Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2004.08a
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pp.233-239
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2004
The effect of annealing temperature on microstructures and mechanical properties of the sheets received $88\%$ reduction at cryogenic temperature was investigated for the annealing temperature of $150\~300^{\circ}C$, in comparison with those at room temperature. The presence of equiaxed grains, whose size is about 200nm in a diameter, was observed in 5052 Al alloy deformed $88\%$ and annealed $200^{\circ}C$ for an hour. When compared with the deformation at room temperature, the deformation at cryogenic temperature showed the higher strengths and equivalent elongation after annealing at the annealing temperature below $200^{\circ}C$. However, for annealing above $250^{\circ}C$ materials deformed at cryogenic temperature showed the lower strength than those deformed at room temperature. This behavior might be attributed to the higher rate of recrystallization and growth in materials deformed at cryogenic temperature during annealing, due to the lager density of dislocations accumulated during the deformation.
A wide range of grain size was achieved in a Fe-Cr-Mn austenitic stainless steel (STS) by cold rolling and reversion annealing. The tensile characteristics of the STS were analyzed in terms of the dependence of strain induced martensitic (SIM) transformation on the grain size. In the ultrafine grain regime, the steel showed a high yield strength over 1 GPa, a discontinuous yielding, and a prolonged yield point elongation followed by considerable strain hardening. By increasing the grain size, the discontinuous yielding diminished and the yield point elongation decreased. The microstructural examination revealed that these tensile characteristics are closely related to the suppression of SIM transformation with decreasing the grain size. Especially, the prolonged yield point elongation of the ultrafine grained STS was found to be associated with development of unidirectional ε martensite bands. Based on the microstructural examination of the deformed microstructures, the rationalization of the grain size dependence of SIM transformation was suggested.
In describing the plastic deformation behaviour of ultrafine-grained materials, a phase mixture model in which a polycrystalline material is regarded as a mixture of a crystalline phase and a grain boundary phase has been successful. The deformation mechanism for the grain boundary phase, which is necessary for applying the phase mixture model to polycrystalline materials, is modelled as a diffusional flow of matter along the grain boundary. A constitutive equation for the boundary diffusion creep of the boundary phase was proposed, in which the strain rate is proportional to (stress/grain siz $e^{2}$). The upper limit of the stress of the boundary phase was set to equal to the strength to the amorphous phase. The proposed model can explain the strain rate and grain size dependence of the strength of the grain boundary phase. Successful applications of the model compared with published experimental data are described.
The microstructural evolution of AA1050/AA6061 complex aluminum alloy, which is fabricated using an accumulative roll-bonding (ARB) process, with the proceeding of ARB, was investigated by electron back scatter diffraction (EBSD) analysis. The specimen after one cycle exhibited a deformed structure in which the grains were elongated to the rolling direction for all regions in the thickness direction. With the proceeding of the ARB, the grain became finer; the average grain size of the as received material was $45{\mu}m$; however, it became $6.3{\mu}m$ after one cycle, $1.5{\mu}m$ after three cycles, and $0.95{\mu}m$ after five cycles. The deviation of the grain size distribution of the ARB processed specimens decreased with increasing number of ARB cycles. The volume fraction of the high angle grain boundary also increased with the number of ARB cycles; it was 43.7% after one cycle, 62.7% after three cycles, and 65.6% after five cycles. On the other hand, the texture development was different depending on the regions and the materials. A shear texture component {001}<110> mainly developed in the surface region, while the rolling texture components {011}<211> and {112}<111> developed in the other regions. The difference of the texture between AA1050 and AA6061 was most obvious in the surface region; {001}<110> component mainly developed in AA1050 and {111}<110> component in AA6061.
Similar to other structures, ultimate strength values showing the maximum load that the structure can resist without damaging has great importance on ships. Therefore, increasing the ultimate strength values will be an important benefit for the structure. Low carbon steels used in ships due to their low cost and good weldability. Improving the ultimate strength values without interfering with the chemical composition to prevent of the weldability properties of these steels would be very beneficial for ships. Grain refinement via severe plastic deformation (SPD) is an essential strengthening mechanism without changing the chemical composition of metallic materials. Among SPD methods, equal channel angular pressing (ECAP) is one of the most commonly used one due to its capacity for achieving bulk ultrafine-grained (UFG) materials. When the literature is examined, it is seen that there is no study about ultimate strength calculation in ships after ECAP. Therefore, the mean purpose of this study is to apply ECAP to a shipbuilding low carbon steel to be able to achieve mechanical properties and investigate the alteration of ship hull girder grillage system's ultimate strength via finite element analysis approach. A fine-grained (FG) microstructure with a mean grain size of 6 ㎛ (initial grain size was 25 ㎛) was after ECAP. This microstructural evolution brought about a considerable increase in strength values. Both yield and tensile strength values increased from 280 MPa and 425 MPa to about 420 MPa and 785 MPa, respectively. This improvement in the strength values reflected a finite element method to determine the ultimate strength of ship hull girder grillage system. As a result of calculations, it was reached significantly higher ultimate strength values (237,876 MPa) compared the non-processed situation (192,986 MPa) on ship hull girder grillage system.
In this research, a new medium-entropy alloy with an equiatomic composition of FeCuNi was designed using a phase diagram (CALPHAD) technique. The FeCuNi MEA was produced from pure iron, copper, and nickel powders through mechanical alloying. The alloy powders were consolidated via a high-pressure torsion process to obtain a rigid bulk specimen. Subsequently, annealing treatment at different conditions was conducted on the four turn HPT-processed specimen. The microstructural analysis indicates that an ultrafine-grained microstructure is achieved after post-HPT annealing, and microstructural evolutions at various stages of processing were consistent with the thermodynamic calculations. The results indicate that the post-HPT-annealed microstructure consists of a dual-phase structure with two FCC phases: one rich in Cu and the other rich in Fe and Ni. The kernel average misorientation value decreases with the increase in the annealing time and temperature, indicating the recovery of HPT-induced dislocations.
Nanostructured metallic materials are synthesized by bottom-up processing which starts with powders for assembling bulk materials or top-down processing starting with a bulk solid. A representative bottom-up and top-down paths for bulk nanostructured/ultrafine grained metallic materials are powder consolidation and severe plastic deformation (SPD) methods, respectively. In this study, the bottom-up powder and top-down SPD approaches were combined in order to achieve both full density and grain refinement without grain growth, which were considered as a bottle neck of the bottom-up method using conventional powder metallurgy of compaction and sintering. For the powder consolidation, equal channel angular pressing (ECAP), one of the most promising method in SPD, was used. The ECAP processing associated with stress developments was investigated. ECAP for powder consolidation were numerically analyzed using the finite element method (FEM) in conjunction with pressure and shear stress.
Although magnesium alloy has received much attention to date for its lightweight and high specific strength, their applications are impeded by the low formability which is caused by the hexagonal crystal structure at room temperature. In general, equal-channel angular extrusion(ECAE) is recognized as one of the attractive severe plastic deformation techniques where the processed bulk metals generally achieve ultrafine-grained microstructure leading to improved physical characteristics and mechanical properties. ECAE process has several parameters such as angle of die, process temperature, process route and speed. During ECAE process of Mg alloy, these parameters has great influence on the extrudability and the mechanical properties of alloy. The aim of this study is to estimate the influences of process conditions on the formability of AZ31 and AZ31-CaO alloys. Mg alloys are processed through ECAE at elevated temperatures using three types of die with channel angle of $90^{\circ}$, $110^{\circ}$, $135^{\circ}$ using route $B_c$, respectively. This study discusses the feasibility of using ECAE to improve both formability and strength on magnesium alloys by comparative analyzing the mechanical properties and microstructural evolution in each condition.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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2006.09b
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pp.994-995
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2006
The microstructure of the extruded Al-20Si bars showed a homogeneous distribution of eutectic Si and primary Si particles embedded in the Al matrix. The grain size of ${\alpha}-Al$ varied from 150 to 600 nm and the size of the eutectic Si and primary Si in the extruded bars was about 100 - 200 nm. The room temperature tensile strength of the alloy with a powder size $<26{\mu}m$ was 322 MPa, while for the coarser powder ($45-106{\mu}m$) it was 230 MPa. With decreasing powder size from $45-106{\mu}m$ to $<26{\mu}m$, the specific wear of all the alloys decreased significantly at all sliding speeds due to the higher strength achieved by ultrafine-grained constituent phases. The fracture mechanism of failure in tension testing and wear testing was also studied.
The automotive industry has focused on the development of metallic materials with high specific strength, which can meet both fuel economy and safety goals. Here, a new class of ultrafine-grained high-Mn steels containing nano-scale oxides is developed using powder metallurgy. First, high-energy mechanical milling is performed to dissolve alloying elements in Fe and reduce the grain size to the nanometer regime. Second, the ball-milled powder is consolidated using spark plasma sintering. During spark plasma sintering, nanoscale manganese oxides are generated in Fe-15Mn steels, while other nanoscale oxides (e.g., aluminum, silicon, titanium) are produced in Fe-15Mn-3Al-3Si and Fe-15Mn-3Ti steels. Finally, the phases and resulting hardness of a variety of high-Mn steels are compared. As a result, the sintered pallets exhibit superior hardness when elements with higher oxygen affinity are added; these elements attract oxygen from Mn and form nanoscale oxides that can greatly improve the strength of high-Mn steels.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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