed on the cell wall of Al-alloy foam having a composition or Al-3wt.%Si-2wt.%Cu-2wt.%Mg as well as its precursor (material prior to foaming). To extract the stress-stram relation in terms of yield stress ${\sigma}_y$, strain hardening exponent n and elastic modulus E, the closed-form dimensionless relationships between load-indentation depth curve and elasto-plastic property were used. The tensile properties of precursor material of Al-alloy foam were also measured independently by uni-axial tensile test. In order to verify the validity of the extracted stress-strain relation, it was compared with the results of tensile test and finite element (FE) analysis. A modified cubic-spherical lattice model was proposed to analyze the compressive behavior of the Al-alloy foam. The material parameters extracted by the instrumented nanoindentation method allowed the model to predict the compressive behavior of the Al-alloy foam accurately.
The friction surfaces of mechanical parts are heat-treated or coated with hard materials to minimize wear. Increasing the hardness is a very useful way to reduce abrasive wear. The general Brinell hardness test, which is widely used for metallic materials, is not suitable because it hardly shows any change in hardness when coated with thin films. In this study, we propose a basis for the application of the new Brinell hardness test method to the coated friction surface. An indentation analysis of the rigid sphere and elastic-perfectly plastic materials is performed using a commercial finite element analysis software. The results indicate that their loadto-diameter ratio is the same; the Brinell hardness test method can be applied even when the indenter diameter is on the micrometer scale. In the case of hard coating, it is difficult to calculate Brinell hardness using the diameter of the indentation, but the study revealed, for the first time, that it can be calculated using the depth of the indentation regardless of coating. The change in hardness owing to thin film coating over a wide load range implies that the hardness evaluation method is appropriate. Additional studies on various properties related to the substrate and coating material are required to apply the proposed method.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1997.05b
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pp.129-136
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1997
The automated ball indentation(ABI) test was utilized to develop a semi-nondestructive method for estimating the fracture toughness( $K_{JC}$ ) in the transition temperature range. The key concept of the method is that the indentation deformation energy to the load at which the mean ball-specimen contact pressure reaches the fracture stress is related to the fracture energy of the material. ABI tests were performed for the reactor pressure vessel(RPV) base and weld metals at the temperatures of-15$0^{\circ}C$~$0^{\circ}C$ and the fracture toughness (estimated $K_{JC}$ ) was calculated from the indentation load-depth data. For all steels the temperature dependence of the estimated fracture toughness was almost the same as that ASTM $K_{JC}$ master curve The reference temperatures( $T_{o}$)of the steels were determined form the estimated $K_{JC}$ versus temperature curves. The reference temperature was well correlated with the index temperature of 41J Charpy impact energy( $T_{41J}$).).).
This study aims to investigate the residual strength of sandwich composites with Al honeycomb core and carbon fiber face sheets after the quasi-static indentation damage by the experimental investigation. The 3-point bending test and the edge-wise compressive strength test were used to find the mechanical properties, and the quasi-static point load was applied to introduce the simulated damage on the specimen. The damaged specimens were finally assessed by the 3-point bending test and the compressive strength test. The investigation results revealed the residual strength of the damaged specimens due to the quasi-static indentation. The both test results showed that the residual strength of the damaged specimen was decreased according to increases of the damaged depth.
The frictional behaviors of Cermets/Cr-Ceramics and Cu-Al coatings of piston ring were investigated. Friction tests were carried out by pin-on-disk test and materials properties of coating layer were analyzed by nano indentation tester. The effect of surface roughness of cylinder liner on the friction coefficient was analyzed. This study provided tribological data of hard and soft piston ring coatings against cylinder liner. The surface roughness does exert an influence on the average friction coefficient, with smoother surfaces generally yielding lower friction coefficients. In case of hard-coating, the scratch depth, width and pile-up height had close relationship with hardness. So the scratch width, depth and pile-up height increases with decreasing friction coefficient. But in case of soft-coating, the friction coefficients are strongly dependent on the morphological characteristics such as, scratch depth, width, pile-up height and elastic modulus.
Lim, Dongkyu;Lee, Jin Haeng;Choi, Youngsick;Lee, Hyungyil
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.10
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pp.1229-1237
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2013
In this study, the theory of spherical indentation based on incremental plasticity is extended to an indentation method for evaluating creep properties. Through finite element analysis (FEA), the point where the elastic strain effect is negligible and the creep strain gradient constant is taken as the optimum point for obtaining the equivalent strain rate and stress. Based on FE results for spherical indentation with various values of creep exponent and creep coefficient, we derive by regression an equation to calculate creep properties using two normalized variables. Finally a program is generated to calculate creep exponent and creep coefficient. With this method, we obtain from the load-depth curve creep exponents with an average error of less than 1.5 % and creep coefficients with an average error of less than 1.0 %.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.22
no.5
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pp.516-522
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2002
For the experimental study of rotor steel, seven kind of specimens with different degradation levels were prepared by isothermal heat treatment at $630^{\circ}C$. Spherical indentation technique was developed to evaluate the flow properties of metallic materials in carbon steel, stainless steel, and alloys, etc. Through the spherical indentation test, differently degraded 1Cr-1Mo-0.25V steel's mechanical properties were observed and compared with conventional standard test data. The flow properties of 1Cr-1Mo-0.25V steel's were estimated by analyzing the indentation load-depth curve. To characterize the flow property, we used material yield slope and constraint factor index rather than strain-hardening exponent because the variation of strain-hardening exponent was very little and the data showed irregularly. And the constraint factor's effect was small when the material yield slope was taken into account.
Choi, Youngsick;Marimuthu, Karuppasamy Pandian;Lee, Jin Haeng;Lee, Hyungyil
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.11
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pp.1079-1089
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2015
In this paper, we propose a method to evaluate the material properties of high-yield strength materials exceeding 10GPa from spherical indentation. Using a regression equation considering four indentation variables, we map the load displacement relation into a stress-strain relation. To calculate the properties of high-strength materials, we then write a program that produces material properties using the loading / unloading data from the indentation test. The errors in material properties computed by the program are within 0.3, 0.8, and 6.4 for the elastic modulus, yield strength, and hardening coefficient, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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