Metallurgy Commons^™

Atomistic Monte Carlo Simulation Study Of Phase Transitions In Metal Alloys, Xiaoxu Guo

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

The atomic-scale Monte Carlo simulation study focuses on the intrinsic behaviors of a defect-free crystal that undergoes a cubic-to-tetragonal martensitic transformation. The quasi-spin variable associated with the lattice sites characterizes the local unit cells of the orientation variants of the ground-state martensite phase, which interact with each other through long-range elastic interactions. It is shown that the diffuse scattering in the premartensitic austenite state results from the spatial correlation of the atomic-scale heterogeneous lattice displacements and manifests the displacement short-range ordering. The effects of temperature, elastic anisotropy, and shear modulus softening on the diffuse scattering and displacement short-range ordering are …

Analysis Of Post-Deposition Recrystallization Processing Via Indium Bromide Of Cu(In,Ga)Se2 Thin Films, Deewakar Poudel, Benjamin Belfore, Tasnuva Ashrafee, Shankar Karki, Grace Rajan, Angus Rockett, Sylvain Marsillac

Applied Research Center Publications

Cu(In,Ga)Se₂ (CIGS) thin films were deposited at low temperature (350 °C) and high rate (10 µm/h) by a single stage process. The effect of post-deposition treatments at 400 °C and 500 °C by indium bromide vapor were studied and compared to the effect of a simple annealing under selenium. Structural, electrical, and chemical analyses demonstrate that there is a drastic difference between the different types of annealing, with the ones under indium bromide leading to much larger grains and higher conductivity. These properties are associated with a modification of the elemental profiles, specifically for gallium and sodium.

Application Of Laser Assisted Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification On Aluminum And 3d Printed Titanium, Eman Hassan, Thomas Crouse

Williams Honors College, Honors Research Projects

A novel surface treatment, laser assisted ultrasonic nanocrystal surface modification (LA-UNSM), has proved effective in increasing surface hardness, and fatigue life. The objective of this research is to determine the effectiveness of this process on components created with additive manufacturing. To accomplish this, we investigated the effectiveness of LA-UNSM treatment on aluminum, a common 3d printed metal, and the effectiveness of LA-UNSM processing on 3d printed titanium. We first conducted our own literature review to assess the practicality of using this same treatment on aluminum. We then treated traditionally manufactured aluminum at varying levels of laser intensity to determine if …

Jominy Hardenability Tester Redesign, Dennis Kopacz, Shadoe Beatty, Thomas Benenati, Jared Mclean, Matthew Yokosuk

Williams Honors College, Honors Research Projects

Our project is Redesigning a Hardenability Tester. The goal of this project is to figure out how to incorporate an intensive quenching system to the current design from last years group. An intensive quench is a new system that is safer to harden steel and it hardens steel more effectively than other quenching processes. This will be achieved through testing the initial design to make sure it is able to run. After that as a group we will take this system through a design process to introduce a safe process of intensive quenching to the tester.

Exploring Rapid Solidification And Equal Channel Angular Pressing In The Fabrication Of Mg-Based Alloys For Medical Applications, Emily Tom

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

The development of magnesium bioresorbable implants has become increasingly popular due to the increased need for temporary implants and magnesium’s excellent biocompatibility and suitable elastic modulus. Even though magnesium is an excellent candidate, when alloyed with other metals magnesium’s corrosion rate becomes too rapid for bioresorbable medical applications. The investigation into novel processing techniques to control the formation of precipitates to improve mechanical strength and ductility as well as corrosion rates has become of interest. This work investigates the combination of two nonequilibrium processing techniques, rapid solidification (RS) and equal channel angular pressing (ECAP), and the effects it has on …

Development Of An Undergraduate Welding Laboratory For Research And Education, Hamid Eisazadeh, Alok K. Verma

Engineering Technology Faculty Publications

The shortage of welders in Hampton Roads area, where many shipyards are located, is becoming severe for shipbuilding in coming years. Many welding engineers graduated from universities located out of state, tend to go back to companies near their home, after receiving couple years of welding experience at Hampton Roads shipyards. Therefore, it is critical to train local welders. In order to address the welding workforce needs of Hampton Roads, the Department of Engineering Technology at Old Dominion University has recently launched an initiative for developing a laboratory for welding processes (LWP) for supporting educational and research activities in its …

ผลของอุณหภูมิและเวลาการอบอ่อนที่มีต่อโครงสร้างและประสิทธิภาพการกักเก็บประจุสังกะสีไอออนของผงทังสเตน, กอกฤษต สองเมือง

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

แบตเตอรี่สังกะสีไอออนแบบชาร์จได้ (ZIB) ถือเป็นหนึ่งในอุปกรณ์กักเก็บพลังงานที่น่าสนใจ เนื่องจากมีคุณสมบัติด้านความปลอดภัยและคุ้มค่าของราคา อย่างไรก็ตาม งานวิจัยศึกษาวัสดุแคโทดของแบตเตอรี่ ZIB เพื่อให้ได้แบตเตอรี่ที่มีความจุสูงและหมุนเวียนนั้นยังมีไม่แพร่หลาย ดังนั้นการศึกษาวัสดุแคโทดยังคงต้องการการศึกษาเพิ่มเติม ในงานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาขั้วแคโทดสำหรับใช้ในแบตเตอรี่ ZIB โดยใช้ทังสเตนออกไซด์เป็นวัสดุแคโทดสำหรับ ZIB จากงานวิจัยพบว่าขั้วแคโทดทังสเตนออกไซด์ให้ค่าความจุของแบตเตอรี่อยู่ที่ 158 mA h g-1 ณ กระแส 0.1A g-1 อีกทั้งมีประสิทธิภาพการใช้ซ้ำที่ 96% ในการทดสอบจนถึง 1,000 รอบ และมีค่าความหนาแน่นของพลังงานที่โดดเด่น อยู่ที่ 102Wh kg-1 ที่ 116 W kg-1 นอกจากนี้ งานวิจัยนี้ยังแสดงให้เห็นภาพจำลองกลไกในการแทรกตัวของสังกะสีไอออน Zn2+ แบบย้อนกลับในโครงสร้างขั้วแคโทด ดังนั้นงานวิจัยนี้ถือเป็นแนวทางการศึกษาและออกแบบเพื่อใช้ทังสเตนออกไซด์เป็นขั้วแคโทดในแบตเตอรี่ ZIB ที่มีสมรรถนะสูง

การผลิตโฟมอะลูมิเนียมโดยใช้ลูกบอลเกลือที่ออกแบบเป็นตัวสร้างรูพรุน, จุฑานนท์ บุญประเสริฐ

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้มีจุดประสงค์เพื่อศึกษากระบวนการผลิตโฟมอะลูมิเนียมที่มีโครงสร้างรูพรุนแบบเปิดด้วยการใช้ลูกบอลเกลือเป็นตัวสร้างรูพรุนรวมถึงสมบัติทางกลของโฟมอะลูมิเนียม โดยเริ่มต้นศึกษาการผลิตและสมบัติของลูกบอลเกลือซึ่งมีรูปร่างทรงกลม โดยเลือกใช้ลูกบอลเกลือเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 mm และอะลูมิเนียมผสมเกรด ADC 12 เพื่อนำไปผลิตโฟมอะลูมิเนียมด้วยวิธีการหล่อแบบแทรกซึมที่ใช้ความดันที่อุณหภูมิ 650 และ 700°C โดยใช้แรงดันจากแก๊สอาร์กอน 1 และ 2 bar และใช้ระยะเวลาหลอม 10 และ 30 นาที ผลการศึกษาสมบัติของลูกบอลเกลือพบว่าโครงสร้างจุลภาคของลูกบอลเกลือหลังการเผาผนึกมีความเป็นเนื้อเดียวกันมากขึ้น ส่งผลให้ความแข็งแรงอัดของลูกบอลเกลือสูงขึ้น กระบวนการผลิตนี้สามารถผลิตโฟมอะลูมิเนียมที่มีรูพรุนแบบเปิดได้ ซึ่งโครงสร้างของชิ้นงานโฟมจะมีโพรงอากาศขนาดใหญ่เนื่องจากการแทรกซึมของน้ำโลหะอะลูมิเนียมเพียงบางส่วนในชิ้นงานเมื่อใช้อุณหภูมิ 650°C ความดัน 1 bar และเวลา 10 นาที โครงสร้างจุลภาคของชิ้นงานโฟมประกอบด้วยเนื้อพื้นเมตริกซ์อะลูมิเนียมที่มีเฟสซิลิกอนกระจายตัวอยู่ นอกจากนี้ ความแข็งแรงอัดของโฟมอะลูมิเนียมขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ แรงดัน และเวลาที่ใช้ในการผลิต โดยที่อุณหภูมิ 700°C ชิ้นงานส่วนใหญ่มีความแข็งแรงจุดครากสูงกว่าชิ้นงานที่อุณหภูมิ 650°C และส่งผลให้การดูดซับพลังงานของชิ้นงานใกล้เคียงกันมากขึ้น เช่นเดียวกับการเพิ่มแรงดันจาก 1 เป็น 2 bar ในขณะที่ระยะเวลาในการหล่อชิ้นงานส่งผลให้ความแข็งแรงจุดครากของชิ้นงานใกล้เคียงกันมากขึ้น และทำให้การดูดซับพลังงานของชิ้นงานสูงขึ้น เมื่อเพิ่มระยะเวลาการหล่อจาก 10 เป็น 30 นาที

การศึกษาผลของการเจือซิลิกอนในกระบวนการอะลูมิไนซิงแบบผงโดยใช้ผงซิลิกอนไดออกไซด์ต่อโครงสร้างจุลภาค และพฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันของชั้นสารประกอบเชิงโลหะนิกเกิล-อะลูมิเนียมบนโลหะผสมพิเศษ In800ht, ณัฐพงษ์ หนันต๊ะ

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ในงานวิจัยนี้ศึกษาผลของเติม SiO2 ในกระบวนอะลูมิไนซิงแบบผงชนิด high-activity โลหะผสมพิเศษ IN800HT ที่มีการเจือซิลิกอนในช่วง 0-37.5 at% อ้างอิงจากสัดส่วนของซิลิกอนที่ได้และอะลูมิเนียมที่เหลือจากปฏิกิริยารีดักชัน โดยวิเคราะห์ผ่านโครงสร้างจุลภาค องค์ประกอบทางเคมี และชนิดของสารประกอบอะลูมิไนด์ของชั้นเคลือบที่เกิดขึ้นจากการเตรียมที่อุณหภูมิ 1000 °C เป็นเวลา 4 ชั่วโมง จากการทดลองพบว่า ชั้นเคลือบของตัวอย่างที่ไม่มีการเจือซิลิกอนประกอบไปด้วย 3 ชั้นย่อย คือ (i) ชั้นนอกที่ของผสมระหว่างสารประกอบอะลูนิไนด์ที่มีความเข้มข้นของอะลูมิเนียมสูง (ii) ชั้นกลางที่มีสารประกอบอะลูมิไนด์ hyperstoichiometric β-(Fe,Ni)Al เป็นหลัก และ (iii) ชั้น interdiffusion zone (IDZ) ที่เป็นชั้นในสุด ซึ่งบ่งบอกถึงการแพร่ของอะลูมิเนียมเข้าไปในโลหะผสมพิเศษ IN800HT ความหนาของแต่ละชั้นย่อยได้รับผลกระทบจากปริมาณ SiO2 ที่เติมลงไป การละลายของซิลิกอนในสารประกอบอะลูมิไนด์มีปริมาณน้อยกว่า 5 at.% เมื่อมีการเจือซิลิกอนในปริมาณสูงขึ้น จะเกิดการแยกตัวของซิลิกอน (Si segregation) บริเวณชั้น IDZ หรือพื้นที่แยกตัวในชั้นกลางของตัวอย่างที่มีการเจือซิลิกอน การเจือซิลิกอนในกระบวนการอะลูมิไนซิงแบบผงโดยใช้ซิลิกอนไดออกไซด์ประสบความสำเร็จเนื่องจากการลดลงของ thermodynamic activity ของ Al สำหรับการทดสอบ cyclic oxidation ที่อุณหภูมิ 1,000°C ภายใต้สภาวะบรรยากาศอากาศแห้งเป็นระยะเวลา 104 ชั่วโมง พบว่า ตัวอย่างที่มีการเจือซิลิกอนมีการเพิ่มขึ้นของน้ำหนักต่ำกว่าตัวอย่างที่ไม่มีการเจือซิลิกอน พฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันแบบ sub-parabolic growth เกิดขึ้นในกรณีของ (1) โลหะผสมพิเศษ IN800HT (3) ตัวอย่างที่ไม่มีการเจือซิลิกอน และ (3) เจือซิลิกอนในปริมาณ 37.5 at% มี ในขณะที่ตัวอย่างที่มีการเจือซิลิกอน 12.5 at% และ 25.0 at% มีพฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันแบบ linear growth เป็นหลัก

The Effects Of Molybdenum, Chromium, And Niobium On Gray Iron For Brake Rotor Applications, Matthew Hasbrouck

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

Brake rotor composition and microstructure must be optimized for thermal and mechanical performance to avoid thermal-mechanical cracking, excessive wear, and to reduce noise. Niobium is an element that increases the strength and wear resistance of gray iron; however, the interaction of niobium with other common alloying elements (chromium and molybdenum) is not well understood. Thirteen gray cast iron alloys were produced with varying levels of carbon equivalent (CE), Cr, Mo, and Nb. Bars with four different diameters (8, 14, 22, and 30 mm) were cast from each alloy and microstructural and physical properties such as graphite flake morphology, pearlite spacing, …

Role Of Eta Phase Evolution On Creep Properties Of Nickel Base Superalloys Used In Advanced Electric Power Generation Plants, Ninad Mohale

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

Advanced fossil energy power generation plants require materials that withstand high temperatures and corrosive environments. One such material that is used in steam turbines is Nimonic 263. It is a nickel-base superalloy that is principally strengthened by gamma primephase (Ni₃(Ti, Al)) and has an L1₂structure. At extended times and at turbine operating temperatures however, eta (Ni₃Ti) phase is known to form at the expense of gamma prime. Eta has a complex DO₂₄structure and is the stable phase between 750°C and 900°C, but with slow kinetics of formation. Little is understood about eta …

Analyzing Variation In Dispersoid Formation In Aluminum Alloys By Minor Changes In Homogenization Temperature, Brendan Treanore

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

The homogenization of billets in the aluminum extrusion industry is a critical step that removes chemical segregation from casting, dissolves low melting point phases, forms nanoscale dispersoid phases, and promotes the beta to alpha transformation of iron particles in the matrix. With ever increasing use of aluminum extrusion in the automotive industry there is a constant need for increased efficiency and consistency in processing of extruded aluminum. The work in this thesis explores the effects of 10°C differences in the homogenization temperature on the formation of dispersoids in 6082 alloys used in the automotive industry. The role of dispersoids is …

The Investigation Of The Underlying Microstructure Associated With Fracture Features In 6061 Cold Sprayed Aluminum, Justin White

UNF Graduate Theses and Dissertations

Cold gas dynamic spraying commonly known as cold spray is a process currently used for restoration, re-tolerancing, and application of coatings. With additional resources allocated towards the development of a through process model aimed at predicting the properties of bulk material produced via the Cold Spray process, more lab testing and investigation must be done to capture the effects of the varying microstructure in CS materials. The properties of ultra-fine-grained materials are derived from data collected from coarse grained materials and processes that do not accurately capture the effects as elevated strain rates and ultra-fine-grained materials. The lack of property …

Viability Of A Proposed Transparent Fluid Model For Analog Metal Casting Filling Process, Andres Segura Irazoqui

Dissertations and Theses @ UNI

This research work was conducted to develop a proposed transparent fluid model to mimic dross formation and dispersion in metal castings during the mold filling process. The major cause for dross formation includes the air entrainment, surface turbulence, and bubbles, which create oxide films inside the molten metal. The oxide films are trapped inside the casting after solidification causing detrimental effects on the mechanical properties of the casting.

The objective of the investigation was to explore the feasibility using phenolic urethane as a transparent fluid material to investigate air entrainment mechanism. The experimentation consists of the following materials: the phenolic …

ผลของความหยาบผิวของโลหะผสม Ti-6al-4v ที่ขึ้นรูปด้วยวิธีการพิมพ์สามมิติต่อลักษณะทางสัณฐานวิทยาของท่อนาโนไทเทเนียมไดออกไซด์และความต้านทานการกัดกร่อน, ปาณิสรา พุทธสุวรรณ

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

นอกจากวัสดุไทเทเนียมจะนิยมนำมาใช้เป็นวัสดุทดแทนกระดูกหรือข้อต่อที่เสียหายเนื่องจากมีสมบัติที่ดีในเรื่องของความแข็งแรงสูง มีความต้านทานการกัดกร่อนสูงและมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพแล้ว การสร้างท่อนาโนไทเทเนียมไดออกไซด์ก็ใช้กันอย่างแพร่หลายในการปรับสภาพผิววัสดุเช่นกัน เนื่องจากช่วยส่งเสริมการยึดเกาะของเซลล์และให้การตอบสนองของเซลล์ได้ดีกว่าพื้นผิวโลหะเอง แม้มีการศึกษาหลายชิ้นได้รายงานความสัมพันธ์ระหว่างท่อนาโนไทเทเนียมไดออกไซด์กับอัตราการเชื่อมประสานของเซลล์ แต่อย่างไรก็ตามอัตราการกัดกร่อนของชั้นท่อนาโนไทเทเนียมไดออกไซด์ภายใต้สภาวะการใช้งานนั้น ๆก็มีความจำเป็นที่ต้องศึกษาเช่นกัน ในงานนี้เราได้ศึกษาผลจากการปรับสภาพผิวที่ถูกเตรียมด้วยเงื่อนไขต่าง ๆ ต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนของวัสดุ Ti-6Al-4V และลักษณะทางสัณฐานวิทยาของชั้นท่อนาโนไทเทเนียมไดออกไซด์ซึ่งการศึกษาจะแบ่งเป็น 2 กลุ่มคือกลุ่มที่ทำการปรับสภาพผิวด้วยการขัดและกลุ่มที่ทำการปรับสภาพผิวด้วยการขัดต่อด้วยการแอโนไดซ์ โดยจะทำการวัดความหยาบพื้นผิวที่เตรียมได้ก่อนการแอโนไดซ์โดยเครื่องวัดความหยาบผิวและศึกษาลักษณะพื้นผิวหลังแอโนไดซ์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดและศึกษาพฤติกรรมการกัดกร่อนในสารละลายฟอตเฟสบัฟเฟอร์ซาลีนโดยเทคนิคโพเท็นชิโอไดนามิกโพลาไรเซชัน ผลการวิจัยชี้ให้เห็นว่าก่อนการแอโนไดซ์ความหยาบผิวที่เตรียมได้ไม่มีความสัมพันธ์กับอัตราการกัดกร่อนโดยตรง แต่อย่างไรก็ตามหลังจากแอโนไดซ์พบว่าความหยาบผิวตั้งต้นจากการเตรียมผิวก่อนแอโนไดซ์มีผลต่อลักษณะการเกิดท่อนาโนไทเทเนียมไดออกไซด์ รวมถึงอัตราการกัดกร่อนมีความสัมพันธ์กับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง ค่าส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อและลักษณะการเรียงตัวของท่อที่เกิดขึ้น

New Horizons For Processing And Utilizing Red Mud, M. Archambo

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

Red mud is an industrial slurry waste that is produced as a byproduct of the Bayer process for alumina. The waste is generated in large quantities, up to a ratio of 2:1 against the valued product alumina. Red mud exhibits many chemical and physical properties that categorize it as a hazardous material. Due to the addition of sodium hydroxide in processing, the pH is typically at values close to 13. Small particle size discourages separation from water for disposal, so drying red mud happens over many years.

The pH of red mud can be reduced with inexpensive reagents. Carbon dioxide …

Anaerobic Reductive Bioleaching Of Manganese Ores, Neha Sharma

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

The increasing demand of manganese in the industries and various hindrances in its production from low grade ores by conventional method has made it imperative for researchers around the world to develop a method of manganese extraction from low grade ores that is both environment friendly and economical. Bioleaching has shown significant potential in manganese extraction and efficiencies of extraction have been found to be 70-98% with the help of various bacteria and fungi.

This study focuses on extraction of manganese with the help of mixed bacterial strains that have been collected from their natural anaerobic environment. The extraction of …

Recovery Of Phosphorus From Florida Phosphatic Waste Clay, Amir Eskanlou

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

This MS thesis examines the recovery of phosphorus (P) from Florida waste clay (WC). A comprehensive literature review revealed that: (i)-The most important values being lost to WC are P and rare earth elements (REEs). For the recovery of these values from WC, two crucial attempts are the removal of extremely fine-sized clays, followed by the recovery of phosphate content, which can pave the path for the recovery of REEs; (ii)-Any scientific/ technological solution should, at the same time, be economically and environmentally attractive to the industry. As such, moving from mostly chemical separation processes to the primarily physical/ physicochemical …

Thermo-Fluid Characterizations Of The Powder-Bed Fusion Additive Manufacturing Processes Using Laser And Electron Beam, M Shafiqur Rahman

LSU New Orleans Theses and Dissertations

The powder-bed fusion (PBF) process is a subdivision of Additive Manufacturing (AM) technology where a heat source at a controlled speed selectively fuses regions of a powder-bed material to form three-dimensional (3-D) parts. Two of the most effective PBF processes are selective laser melting (SLM) and electron beam additive manufacturing (EBAM), which can fabricate full-density metallic parts in a layer-by-layer fashion. In this study, thermal behavior and melt-pool dynamics in the PBF process are investigated by developing 3-D multiphysics-based thermo-fluid models for both SLM and EBAM, containing Ti-6Al-4V alloy as a powder-bed material. The laser and electron beams are modeled …

Mechanical Alloying-Assisted Coating Of Fe–Al Powders On Steel Substrate, Alfian Noviyanto, Sri Harjanto, Wahyu Bambang Widayatno, Agus Sukarto Wismogroho, Muhamad Ikhlasul Amal, Nurul Taufiqu Rochman

Makara Journal of Technology

The coating layer of Fe–Al powders on the steel substrate was prepared by mechanical alloying at room temperature. Fe, Al, and the steel substrates were milled with high-energy ball milling for 32 h with a ball-to-powder ratio of 8 in an argon atmosphere to prevent oxidation during milling. Although mechanical alloying was performed for 32 h, no new phases were observed after mechanical alloying, as analyzed by X-ray diffraction. However, the crystallite size of the milled powders for 32 h decreased by factor two compared with the initial powders. Scanning electron micrographs showed that the coating layers formed >8 h …