Metallurgy Commons^™

The Effects Of Carboxylic Acids In Aluminum Anodizing, Abby E. Koczera

Honors Theses and Capstones

Hard-anodized alumina coatings were formed in sulfuric acid at low temperature and high current density in the presence of carboxylic acid additives. Citric acid, trimesic acid, mellitic acid and ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) were utilized in varying concentrations. The additives were chosen for their capacity to form complexes with tri-valent aluminum and hence impart chemical stability to the coatings. The coatings were sealed in boiling water, and corrosion resistance was observed in a high pH solution of potassium hydroxide. The coatings were examined using scanning electron microscopy (SEM) to assess coating thickness and pore dimensions. Thicker coatings were produced when the …

Evaluation Of Thermal Stability Of Ausferrite In Austempered Ductile Iron Using Differential Scanning Calorimetry, Karl Warsinski

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

Austempered Ductile Iron (ADI) is prone to changes in microstructure and mechanical properties when exposed to elevated service temperatures. Differential Scanning Calorimetry has been used to evaluate the stabilizing effects of copper, nickel, molybdenum, and cobalt on the ausferrite structure. Previous studies have conflated the effects of various alloy additions, and little effort has been made to systematically catalog the effects of individual elements. The focus of the current research has been to identify alloying elements that more strongly stabilize the ausferrite structure in order to improve service life of ADI at elevated temperatures. Nickel has been shown to have …

Microstructural Evolution And Mechanical Properties Of Zn-Ti Alloys For Biodegradable Stent Applications, Zhiyong Yin

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

Stents made of biodegradable metallic materials are increasingly gaining interest within the biomaterials field because of their superior mechanical properties and biodegradation rates as compared to polymeric materials. Zinc and its alloys have been developed and investigated as possible candidates for biodegradable stent applications in the last five years. This study intended to formulate and characterize a new series of Zn-Ti alloys, with titanium additions of less than 1-3 wt%, with the primary objective to develop and select an alloy that meets benchmark values of mechanical properties for biodegradable stents. A series of Zn-Ti alloys was formulated through vacuum induction …

Control Of Columnar To Equiaxed Transition In Solidification Macrostructure Of Austenitic Stainless Steel Castings, Semen Naumovich Lekakh, Ronald J. O'Malley, Mark C. Emmendorfer, Brenton Hrebec

Materials Science and Engineering Faculty Research & Creative Works

Solidification macrostructure is of great importance for the properties and the quality of castings made from austenitic grade stainless steels (ASS) because there are limited options to change as-cast macrostructure in the solid condition. A typical cast macrostructure of ASS has a fine surface chilled zone followed by an elongated dendrite zone, columnar to equiaxed transition (CET) zone, and centrally located equiaxed crystals. Several castings from ASS were produced to determine the effects of casting geometry, chilling, and grain refinement on CET. The transient thermal field in solidified heavy castings was simulated and used to determine an isotherm velocity (V) …

Pitting Corrosion Of 410 Stainless Steel In Hcl Solutions, Paul D. Krell

Williams Honors College, Honors Research Projects

410 stainless steel (SS) is a material used in HCl services, such as distillation column trays in oil refineries. Unlike other alloys, however, the oil refining industry lacks a good reference for the corrosion rate of 410 SS at the varying HCl concentrations and temperatures the material might experience as trays in crude unit distillation columns. The goal of this project is to fill that knowledge gap. The corrosion behavior of 410 SS in HCl environments of pH 0.50, 1.25, 2.25, 3.25, and 4.25 at temperatures of 38, 52, 79, and 93°C was investigated using several methods. Cyclic potentiodynamic polarization …

Structural Characteristics And Corrosion Behavior Of Bio-Degradable Zn-Li Alloys In Stent Application, Shan Zhao

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

Zinc has begun to be studied as a bio-degradable material in recent years due to its excellent corrosion rate and optimal biocompatibility. Unfortunately, pure Zn’s intrinsic ultimate tensile strength (UTS; below 120 MPa) is lower than the benchmark (about 300 MPa) for cardiovascular stent materials, raising concerns about sufficient strength to support the blood vessel. Thus, modifying pure Zn to improve its mechanical properties is an important research topic.

In this dissertation project, a new Zn-Li alloy has been developed to retain the outstanding corrosion behavior from Zn while improving the mechanical characteristics and uniform biodegradation once it is implanted …

Controlling Properties Of Agglomerates For Chemical Processes, Joseph A. Halt

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

Iron ore pellets are hard spheres made from powdered ore and binders. Pellets are used to make iron, mainly in blast furnaces. Around the time that the pelletizing process was developed, starch was proposed as a binder because it’s viscous, adheres well to iron oxides, does not contaminate pellets and is relatively cheap. In practice, however, starch leads to weak pellets with rough surfaces – these increase the amount of dust generated within process equipment and during pellet shipping and handling. Thus, even though the usual binder (bentonite clay) contaminates pellets, pelletizers prefer it to starch or other organics.

This …

Impact Of Clip Connection And Insulation Thickness On Bracing Of Purlins In Standing Seam Roof Systems, Michael W. Seek, Daniel Mclaughlin

Engineering Technology Faculty Publications

The flexural strength of purlins in standing seam roof systems is highly dependent upon the extent to which the sheathing provides lateral and torsional restraint. Typical models to predict the restraint provided by the sheathing assume that the plane of lateral resistance occurs at the top flange of the purlin. In reality, depending on the configuration of the clip and the amount of insulation located between the purlin and the clip, the plane of lateral resistance and corresponding center of rotation shifts above the top flange. This distance, referred to as the effective standoff, is important to evaluate the effectiveness …

ผลของการเติมเถ้าแกลบต่อการเกิดชั้นฟิล์มในกระบวนการอะลูมิไนซิงแบบผงบนนิกเกิลบริสุทธิ์, บุญฤทธิ์ เฮงประยูร

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การปรับปรุงกระบวนการอะลูมิไนซิงแบบผงทำได้โดยการเจือธาตุซิลิกอนเพื่อเพิ่มความเสถียรของชั้นออกไซด์ที่เกิดขึ้นในการใช้งานที่อุณหภูมิสูง ซึ่งเถ้าแกลบมีส่วนประกอบของซิลิกาอยู่มากกว่า 90 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก ในงานวิจัยนี้จะหาความเป็นไปได้ในการใช้เถ้าแกลบแทนซิลิกาจากอุตสาหกรรม (ควอทซ์) เพื่อเจือซิลิกอนลงในกระบวนการอะลูมิไนซิงแบบผง โดยวิเคราะห์ถึงความแตกต่างของโครงสร้างผลึก สารเจือในเถ้าแกลบ ขนาดอนุภาค ลักษณะพิ้นผิวและพื้นที่ผิวจำเพาะระหว่างผงควอทซ์และผงเถ้าแกลบที่จะส่งผลต่อโครงสร้างจุลภาค โครงสร้างของสารประกอบของชั้นแพร่และปริมาณซิลิกอนที่พบในชั้นแพร่ในผิวชิ้นงานที่ใช้สารตั้งต้นเป็นควอทซ์และเถ้าแกลบ ซึ่งปริมาณสารเจือที่เติมคือ 9, 13.5, 18 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก เผาที่อุณหภูมิ 800 และ 1000๐C เป็นเวลา 4 ชั่วโมง และทดสอบความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิ 1000๐C เป็นเวลา 100 ชั่วโมง ชิ้นงานที่นำมาทดสอบคือ นิกเกิลบริสุทธิ์, ชิ้นงานที่ทำอะลูมิไนซิงที่ 900๐C เป็นเวลา 4 ชั่วโมง, ชิ้นงานที่เติมควอทซ์ 13.5 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก ทำอะลูมิไนซิงที่ 1000๐C เป็นเวลา 4 ชั่วโมงและชิ้นงานที่เติมเถ้าแกลบ 13.5 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก ทำอะลูมิไนซิงที่ 1000๐C เป็นเวลา 4 ชั่วโมง นำชิ้นงานมาวิเคราะห์ลักษณะพื้นผิวและโครงสร้างของสารประกอบออกไซด์ที่เกิดขึ้นที่ผิว พบว่าชิ้นงานที่เติมเถ้าแกลบจะมีปริมาณซิลิกอนที่พบในชั้นแพร่มากกว่าและมีความสามารถในการต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงดีกว่าชิ้นงานที่เติมควอทซ์

ผลของการเติมเถ้าแกลบต่อการเกิดชั้นฟิล์มในกระบวนการอะลูมิไนซิงแบบผงบนนิกเกิลบริสุทธิ์, บุญฤทธิ์ เฮงประยูร

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การปรับปรุงกระบวนการอะลูมิไนซิงแบบผงทำได้โดยการเจือธาตุซิลิกอนเพื่อเพิ่มความเสถียรของชั้นออกไซด์ที่เกิดขึ้นในการใช้งานที่อุณหภูมิสูง ซึ่งเถ้าแกลบมีส่วนประกอบของซิลิกาอยู่มากกว่า 90 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก ในงานวิจัยนี้จะหาความเป็นไปได้ในการใช้เถ้าแกลบแทนซิลิกาจากอุตสาหกรรม (ควอทซ์) เพื่อเจือซิลิกอนลงในกระบวนการอะลูมิไนซิงแบบผง โดยวิเคราะห์ถึงความแตกต่างของโครงสร้างผลึก สารเจือในเถ้าแกลบ ขนาดอนุภาค ลักษณะพิ้นผิวและพื้นที่ผิวจำเพาะระหว่างผงควอทซ์และผงเถ้าแกลบที่จะส่งผลต่อโครงสร้างจุลภาค โครงสร้างของสารประกอบของชั้นแพร่และปริมาณซิลิกอนที่พบในชั้นแพร่ในผิวชิ้นงานที่ใช้สารตั้งต้นเป็นควอทซ์และเถ้าแกลบ ซึ่งปริมาณสารเจือที่เติมคือ 9, 13.5, 18 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก เผาที่อุณหภูมิ 800 และ 1000๐C เป็นเวลา 4 ชั่วโมง และทดสอบความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิ 1000๐C เป็นเวลา 100 ชั่วโมง ชิ้นงานที่นำมาทดสอบคือ นิกเกิลบริสุทธิ์, ชิ้นงานที่ทำอะลูมิไนซิงที่ 900๐C เป็นเวลา 4 ชั่วโมง, ชิ้นงานที่เติมควอทซ์ 13.5 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก ทำอะลูมิไนซิงที่ 1000๐C เป็นเวลา 4 ชั่วโมงและชิ้นงานที่เติมเถ้าแกลบ 13.5 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก ทำอะลูมิไนซิงที่ 1000๐C เป็นเวลา 4 ชั่วโมง นำชิ้นงานมาวิเคราะห์ลักษณะพื้นผิวและโครงสร้างของสารประกอบออกไซด์ที่เกิดขึ้นที่ผิว พบว่าชิ้นงานที่เติมเถ้าแกลบจะมีปริมาณซิลิกอนที่พบในชั้นแพร่มากกว่าและมีความสามารถในการต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงดีกว่าชิ้นงานที่เติมควอทซ์

การปรับปรุงผิว Incoloy 825 ด้วยวิธีอะลูมิไนซิงแบบผง, วิมุติ ตงศิริ

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ในวิทยานิพนธ์นี้ศึกษาการปรับปรุงผิวโลหะผสมเกรด INCOLOY 825 ด้วยวิธีอะลูมิไนซิง แบบผง ใช้อุณหภูมิการทำอะลูมิไนซิงที่ 700, 800 และ 900 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 1, 2.25, 4 และ 6.25 ชั่วโมง โครงสร้างจุลภาคของชั้นเคลือบอะลูมิไนด์ตรวจสอบและวิเคราะห์โดยใช้กล้องจุลทรรศน์แสง กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด และเทคนิควิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ ทดสอบการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิ 1000 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 10 ชั่วโมง รวมทั้งสิ้น 50 ชั่วโมง พบว่ามีชั้นเคลือบ 2 ชั้น ชั้นเคลือบด้านนอกจะประกอบไปด้วยเฟสของสารประกอบ Ni2Al3, NiAl3 และ Fe2Al5 และชั้นเคลือบด้านในจะประกอบไปด้วยเฟสของสารประกอบ Ni3Al และ Fe3Al ผลจากชุดเอกซ์เรย์สเปคโตรสโคปีแบบกระจายพลังงานแสดงให้เห็นการกระจายตัวของธาตุโครเมียมบริเวณชั้นรอยต่อระหว่างชั้นเคลือบด้านในกับวัสดุพื้น ผลจากเทคนิควิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์แสดงให้เห็นว่าธาตุโครเมียมที่อยู่บริเวณชั้นรอยต่อจะอยู่ในรูปของอะตอมของธาตุโครเมียม ความหนาเฉลี่ยของชั้นเคลือบจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิและเวลาที่ใช้ในการเคลือบเพิ่มขึ้น ค่าพลังงานก่อกัมมันต์สำหรับการทำอะลูมิไนซิงแบบผงบนโลหะผสมเกรด INCOLOY 825 มีค่าเท่ากับ 70.64 กิโลจูลต่อโมล ผลการทดสอบการเกิดออกซิเดชันแสดงให้เห็นว่าชิ้นงานที่ผ่านการเคลือบจะมีน้ำหนักเพิ่มขึ้นมากกว่าชิ้นงานโลหะผสมเกรด INCOLOY 825

การศึกษาผลของความเร็วการตัด กำลังของเลเซอร์ และแรงดันแก๊สช่วยตัด ต่อสมบัติและโครงสร้างจุลภาคบริเวณรอยตัดด้วยเลเซอร์บนแผ่นโลหะผสมไทเทเนียม, วาริท โปษยานนท์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

โลหะไทเทเนียมเกรด Ti-6Al-4V เป็นโลหะที่ถูกใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอากาศยานและทางการแพทย์ เนื่องจากความแข็งแรงที่สูง การขึ้นรูปเบื้องต้นด้วยกรรมวิธีการตัดด้วยเลเซอร์จึงสามารถลดต้นทุนการผลิตได้ แต่เนื่องจากวิธีนี้ทำให้เกิดความร้อนสูงและการหลอมละลายในบริเวณที่รอยตัดรวมถึงความสามารถในการเกิดปฏิกิริยาเคมีอย่างรุนแรงกับออกซิเจนรวมไปถึงไนโตรเจนที่เป็นแก๊สช่วยตัดด้วยนั้นจึงมีความจำเป็นต้องศึกษาผลของการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์หลักที่ใช้ในการตัดคือ 1.กำลังของเลเซอร์ 2.ความดันแก๊สช่วยตัด 3.ความเร็วการตัด ต่อการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางจุลภาคและสมบัติของรอยตัดเพื่อให้สามารถทราบขีดจำกัดของการใช้งานและผลิตชิ้นงานที่มีคุณภาพสูงด้วยต้นทุนที่ต่ำ ในงานวิจัยนี้จะทดสอบการตัดแผ่นโลหะไทเทเนียมเกรด Ti-6Al-4V หนา 2 มิลลิเมตร โดยใช้ไฟเบอร์เลเซอร์ขนาดกำลัง 3000 วัตต์ ใช้แก๊สไนโตรเจนเป็นแก๊สช่วยตัด และตรวจวัดความลึกและลักษณะของชั้นที่มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางจุลภาคที่เป็นผลจากความร้อน รวมไปถึงเฟสที่เกิด ลักษณะโครงสร้างทางจุลภาคและการกระจายตัวของธาตุประกอบบริเวณรอยตัด ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า เมื่อเพิ่มความเร็วการตัดจะทำให้ความหนาชั้นที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนลดลง เพื่อความสม่ำเสมอและคุณภาพรอยตัดดีที่สุดควรความดันแก๊สที่เหมาะสมไม่สูงหรือต่ำเกิดไป ในส่วนของกำลังของเลเซอร์นั้นผลกระทบเมื่อใช้กำลังของเลเซอร์ต่ำมากเนื่องจากน้ำโลหะที่อุณหภูมิต่ำมีความหนืดสูงกว่าจึงค้างอยู่บริเวณรอยตัดมากกว่าส่งผลให้ความเท่ากันของความลึกของชั้นดังกล่าวเปลี่ยนไป การเพิ่มความดันแก๊สช่วยตัดสามารถลดผลกระทบนี้ได้ ในส่วนของโครงสร้างทางจุลภาคพบว่ามีการแพร่เข้าของออกซิเจนเพียงเล็กน้อยเท่านั้น และพบเฟสที่มีไนโตรเจนสูงฝังอยู่ภายในชั้นหลอมละลายซึ่งแข็งและเปราะ หากต้องการชิ้นงานคุณภาพสูงต้องกำจัดชั้นเหล่านี้ออก

วิวัฒนาการของโครงสร้างจุลภาคและพฤติกรรมการไหลของน้ำโลหะระหว่างการแข็งตัวของโลหะอะลูมิเนียมผสมซิลิกอนและทองแดงที่มีเหล็กเจือปน, สุรดา ช่วยประดิษฐ์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

โลหะอะลูมิเนียมผสมซิลิกอนและทองแดง มีการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมยานยนต์ แต่ในระหว่างกระบวนการรีไซเคิลอะลูมิเนียม จะเกิดการเจือปนของธาตุเหล็ก เป็นสาเหตุให้เกิดเฟสสารประกอบเชิงโลหะ ß-Al5FeSi ในโครงสร้างจุลภาคที่ส่งผลต่อการเกิดโพรงหดตัวและทำให้สมบัติทางกลของวัสดุลดลง ด้วยสาเหตุนี้จึงมีความพยายามที่จะลดผลของเฟส ß-Al5FeSi ด้วยวิธีต่างๆ แต่อย่างไรก็ตาม การศึกษาในอดีตยังไม่เพียงพอที่จะอธิบายพฤติกรรมการไหลของน้ำโลหะในช่วงกึ่งแข็งกึ่งเหลวได้ งานวิจัยนี้จึงอาศัยเทคนิค in situ X-ray tomography ร่วมกับเทคนิค computational fluid dynamics (CFD) ในการวิเคราะห์วิวัฒนาการของโครงสร้างจุลภาคระหว่างการแข็งตัว และศึกษาพฤติกรรมการไหลของน้ำโลหะภายในช่องแขนของเดนไดรท์ โดยทำการศึกษาในโลหะอะลูมิเนียมผสมซิลิกอนและทองแดง ที่มีส่วนผสมของเหล็กเจือปนต่างกัน (0.4-1.0 wt.%) ทั้งกรณีที่มีการเติมและไม่เติม grain refiner ผลการศึกษาพบว่า ปริมาณเหล็กเจือปนที่เพิ่มขึ้นส่งผลต่อพฤติกรรมในการกำเนิดของเฟส ß-Al5FeSi แต่ไม่ส่งผลต่อพฤติกรรมในการเติบโตของเฟส ß-Al5FeSi ผลจากแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ด้วยเทคนิค CFD แสดงให้เห็นว่า เฟส ß-Al5FeSi และโครงสร้างยูเทคติค ส่งผลร่วมกันต่อการขัดขวางการไหลของน้ำโลหะ สมการทางคณิตศาสตร์ของ Blake-Kozeny ถูกนำมาปรับปรุงเพื่อใช้อธิบายพฤติกรรมการไหลของน้ำโลหะผลของการขัดขวางการไหล นอกจากนั้นการศึกษาในส่วนของการเติม grain refiner พบว่า ส่งผลให้โครงสร้างจุลภาคของเดนไดรท์เปลี่ยนจากลักษณะ columnar ไปเป็น equiaxed dendrite และทำให้พฤติกรรมการไหลภายในช่องแขนของเดนไดรท์เปลี่ยนแปลงไป ผลการศึกษายังพบว่า การเติม grain refiner ส่งผลต่อพฤติกรรมการกำเนิดของเฟส ß-Al5FeSi แต่ไม่ส่งผลต่อพฤติกรรมการเติบโตและลักษณะสัณฐานวิทยาของเฟส ß-Al5FeSi ผลการศึกษาในงานวิจัยนี้จะเป็นประโยชน์ต่อการพัฒนาโลหะอะลูมิเนียมผสมเกรดรีไซเคิล ให้มีข้อบกพร่องจากงานหล่อที่ลดลง ผ่านการควบคุมปริมาณเหล็กเจือปนและการเติม grain refiner ได้

An Experimental Study Of Non-Metallic Inclusions Precipitation And Its Effect On Impact Toughness Variations In Low Alloy Steel Subjected To Complex Deoxidation, Pavel Bizyukov

Dissertations and Theses @ UNI

A low level of non-metallic inclusions in steel is the key requirement in the concept of clean steel. Although the concept has received its name quite recently, it has been implemented at the large-scale steel mills for more than 40 years. Production of clean steel became possible due active development and adoption of the post-melting treatment of molten metal in the teeming ladle. Ladle metallurgy, an umbrella term for various methods of treatment, includes operations that cannot be performed during primary metallurgical processes such as melting in an electric arc, basic oxygen, or air induction furnace. Initially, the most common …