Metallurgy Commons^™

Corrosion Performance Of Zirconium-Based Passivations On Electroplated Zinc Nickel, Madison Morgan Reed

Masters Theses

“Performance requirements for Department of Defense (DoD) electrical components include corrosion and electrical contact resistance. Historically, electroplated cadmium with a chromate conversion coating (CrCC) has been used to meet corrosion and contact resistance standards. However, replacements are needed for these materials because they are toxic and carcinogenic. Electroplated γ-ZnNi has been identified as an acceptable alternative to Cd. This study evaluated commercially available Zr-based thin films and sealers as passivations for potential replacement of CrCCs. Ten different passivations were tested and compared with bare γ-ZnNi. X-Bond and Zircobond passivations were found to provide some improvement to the bare ZnNi corrosion …

Grain Refinement Of High Alloy Stainless Steels In Sand And Directionally Solidified Castings, Dustin Alan Arvola

Masters Theses

"The goal of this research project is to develop an industrially viable melting process that will control the crystallization macrostructure of austenitic grades of cast steels. Titanium nitride (TiN) has proven to be an effective grain refiner of austenite. Theoretical simulation and experimental application has led to the development of a repeatable grain refining melt process for austenitic stainless steel alloys.

Grain refinement of the as-cast structure of Cr-Ni stainless steel alloys solidified with primary FCC, BCC and dual FCC/BCC phases was studied experimentally. Refinement was achieved in both cast ferritic and austenitic grades. Dual solidification of …

Effect Of Microstructural Features On Steel Machinability, Mark C. Emmendorfer

Masters Theses

Non-metallic inclusions can have a tremendous impact on the machinability of steel. Some oxide inclusions such as alumina, spinel, and other refractory abrasive oxide inclusions can have a detrimental effect on machinability. Modification of oxide inclusions by calcium treatment can promote the formation of low melting point oxides such as anorthite and gehlenite inclusions that can assist in chip formation and form a lubricating layer on the rake surface of the machine tool. MnS is known to be beneficial to improving the machinability of steel. They assist in chip formation by being heavily deformed in the primary shear zone. Sulfide …

Effects And Limitations Of Residual Alloying Elements In Silicon Solid Solution Strengthened Ferritic Ductile Iron, Julia Scruton

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

Transitioning from traditional grades of ductile iron to solution strengthened ferritic ductile iron (SSFDI) grades can be difficult because of the need to reduce the amount of pearlite promoting elements, particularly copper and manganese, which are used in traditional grades. Knowing the acceptable threshold of residual alloying elements will allow for more cost-effective tailoring of the charge stream. Data were generated from a series of casting trials with the target grade of EN-GJS-500-14 where the levels of copper and manganese were varied from 0.05% to 0.3% and 0.15% to 0.4% respectively while maintaining silicon in the 3.8%-4.3% range. The pearlite …

Induced Ferromagnetism In Multilayered Graphene In Proximity With Cofe2o4, Himanshu Verma, Dereje Seifu, Shashi P. Karna, Haiping Hong, Mohindar S. Seehra

Faculty & Staff Scholarship

Composites of anisotropic diamagnetic multilayer Graphene (MLG) and ferrimagnetic CoFe2O4 (CFO) nanoparticles (NPs) were synthesized through a one-step sonication process in the presence of a surfactant. The samples were characterized at ambi- ent using x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), Raman spectroscopy, magnetic force microscopy (MFM) and magnetometry (vibrating sample magnetometer). An induced ferromagnetism was observed in MLG with saturation magnetization MS = 18 emu/g(MLG). This induced ferromagnetism is attributed to ferrimagnetic CFO uniformly distributed on the surface of diamagnetic MLG. SEM images confirm uniform dense distribu- tion of CFO nanoparticles on MLG. MFM images …

Direct Strength Approach To Predict The Flexural Strength Of Cold-Formed Z-Section Purlins On Sloped Roofs, Ali Parva, Michael W. Seek

Engineering Technology Faculty Publications

In this study, the strength of cold-formed Z-section purlins is predicted considering the effects of roof slope in real roof systems. The study applies to simple span purlins with torsion restraints at support locations and at paired locations along the length of the member. A previously developed method has shown through comparisons to base tests that when the biaxial bending and torsion stresses are incorporated into the analysis, the Direct Strength Method can accurately predict the strength of a purlin. These stress distributions can deviate substantially from the constrained bending approximation typically assumed in analysis and therefore impacts the local …

Effect Of Thickness On The Structure And Corrosion Performance Of Sputtered Ce-Al-O Coatings On Al 2024-T3 Alloy Substrates, Yuanyuan Liu, Jiamu Huang, Lilu Qin, James B. Claypool, Matthew J. O'Keefe, Yiming Jiang

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

Ce-Al-O coatings with thicknesses between ca. 136 nm and 1094 nm were deposited on Al 2024-T3 alloy substrates using magnetron co-sputtering of independent Al and CeO2 targets. The Ce-Al-O coatings with thicknesses from ca. 136 nm to 490 nm were compact, dense, and did not have distinct X-ray diffraction peaks. The ca. 1094 nm thick Ce-Al-O coating exhibited a columnar-textured outer layer ∼700 nm thick and a dense, ∼390 nm thick inner layer. X-ray photoelectron spectroscopy analysis revealed that the Ce-Al-O coatings contained Ce (III) species, and that the Al/Ce atomic ratio decreased with increasing coating thickness. Electrochemical corrosion data …

Interfacial Corrosion Of Copper And The Formation Of Copper Hydroxychloride, Mary Teague, Shengxi Li, Hongbo Cong

Williams Honors College, Honors Research Projects

Electrical circuitry is an industry, among many others, heavily using the element of copper. Ensuring the mechanical integrity of Cu is crucial, especially in salt environments, for the multifaceted composition of circuits. 4N NaCl solution (equilibrium concentration in ~84% RH) simulated this three-phase system. Rectangular Cu samples were partially immersed in both ambient and continuous lab air sparging atmospheres to understand waterline corrosion of the metal. Open circuit potentials (OCP) were continuously taken during the immersion testing for a maximum of 5 days. A scanning electron microscopy (SEM) equipped with an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS), Raman spectroscopy, and 3-D …

Design Of Shape-Conforming Nosecone For Optimal Fluid Flow From Transonic To Supersonic Range, Anna Tombazzi

Williams Honors College, Honors Research Projects

Modern flight vehicles, such as rockets, missiles, and airplanes, experience a force caused by forebody wave drag during the flight. This drag force is induced when the frontal point of each vehicle breaks the pressure wave during flight. Efforts to reduce this wave drag force to improve flight efficiency include modifying the nosecone profile of the flight vehicles to lower the drag force.

This project revolved around creating a design to make the transformation of nosecone shapes from a ¾ Parabolic profile to a ½ Power Series profile possible, mid-flight. Using a novel nosecone assembly, shape memory alloys (SMAs) and …

Development Of Oxide-Dispersion-Strengthened Nickel-Based Super Alloy Powders For Additive Manufacturing, Sizhe Huang

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

Oxide-Dispersion-Strengthened (ODS) Nickel-Based superalloy has been drawn a huge attention and developed with good oxidation resistance, corrosion resistance and high creep strength. It has been considered as critical materials for Additive Manufacturing (AM). The quality and the efficiency of fabrication methods of ODS limits the performance of itself on AM. The development of new type of ODS, new methodologies and evaluation techniques are required if the enhanced quality of ODS and enhanced efficiency of fabrication are to be achieved. Of the current fabrication techniques for AM, Gas Atomization (GA) is widely used since they can generate spherical powders with high …

Combinatorial Screening Approach In Developing Non-Equiatomic High Entropy Alloys, Azin Akbari

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

High entropy alloys (HEA) are a relatively new group of alloys first introduced in 2004. They usually contain 5 to 6 different principle elements. Each of these elements comprise 5-35 at. % of the chemical composition of the alloy. There is a growing interest in the research community about the development of these alloys as well as their engineering applications. Some HEAs have interesting properties that have made them well suited for higher temperature applications, particularly refractory uses, while some have been shown to maintain their mechanical properties even at cryogenic temperatures.

Initially, the HEA research was focused on developing …

A Microstructure-Based Model Validated Experimentally For Quantification Of Short Fatigue Crack Growth In Three-Dimensions, Pei Cai

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

Built on the recent successes in understanding the crystallographic mechanism for short fatigue crack (SFC) growth across a grain boundary (GB) and developing an experimental method to quantify the GB resistance against short crack growth, a microstructure-based model was developed in this study to simulate the growth behaviors of SFCs in 3-D, by taking into account both the driving force and resistance along at each point along the crack front in an alloy. It was found that the GB resistance was a Weibull function of the minimum twist angle of crack deflection at the boundary in AA2024-T3 Al alloys. In …

The Formation Mechanism Of Α-Phase Dispersoids And Quantification Of Fatigue Crack Initiation By Experiments And Theoretical Modeling In Modified Aa6061 (Al-Mg-Si-Cu) Alloys, Gongwang Zhang

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

AA6061 Al alloys modified with addition of Mn, Cr and Cu were homogenized at temperatures between 350 ^ºC and 550 ^ºC after casting. STEM experiments revealed that the formation of α-Al(MnFeCr)Si dispersoids during homogenization were strongly affected by various factors such as heating rate, concentration of Mn, low temperature pre-nucleation treatment and homogenization temperature. Through analysis of the STEM results using an image software Image-Pro, the size distributions and number densities of the dispersoids formed during different annealing treatments were quantitatively measured. It was revealed that increasing the heating rate or homogenization temperature led to a reduction of …

Synthesis And Characterization Of Magnesium - Titanium Composites By Severe Plastic Deformation, Baleegh Alobaid

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

Magnesium alloys are widely used in engineering applications, including aerospace and automobile industries, due to their desirable properties, such as lower density, high damping capacity, relatively high thermal conductivity, good machinability, and recyclability. Researchers have, therefore, been developing new magnesium materials. However, mechanical and corrosion properties are still limiting many commercial applications of magnesium alloys. In this Ph.D. thesis research, I developed Mg-Ti composite materials to offer some solutions to further improve the mechanical behavior of magnesium, such as titanium-magnesium (Ti-Mg) claddings, Mg-Ti multilayers, and Ti particle enforced Mg alloys. Low cost manufacturing processes, such as hot roll-bonding (RB) and …

Chemistry, Design, And Processing Of Two-Stage Trip Steel, Daniel M. Field

Doctoral Dissertations

"A regular solution model was developed to calculate the chemical driving force for α-martensite formation, ΔG^{λ→ α}_Chem. A model for the strain energy, ΔG^λ→α_str, was formulated utilizing the Young’s modulus (E), lattice misfit squared (δ²), and molar volume (Ω) which opposed the chemical driving force for α-martensite formation. The M^α_S was determined at a temperature at which ΔG^λ→α_Chem + ΔG^λ→α_str = 0. In conjunction with a previously developed ε-martensite model, a means of predicting the volume fraction of λ-austenite was determined; and it was shown that for values …

Micro-Slotting Technique For Measurement Of Local Residual Stress In Metallic Materials, Elizabeth Anne Burns

Doctoral Dissertations

"Micro-slotting, a micro-scale relaxation residual stress measurement technique, has been shown in recent years to be a reliable method for measuring local residual stresses in metallic materials. This technique employs an SEM-focused ion beam system for milling and imaging, digital image correlation software to track displacements due to residual stress relaxation, and finite element analysis for interpolation of the original local stress state. In this research, a micro-slotting procedure was established using finite element models and was used to obtain sub-surface residual stress measurements on machined and shot peened planar Ti-6Al-4V samples. These measurements were compared to macro-scale XRD residual …

Effect Of Chromium Content On Heat Treatment Behavior And Abrasive Wear Resistance Of Multi-Alloyed White Cast Iron, Jatupon Opapaiboon

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

The effect of Cr content on heat treatment behavior and abrasive wear resistance of multi-alloyed white cast irons with basic composition was investigated. The cast irons with varying Cr content from 3-9% were prepared. The annealed specimens were hardened from 1323K and 1373K austenitizing and then, tempered at 673K to 873K with 50K intervals. The microstructure of each specimen consisted of primary austenite dendrite (γP) and (γ+MC) and (γ+M2C) eutectics in specimens with 3 and 5%Cr. By contrast, (γ+M7C3) eutectic appeared in specimens with 6%Cr and more. The matrix in as-cast state was mostly retained austenite but that in as-hardened …

ผลของอุณหภูมิการทำละลายในกรรมวิธีทางความร้อนก่อนการเชื่อมและลวดเชื่อมเกรดอินโคเนล 625 และ 718 ต่อลักษณะของเฟสแกมมาไพร์มบริเวณรอยเชื่อมเลเซอร์ในโลหะผสมพิเศษเกรด Gtd-111, จุฑาเมตต์ จารุรัชตพันธ์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยฉบับนี้มุ่งศึกษาถึงผลของการให้กรรมวิธีทางความร้อนก่อนและหลังการเชื่อมเลเซอร์ต่อโครงสร้างจุลภาคของโลหะผสมพิเศษเนื้อพื้นนิกเกิลเกรด GTD-111 โดยศึกษากรรมวิธีทางความร้อนก่อนการเชื่อมที่แตกต่างกัน 5 สภาวะประกอบด้วย 1.กระบวนการทำละลายที่ 1200 ºC เป็นเวลา 2 ชั่วโมง 2.กระบวนการบ่มแข็งโดยการทำละลายที่ 1160 ºC เป็นเวลา 2 ชั่วโมง ตามด้วยการบ่มแข็งที่ 1025 ºC เป็นเวลา 16 ชั่วโมง 3.กระบวนการบ่มแข็งโดยการทำละลายที่ 1140 ºC เป็นเวลา 2 ชั่วโมง ตามด้วยการบ่มแข็งที่ 1025 ºC เป็นเวลา 16 ชั่วโมง 4.กระบวนการบ่มแข็งโดยการทำละลายที่ 1120 ºC เป็นเวลา 2 ชั่วโมง ตามด้วยการบ่มแข็งที่ 1025 ºC เป็นเวลา 16 ชั่วโมง และ 5.ชิ้นงานตั้งต้นที่ไม่ผ่านกรรมวิธีทางความร้อนใดๆ จากนั้นนำชิ้นงานทั้งหมดไปผ่านการเชื่อมเลเซอร์ด้วยลวดเชื่อมที่แตกต่างกัน 2 ชนิดได้แก่ ลวดเชื่อมชนิด IN-625 และ IN-718 ตามด้วยการให้กรรมวิธีทางความร้อนหลังการเชื่อมด้วยการทำละลายที่ 1200 ºC เป็นเวลา 2 ชั่วโมง และการบ่มแข็งที่ 825 ºC เป็นเวลา 24 ชั่วโมงเหมือนกันในทุกชิ้นงาน จากผลการทดลองพบว่าไม่ปรากฏรอยแตกอันเป็นผลมาจากการเชื่อมเลเซอร์ในทุกชิ้นงาน โดยการให้กรรมวิธีทางความร้อนก่อนการเชื่อมด้วยการทำละลายที่อุณหภูมิสูงส่งผลให้อนุภาคแกมมาไพร์มสามารถละลายกลับลงไปในเนื้อพื้นได้ดี ทำให้ได้ชิ้นงานที่มีโครงสร้างจุลภาคแกมมาไพร์มขนาดเล็กละเอียดกว่าชิ้นงานที่ผ่านการให้กรรมวิธีทางความร้อนด้วยการทำละลายที่อุณหภูมิต่ำ อีกทั้งยังไม่พบความแตกต่างในด้านโครงสร้างจุลภาคจากการเชื่อมชิ้นงานด้วยลวดเชื่อมทั้งสองชนิด นอกจากนี้การให้กรรมวิธีทางความร้อนหลังการเชื่อมยังส่งผลให้โครงสร้างจุลภาคในทุกชิ้นงานมีลักษณะใกล้เคียงกันคือมีอนุภาคแกมมาไพร์มขนาดเล็กสม่ำเสมอและมีความแข็งใกล้เคียงกันทุกชิ้นงาน โดยไม่ปรากฏผลที่ชัดเจนของกรรมวิธีทางความร้อนก่อนการเชื่อมในชิ้นงานหลังการให้กรรมวิธีทางความร้อนหลังการเชื่อม

ความต้านทานการเกิดออกซิเดชันของเหล็กกล้าไร้สนิมเฟร์ไรต์ที่มีโครเมียมร้อยละ 29 และนิกเกิลร้อยละ 8 โดยน้ำหนักที่อุณหภูมิ 800, 900, 1000, 1100 และ 1200 องศาเซลเซียส, ชัยยุทธ อรัญชัยยะ

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

วิทยานิพนธ์นี้ศึกษาพฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันของเหล็กกล้าไร้สนิมเฟร์ไรต์หล่อ 29Cr-8Ni ที่อุณหภูมิ 800, 900, 1000, 1100 และ 1200 องศาเซลเซียส ในอากาศที่อัตราการไหล 40 มิลลิลิตรต่อนาที ด้วยเทคนิค Thermal Gravimetric Analysis (TGA) เวลา 35 ชั่วโมง ค่าคงที่ของอัตราการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน (k) ของเหล็กกล้าไร้สนิมเฟร์ไรต์หล่อ 29Cr-8Ni ที่อุณหภูมิ 800, 900, 1000, 1100 และ 1200 องศาเซลเซียส คือ 1.115x10-4, 1.648x10-4, 7.577x10-5, 9.968x10-5 และ 1.957x10-4 g×cm-2×s-1 ตามลำดับ มีลำดับอัตราเร็วปฏิกิริยาออกซิเดชัน (n) เป็น 0.9513, 0.3093, 0.6153, 0.5507 และ 0.4284 ซึ่งมีกลไกการเกิดออกซิเดชันแบบเชิงเส้น คิวบิก พาราโบลิก พาราโบลิก และ คิวบิก ตามลำดับ พบออกไซด์ของเหล็กกล้าไร้สนิมเฟร์ไรต์ 29Cr-8Ni หลังจากการทำออกซิเดชันประกอบด้วยออกไซด์ชนิด Cr2O3, Fe2O3, NiCr2O4 และ Cr2FeO4 พฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันถูกนำมาเปรียบเทียบกับเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทไนต์หล่อ 26Cr-16Ni และ AISI 309

การพัฒนาโลหะดามกระดูกต้นแขนส่วนปลายเพื่อยึดตรึงกระดูกแตกด้วยวิธีการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ, ธัณย์สิตา ธำรงปิยะธันย์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การใช้โลหะดามกระดูกเพื่อยึดตรึงกระดูกต้นแขนส่วนปลายที่แตกหักให้แก่ผู้ป่วยที่ประสบอุบัติเหตุ เป็นเป็นวิธีการรักษาหนึ่งที่ได้รับการยอมรับในทางการแพทย์ แต่ในปัจจุบันยังพบปัญหาในหลายด้าน เช่น ขนาดของโลหะดามกระดูกที่ไม่พอดีกับสรีระกระดูกของผู้ป่วย งานวิจัยนี้จึงมีจุดประสงค์เพื่อทำการพัฒนาโลหะดามกระดูกต้นแขนส่วนปลายที่ออกแบบเฉพาะบุคคลและผลิตด้วยการพิมพ์โลหะ 3 มิติ โดยได้ทำการศึกษาและทดสอบความแข็งแกร่งของโลหะดามกระดูกใน 4 รูปแบบ ด้วยวิธีทางไฟไนต์เอลิเมนต์และยืนยันผลด้วยการทดสอบทางชีวกลศาสตร์ ผลการศึกษาทางโลหวิทยาพบว่า โลหะดามกระดูกที่ผลิตด้วยวิธีการเพิ่มเนื้อวัสดุแบบเลเซอร์พลังงานสูงและกระบวนการทางความร้อน มีโครงสร้างจุลภาคเป็นเฟสอัลฟาและเฟสเบต้า ผลการทดสอบไฟไนต์เอลิเมนต์พบว่า โลหะดามกระดูกแบบคู่มีความแข็งแกร่งตามแนวแกนมากกว่าโลหะดามกระดูกแบบเดี่ยว และโลหะดามกระดูกที่มีการพัฒนาขึ้นใหม่มีความแข็งแกร่งมากกว่าโลหะดามกระดูกแบบมาตรฐานที่มีลักษณะคล้ายกับแบบเชิงการค้า เนื่องจากการออกแบบเฉพาะบุคคลที่ถูกพัฒนาขึ้นใน 3 ประเด็นคือ การมีรูสกรูเฉพาะในตำแหน่งที่จำเป็น การเพิ่มพื้นที่โอบล้อมบริเวณด้านข้าง และการใช้สกรูที่ยึดระหว่างด้าน lateral และ medial ผลการทดสอบทางชีวกลศาสตร์ให้ผลที่สอดคล้องกับผลการศึกษาทางไฟไนต์เอลิเมนต์ ทำให้ยืนยันได้ว่า โลหะดามกระดูกต้นแขนส่วนปลายแบบเฉพาะบุคคลที่พัฒนาขึ้นใหม่และใช้วิธีการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุสามารถเป็นทางเลือกในการรักษาภาวะกระดูกแตกหักให้กับผู้ป่วยได้