Metallurgy Commons^™

Compositional Modifications To Alter And Suppress Laves Phases In Alxcrmotayti Alloys, Austin E. Mann, Joseph William Newkirk

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

Herein, the Development of Refractory Complex Concentrated Alloys in the Al–Cr–Mo–Ta–Ti Alloy System is Reported. Alloys with Modified Al and Ta Concentrations Are Designed using CALPHAD Tools and Produced Via Arc Melting and Characterized in Both As-Cast and Annealed Forms. Properties of the Alloys, Nature of the Microstructures, and Phase Transformation Behavior Are Described Via X-Ray Diffraction, Microstructural Characterization, Microhardness, and Differential Scanning Calorimetry. Two Alloys, Namely, Al0.25CrMoTa0.8Ti and Al0.75CrMoTa0.8Ti, Are Represented by a Body-Centered-Cubic Matrix Phase after Annealing, along with a Secondary Cr–Ta Laves Phase of the C15 and C14 Polytypes, respectively. in As-Cast and Annealed Forms, the Al0.75CrMoTa0.45Ti …

Effect Of Sc On Recrystallization Resistance Of Aa7050, Keaton Schmidt

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

The extrusion process involves high temperatures and strains that can result in undesirable microstructures, especially along the surface. Extruded alloys tend to exhibit surface recrystallization during heat treating at regions of higher strains, which can lead to reduced fatigue strength and corrosion resistance. By adding Sc to AA7050, nano-sized dispersoids are formed with Sc cores and Zr shells that restrict recrystallization more than the base alloy that only utilizes Zr. Billets with varying Sc content and a control with only Zr were cast, and extrusions were made in order to compare surface microstructures at varying strains in the as-extruded and …

Recycling Metal Chips Into Usable Materials, Alex Mortensen, Ben Mortensen

Williams Honors College, Honors Research Projects

This report entails the scope, design considerations, and plans for creating a metal chip converter into metal briquettes. The construction is a set of machines with multiple processes to make the conversion happen. The process includes washing fine metal chips, drying them off, compressing them, and melting them down into usable briquettes. This project is intended to make a simple process to recycle metal chips into usable material for reuse. The project's objective is to reduce the costs of storage and recycling waste by offering a solution to recycle it into materials the shop can reuse.

Design And Fabrication Of A High-Performance Heat Exchanger Using An Optimized Three-Dimensional Surface Structure Through Additive Manufacturing, Seth T. Waters

College of Graduate Studies: Theses & Dissertations

A heat exchanger is a device used to transfer thermal energy between two intertwining fluid pathways. In this study, the design of a novel heat exchanger is proposed using functional gradient double gyroid structure. The complex internal geometries of the gyroid structure significantly increases the surface area to volume ratio, and potentially could expressively improve efficiency of the heat transfer. The proposed idea provides a new approach for the design of a high-efficiency heat exchanger. In order to fabricate the complex structured heat exchanger system additive manufacturing is adapted instead of traditionally subtractive manufacturing techniques or casting. The prototypes of …

An Updated Analytical Method For Predicting The Bracing Behavior Of Z-Purlin Supported Standing Seam Diaphragm Systems, Michael W. Seek

Engineering Technology Faculty Publications

Roof systems utilizing Z-purlins as a secondary member supporting a standing seam panel system are used extensively by the metal building industry. The Z-purlins rely on the diaphragm action in the standing seam panel system to provide lateral support and transfer forces to anchorages. The behavior of the standing seam system is highly nonlinear making prediction of the interaction between the Z-purlin and the standing seam system difficult. To better understand the behavior of the interaction between the purlins and the panel system, a series of non-linear shell finite element models were developed based on the test results of simple …

Application Of Multi-Scale Computational Techniques To Complex Materials Systems, Mujan N. Seif

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

The applications of computational materials science are ever-increasing, connecting fields far beyond traditional subfields in materials science. This dissertation demonstrates the broad scope of multi-scale computational techniques by investigating multiple unrelated complex material systems, namely scandate thermionic cathodes and the metallic foam component of micrometeoroid and orbital debris (MMOD) shielding. Sc-containing "scandate" cathodes have been widely reported to exhibit superior properties compared to previous thermionic cathodes; however, knowledge of their precise operating mechanism remains elusive. Here, quantum mechanical calculations were utilized to map the phase space of stable, highly-faceted and chemically-complex W nanoparticles, accounting for both finite temperature and chemical …

A Study On The Impact Of Silicon And Manganese On Peritectic Behavior In Low Alloy Steels Assisted By Mold Thermal Mapping Technology And Shell Growth Measurements, Damilola Balogun, Muhammad Roman, Rex E. Gerald, Laura Bartlett, Jie Huang, Ronald J. O'Malley

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

Non-Uniform Shell Growth Commonly Caused by the Peritectic Transformation in Low Carbon and Low Alloy Steels Has Been Directly Correlated with Mold Thermal Maps using a Mold Immersion Test into a Molten Steel Alloy. Mold Thermal Maps Were Obtained by Performing Real-Time Temperature Measurements with Optical Fibers Embedded 1 Mm from the Mold Working Surface. Shell Growth Measurements Were Obtained by 3D Optical Scanning of the Recovered Steel Shell Following Immersion Testing. the Effects of Silicon and Manganese on the Shell Growth and Mold Temperature Maps Have Been Examined in Relation to the Peritectic Transformation for Varying Carbon Contents. Results …

Performance Evaluation Of Composite Sandwich Structures With Additively Manufactured Aluminum Honeycomb Cores With Increased Bonding Surface Area, M. Rangapuram, S. K. Dasari, Joseph William Newkirk, K. Chandrashekhara, H. Misak, P. R. Toivonen, D. Klenosky, T. Unruh, J. Sam

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

Modern aerostructures, including wings and fuselages, increasingly feature sandwich structures due to their high-energy absorption, low weight, and high flexural stiffness. The face sheet of these sandwich structures are typically thin composite laminates with interior honeycombs made of Nomex or aluminum. Standard cores are structurally efficient, but their design cannot be varied throughout the structure. With additive manufacturing (AM) technology, these core geometries can be altered to meet the design requirements that are not met in standard honeycomb cores. This study used a modified aluminum honeycomb core, with increased surface area on the top and bottom, as the core material …

Phenomenological Analysis Of Surface Degradation Of Metallic Materials In Extreme Environment, Simon N. Lekakh, Oleg Neroslavsky

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

The resistance to surface degradation in metallic alloys plays an important role for the lifetime of the components working in harsh environments. The mechanisms involved in degradation of metallic surface in a high-temperature aggressive gaseous atmosphere include the following: forming adherent to the surface multiphase oxide layer, partial spallation, and possible vaporization of formed compounds. The governing equation, which describes a parabolic growth of adherent layer, time-dependent vaporization, and cross-linked to instantaneous thickness of adherent layer spallation rate, was suggested and analyzed. The several relationships between the kinetic constants were defined from analysis of the governing equation. Design of routes …

Characterization Of Virgin, Re-Used, And Oxygen-Reduced Copper Powders Processed By The Plasma Spheroidization Process, M. Hossein Sehhat, David Perez-Palomino, Connor Wiedemeier, Tristan Cullom, Joseph William Newkirk

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

Fabrication of parts with high mechanical properties heavily depend on the quality of powder deployed in the fabrication process. Copper powder in three different powder types were spheroidized using radio-frequency inductively coupled plasma (ICP) spheroidization process (TekSphero-15 system). The characterized powders include virgin powder as purchased from the powder manufacturer, powder used in electron beam powder bed fusion (EB-PBF) process, and reconditioned powder, which was used powder that underwent an oxygen-reduction treatment. The goal of spheroidizing these powder types was to evaluate the change in powder morphology, the possibility of enhancing the powder properties back to their as-received conditions, and …

Characterization Of Virgin, Re-Used, And Oxygen-Reduced Copper Powders Processed By The Plasma Spheroidization Process, M. Hossein Sehhat, David Perez-Palomino, Connor Wiedemeier, Tristan Cullom, Joseph William Newkirk

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

Fabrication of parts with high mechanical properties heavily depend on the quality of powder deployed in the fabrication process. Copper powder in three different powder types were spheroidized using radio-frequency inductively coupled plasma (ICP) spheroidization process (TekSphero-15 system). The characterized powders include virgin powder as purchased from the powder manufacturer, powder used in electron beam powder bed fusion (EB-PBF) process, and reconditioned powder, which was used powder that underwent an oxygen-reduction treatment. The goal of spheroidizing these powder types was to evaluate the change in powder morphology, the possibility of enhancing the powder properties back to their as-received conditions, and …

Cast Iron Alloy For Automotive Engine Applications With Superior High Temperature Oxidation Properties, Larry Alan Godlewski, Mei Li, Carlos Engler-Pinto, Simon Naumovich Lekakh

Patents

A cast iron alloy is provided with a composition in weight percent (wt.%) of carbon between 2.6 to 3.4 wt.%, silicon between 2.4 to 3.2 wt. %, manganese between 0.3 to 0.6 wt. %, molybdenum between 0.4 to 1.2 wt. %, nickel between 0.6 to 1.75 wt.%, magnesium between 0.01 to 0.075 wt.%, aluminum between 1.8 to 3.5 wt.%, sulfur between 0.003 to 0.025 wt.%, zirconium between 0.001 to 0.02 wt. %, cerium between 0.001 to 0.03 wt. %, lanthanum between 0.0005 to 0.02 wt. %, and a balance of iron and unavoidable trace elements. A part formed from the …

Characterization Of Virgin, Re-Used, And Oxygen-Reduced Copper Powders Processed By The Plasma Spheroidization Process, M. Hossein Sehhat, David Perez-Palomino, Connor Wiedemeier, Tristan Cullom, Joseph William Newkirk

Mathematics and Statistics Faculty Research & Creative Works

Fabrication of parts with high mechanical properties heavily depend on the quality of powder deployed in the fabrication process. Copper powder in three different powder types were spheroidized using radio-frequency inductively coupled plasma (ICP) spheroidization process (TekSphero-15 system). The characterized powders include virgin powder as purchased from the powder manufacturer, powder used in electron beam powder bed fusion (EB-PBF) process, and reconditioned powder, which was used powder that underwent an oxygen-reduction treatment. The goal of spheroidizing these powder types was to evaluate the change in powder morphology, the possibility of enhancing the powder properties back to their as-received conditions, and …

Optimizing The Extrudability Of 6082 Aluminum By Varying The Magnesium And Silicon Concentration, Eli A. Harma

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

Alloy 6082 aluminum is used for high-volume manufacturing in the automotive industry due to its high strength, impact performance, and corrosion resistance. However, given these improved properties, the alloy has decreased formability compared to other 6xxx series alloys, especially in the extrusion process. Controlling the dynamic recovery and recrystallization properties by changing the additions of Mg and Si can improve the hot deformation properties. Five alloys of varying Mg and Si concentrations between 0.6 to 1.2wt% Mg and 0.7 to 1.3wt% Si were made with constant concentrations of Cr, Fe, and Mn and the same homogenization heat treatment. The proposed …

Investigation Of Microstructurally Dependent Mechanical Properties Of Cold Sprayed Copper Using Correlative Microscopy, Quintin Otto

UNF Graduate Theses and Dissertations

This project employs multi-instrument materials characterization to analyze material made with the “Cold Spray” additive manufacturing process. Cold spray is an emerging additive manufacturing technique with unique benefits resulting from its low temperature adhesion process induced by plastic deformation. Metallic powder collides at high speeds creating three dimensional materials and coatings without the need for melting. Copper cold sprayed specimens were analyzed using a series of imaging techniques to characterize the microstructure at varying levels of detail and magnification. Scanning electron microscopy and electron back scattered diffraction were paired with microhardness testing to generate a correlative comparison between microstructure and …

การป้องกันการเกิดออกไซด์ของโลหะดีบุกผสมบิสมัท 1% โดยน้ำหนัก, ภควัต พลมณี

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การเกิดฟิล์มออกไซด์ในดีบุกผสมบิสมัท 1% โดยน้ำหนักบนแผ่นขัดเงาจากปรากฎการณ์ออกซิเดชัน ทำให้ประสิทธิภาพของผงขัดบนแผ่นขัดเงาลดลง เพื่อให้ทราบถึงอัตราการเกิดออกซิเดชันในสภาวะที่ถูกจำกัดปัจจัยการเกิดฟิล์มออกไซด์คือ ออกซิเจนในรูปแบบต่าง ๆ เช่น ความชื้นในอากาศเป็นต้น จึงได้ทำการหาอัตราการเกิดออกไซด์ที่เกิดขึ้นโดยเทคนิคทางเคมีไฟฟ้า และทำการหาชนิดของฟิล์มที่เกิดขึ้นด้วยเทคนิคโฟโตอิเล็กตรอนสเปกโตสโกปี ปัจจัยที่ส่งผลในการเกิดออกซิเดชันที่ได้ศึกษาในงานวิจัยชิ้นนี้คือ เวลา และสิ่งแวดล้อมที่จำกัดออกซิเจนที่อุณหภูมิห้อง ผลของการทดสอบออกซิเดชันมีดังนี้ ในบรรยากาศปกติความชื้น 28%-35% พบการเกิดออกซิเดชันที่เป็นไปตามกฎของพาราโบลาที่มีสมาการคือ x = 8.7041t0.14 โดยที่ x คือความหนาของฟิล์มและ t คือเวลาที่ใช้ทดสอบออกซิเดชัน ในบรรยากาศแก๊สอาร์กอน, สุญญากาศ, บิวเทน และที่ห่อด้วยพลาสติก ไม่ได้ถูกจำกัดด้วยกฎพาราโบลา และมีแนวโน้มที่ฟิล์มจะมีความหนาน้อยกว่า แต่ต้องการเวลาในการทำการทดสอบมากกว่านี้เพื่อให้ได้ผลและแนวโน้มอัตราที่ชัดเจน ในการวิเคราะห์ผลจากเทคนิคโฟโตอิเล็กตรอนสเปกโตสโกปีในชิ้นงานที่ผ่านการทำออกซิเดชันในสุญญากาศและที่จัดเก็บด้วยการห่อพลาสติก พบว่าทั้งสองชิ้นงานโดยรวมแล้วมีชนิดของฟิล์มออกไซด์เป็นแบบเดียวกัน โดยจะประกอบไปด้วยไอออนของสารประกอบ SnO, SnO2, Sn(OH)2 และ Sn(OH)4 ซึ่งจากผลการทดลอง จะได้แบบจำลองของชั้นฟิล์มออกมาเป็นชั้น ๆ คือ ชั้นที่ 1 เป็นผิวนอกสุดมีออกไซด์ SnO2 และ Sn(OH)4 อยู่เป็นกลุ่มก้อนไม่สม่ำเสมอ (คลัสเตอร์) ชั้นที่ 2 เป็น SnO และ Sn(OH)2 ชั้นที่ 3 เป็น SnO2 และ Sn(OH)4

การศึกษาการดูดซับไอออนเงินและทองแดงด้วยผงจากใบว่านหางจระเข้, พิชญา อัครานุรักษ์กุล

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ด้วยสมบัติทางกายภาพของใบว่านหางจระเข้ ที่มีลักษณะเป็นรูพรุน ใบว่านหางจระเข้จึงมีความโดดเด่นและมีโอกาสพัฒนาขึ้นเป็นผงดูดซับสำหรับใช้ในกระบวนการกำจัดโลหะประเภทต่างๆ ในงานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาเกี่ยวกับการกำจัดไอออนเงินและไอออนทองแดงโดยใช้ผงจากใบว่านหางจระเข้ สายพันธ์บาร์บาเดนซิส (Barbadensis) เป็นตัวดูดซับ โดยมีการเตรียมผงด้วยกระบวนการอบให้ใบว่านหางจระเข้แห้งจากนั้นนำไปบดด้วยเครื่องบดละเอียด ตัวแปรการศึกษาประสิทธิภาพการดูดซับประกอบด้วย ปริมาณของตัวดูดซับ (0.2-1.0 กรัม) ค่าความเข้มข้นเริ่มต้นของสารละลายไอออนทองแดงและสารละลายไอออนเงิน (15-50 มิลลิกรัมต่อลิตร) ค่า pH (2-7) รวมทั้งศึกษาไอโซเทอมและแบบจำลองจลนพลศาสตร์ของการดูดซับเพื่อความเข้าใจในกลไกของการดูดซับของผงใบว่านหางจระเข้ ภาพถ่ายจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแสดงให้เห็นว่าผงว่านหางจระเข้มีลักษณะเป็นรูพรุนระดับไมโครเมตร ผลการทดสอบการดูดซับโลหะ ได้แสดงให้เห็นว่าผงของใบว่านหางจระเข้ที่เตรียมขึ้น มีประสิทธิภาพในการดูดซับเงินในสารละลายไอออนเงินสูง เงื่อนไขที่เหมาะสมที่สุดในการดูดซับสารละลายไอออนเงินที่ความเข้มข้นเริ่มต้น 20 มิลลิกรัมต่อลิตร คือปริมาณตัวดูดซับ 0.2 กรัม ค่า pH 7 ซึ่งมีประสิทธิภาพการดูดซับถึงร้อยละ 95.6 ส่วนผลการทดสอบการดูดซับโลหะทองแดงความเข้มข้นเริ่มต้น 20 มิลลิกรัมต่อลิตร ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดใช้ปริมาณตัวดูดซับ 1.0 กรัม ค่า pH 5 ซึ่งมีประสิทธิภาพการดูดซับร้อยละ 65.7 จลนพลศาสตร์ของการดูดซับทั้งในไอออนโลหะทองแดงและไอออนโลหะเงินอธิบายได้ด้วยสมการ pseudo second-order และลักษณะของการดูดซับที่เกิดขึ้นอยู่บนไอโซเทอมแบบแลงเมียร์ งานวิจัยนี้สามารถสรุปได้ว่า ผงจากใบว่านหางจระเข้มีโอกาสในการต่อยอดการพัฒนาเพื่อนำไปใช้ในการดูดซับโลหะจากสารละลายต่างๆ อาทิ ดูดซับโลหะในน้ำยาล้างบริเวณบ่อชุบเพื่อลดความเข้มข้นของโลหะก่อนปล่อยทิ้ง เป็นต้น

Suppressing Aluminum/Silica Exchange Reaction Between High Aluminum Steel And Mold Flux During Continuous Casting Process, Kuanysh Nurbekuly Yermukhanbetov

Masters Theses

"Mold flux plays one of the critical roles in continuous casting of steel. It performs five primary functions: thermal and chemical insulation, lubrication between the steel strand and mold, absorption of inclusions, and promotion of even heat flux. The aluminum/silica exchange reaction occurring between steel and mold flux during the continuous casting process poses significant challenges in the steel industry. This reaction can lead to various defects in the cast product and adversely affect its surface quality, as well as downstream processing.

In this work, effectiveness of two approaches, namely slag dopant additions and electrochemical techniques, in suppressing the exchange …

Elastoplastic Quasi-Static And Impact Load Response Of Steel Structure Sub-Assemblage With Cfrp Strips, Ali Al Aloosi, Zia Razzaq

Civil & Environmental Engineering Faculty Publications

Presented in this paper is the outcome of an experimental investigation of the elastoplastic quasi-static and impact load response of a steel sub-assemblage constructed using a pair of hollow square section members with or without Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) strips. The sub-assemblage consists of a long structural member welded to a short member, thus representing a typical combination of a column and a beam on the face of a multi-story steel building frame. The column is subjected to a lateral quasi-static or impact load. Tests are conducted on four separate steel sub-assemblages. The first two tests are conducted with …

Elastic Properties Of The Non-Mixing Copper Donor Assisted Material In Friction Stir Welding Of Aluminum Alloys Using Nanoindentation, M. Ojha, A. H. Al-Allaq, Y. S. Mohammed, S. N. Bhukya, Z. Wu, A. A. Elmustafa

Mechanical & Aerospace Engineering Faculty Publications

Friction stir welding of high-strength materials such as steels is the impeded by the lack of the vast heat input needed to start the process. Contact friction is considered the most dominant source of heat generation for FSW steels which tends to cause severe wear conditions of the tool hear. To relieve the extreme wear conditions that occur on the tool heads because of FSW steels, we introduce the non-mixing Cu donor stir material to friction stir welding of aluminum alloys. The elastic properties of the Cu donor assisted friction stir welded aluminum alloys are measured using nanoindentation. The hardness …