Frictional response of fatty acids on steel

Self-assembled monolayers of fatty acids were formed on stainless steel by room-temperature solution deposition. The acids are covalently bound to the Surface as carboxylate in a bidentate manner. To explore the effect Of Saturation in the carbon backbone on friction in sliding tribology, we Study the response of saturated stearic acid (SA) and unsaturated linoleic acid (LA) as self-assembled monolayers using lateral force microscopy and nanotribometry and when the molecules are dispersed in hexadecane, using pin-on-disc tribometry. Over a very wide range (10 MPa-2.5 GPa) of contact pressures it is consistently demonstrated that the unsaturated linoleic acid molecules yield friction which is significantly lower than that of the saturated stearic acid. it is argued, using density functional theory predictions and XPS of slid track, that when the molecular backbone of unsaturated fatty acids are tilted and pressed strongly by a probe, in tribological contact, the high charge density of the double bond region of the backbone allows coupling with the steel Substrate. The interaction yields a low friction carboxylate soap film on the substrate. The saturated fatty acid does not show this effect.

Effect of copper addition on the fracture and fatigue crack growth behavior of solution heat-treated SUS 304H austenitic steel

Small additions of Cu to the SUS 304H, a high temperature austenitic stainless steel, enhance its high temperature strength and creep resistance. As Cu is known to cause embrittlement, the effect of Cu on room temperature mechanical properties that include fracture toughness and fatigue crack threshold of as-solutionized SUS 304H steel were investigated in this work. Experimental results show a linear reduction in yield and ultimate strengths with Cu addition of up to 5 wt.% while ductility drops markedly for 5 wt.% Cu alloy. However, the fracture toughness and the threshold stress intensity factor range for fatigue crack initiation were found to be nearly invariant with Cu addition. This is because the fracture in this alloy is controlled by the debonding from the matrix of chromium carbide precipitates, as evident from fractography. Cu, on the other hand, remains either in solution or as nano-precipitates and hence does not influence the fracture characteristics. It is concluded that small additions of Cu to 304H will not have adverse effects on its fracture and fatigue behavior. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Studies of cryotreatment on the performance of integral diaphragm pressure transducers for space application

The integral diaphragm pressure transducers machined out of precipitation hardened martensite stainless steel (APX4) are widely used for propellant pressure measurements in space applications. These transducers are expected to exhibit dimensional stability and linearity for their entire useful life. These vital factors are very critical for the reliable performance and dependability of the pressure transducers. However, these transducers invariably develop internal stresses during various stages of machining. These stresses have an adverse effect on the performance of the transducers causing deviation from linearity. In order to eliminate these possibilities, it was planned to cryotreat the machined transducers to improve both the long-term linearity and dimensional stability. To study these effects, an experimental cryotreatment unit was designed and developed based on the concept of indirect cooling using the concept of cold nitrogen gas forced closed loop convection currents. The system has the capability of cryotreating large number of samples for varied rates of cooling, soaking and warm-up. After obtaining the initial levels of residual stress and retained austenite using X-ray diffraction techniques, the pressure transducers were cryotreated at 98 K for 36 h. Immediately after cryotreatment, the transducers were tempered at 510 degrees C for 3 h in vacuum furnace. Results after cryo treatment clearly indicated significant reduction in residual stress levels and conversion of retained austenite to martensite. These changes have brought in improvements in long term zero drift and dimensional stability. The cryotreated pressure transducers have been incorporated for actual space applications. (c) 2010 Published by Elsevier Ltd.

Biofouling and microbially influenced corrosion of stainless steels

Stainless steels are among the most investigated materials on biofouling and microbially-influenced corrosion (MIC). Although, generally corrosion-resistant owing to tenacious and passive surface film due to chromium, stainless steels are susceptible to extensive biofouling in subsoil, fresh water and sea water and chemical process environments. Biofilms influence their corrosion behavior due to corrosion potential ennoblement and sub-surface pitting. Both aerobic and anaerobic microorganisms catalyse microbial corrosion of stainless steels through biotic and abiotic mechanisms. MIC of stainless steels is common adjacent to welds at the heat-affected zone. Both austenite and delta ferrite phases may be susceptible. Even super stainless steels are found to be amenable to biofouling and MIC. Microbiological, electrochemical as well as physicochemical aspects of MIC pertaining to stainless steels in different environments are analyzed.

Modelagem numérica de elementos tracionados em aço inoxidável com parafusos defasados

Atualmente, a utilização do aço inoxidável em elementos estruturais é considerada uma solução cara para os problemas da engenharia estrutural. Todavia, mudanças de atitudes dentro da construção civil, uma transição global para um desenvolvimento sustentável e redução em impactos ambientais têm seguramente provocado um aumento na utilização do aço inoxidável. As normas de projeto de aço inoxidável atuais são, em grande parte, baseadas em analogias assumidas com o comportamento de estruturas desenvolvidas com aço carbono. Todavia, o aço inoxidável apresenta quatro curvas não-lineares tensão versus deformação (tensão e compressão, paralela e perpendicular a laminação do material), sem patamar de escoamento e região de encruamento claramente definidos, modificando assim, o comportamento global das estruturas que o utilizam. Em elementos estruturais submetidos a forças axiais de tração, a ruptura da seção líquida representa um dos estados limites últimos a serem verificados. Com o objetivo de se avaliar a resistência a tração de elementos estruturais aparafusados em aço inoxidável S304, este trabalho apresenta um modelo numérico baseado no método dos elementos finitos através do programa Ansys (versão 11). A não-linearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de Von Mises e curvas tensão versus deformação verdadeira. A não-linearidade geométrica foi introduzida no modelo através da Formulação de Lagrange atualizado. O modelo numérico foi calibrado com resultados experimentais obtidos em ensaios de laboratório, a partir de ligações aparafusadas alternadas rígidas, onde não se ocorre nenhuma rotação entre os membros, transferindo nenhum momento fletor, apenas esforço normal e cisalhante.

Comportamento Estrutural de Elementos em Aço Inoxidável

Atualmente, a utilização do aço inoxidável em elementos estruturais ainda é por muitos engenheiros e arquitetos, considerada uma solução extravagante para os problemas da engenharia. Todavia, mudanças de atitudes dentro da construção civil e uma transição global para um desenvolvimento sustentável e redução em impactos ambientais tem seguramente provocado um aumento no uso do aço inoxidável. A maioria das normas de projeto de aço inoxidável atuais ainda são baseadas em analogias assumidas com o comportamento de estruturas de aço carbono. Todavia, o aço inoxidável apresenta quatro curvas tensão versus deformação não-lineares sem patamar de escoamento e região de encruamento claramente definidos (tração e compressão, paralela e perpendicular a direção de laminação), modificando assim, seu o comportamento global. Na presente investigação foram utilizados o aço inoxidável austenítico 304, e o aço carbono USI 300, ambos com tensão de escoamento similares, mas com tensões últimas e ductilidades distintos. Em elementos estruturais submetidos a tensões normais de tração, usualmente a ruptura da seção líquida representa um dos estados limites últimos a serem verificados. Com o objetivo de se avaliar a resistência a tração de elementos estruturais aparafusados em aço inoxidável, este trabalho executou um programa experimental inovador envolvendo ligações aparafusadas defasadas sob tração. O programa experimental foi executado em peças de aço carbono e aço inoxidável de forma a comparar as principais semelhanças e diferenças entre estes dois tipos de aços estruturais. O programa experimental possibilitou que conclusões significativas no comportamento a tração destas ligações pudessem ser observadas. Dentre outras variáveis que controlam estes estados limites últimos foi verificada a influência significativa da espessura da placa de aplicação do carregamento, disposição, configuração e número de parafusos da ligação e propriedades do aço inoxidável como ductilidade e razão entre suas tensões de escoamento e de ruptura.

Identificação da fase sigma em uma junta soldada pelo processo TIG manual autógeno de um aço hiperduplex SAF 2707HD (UNS S32707) por difração de raios-x.

O aço inoxidável hiperduplex possui alta resistência a corrosão por pite em ambientes contendo cloretos, quando comparado a outros aços inoxidáveis comercialmente conhecidos. Possui boas propriedades mecânicas, com limite de escoamento superior a 700MPa e limite de resistência a tração em torno de 1000MPa. Essas propriedades o tornam muito atrativos para aplicações em ambientes contendo cloretos, e por isso tem tido destaque na indústria de óleo e gás, refinarias, plataformas offshore, etc. A liga hiperduplex é composta por uma estrutura bifásica, contendo proporções aproximadamente iguais de ferrita e austenita. Esse material possui boa soldabilidade, mas por ser termodinamicamente metaestável, em altas temperaturas pode ocorrer a precipitação de fases intermetálicas não desejáveis, o que resulta em perda de propriedades mecânicas e diminuição da resistência a corrosão. A fase sigma tem sido fortemente estudada, pois é comum sua precipitação nos aços inoxidáveis da família duplex durante o procedimento de soldagem se este não for muito bem controlado. A fase sigma precipita preferencialmente na fase ferrítica, devido a maior concentração de Cr e Mo, que são os elementos formadores da fase. A resistência a corrosão é reduzida e as propriedades mecânicas do material são alteradas o tornando frágil devido a presença da fase sigma. É formada entre 600C e 1000C e possui uma estrutura tetragonal complexa. O objetivo do trabalho foi identificar a possível presença da fase sigma na junta soldada do aço inoxidável hiperduplex SAF 2707 HD (UNS S32707) pelo processo TIG autógeno manual através da difração de raios-x. Nessa pesquisa, foram analisadas uma junta soldada do material pelo processo TIG autógeno manual com arco pulsado. Complementando o estudo foram analisadas seis amostras do aço inoxidável superduplex, sendo que cinco amostras sofreram tratamento térmico para a proposital formação da fase sigma. O refinamento do resultado da difração das amostras foi feito utilizando o método de Rietveld no software Topas Academic versão 4.1. O resultado da amostra soldada de hiperduplex apresentou as fases austenita, ferrita e alguns prováveis óxidos. Os resultados das amostras de superduplex tratadas termicamente apresentaram a fase sigma, conforme esperado na pesquisa, e as fases austenita e ferrita.

Comportamento estrutural de vigas casteladas em aço inoxidável.

As vigas casteladas já são utilizadas em diversos tipos de estruturas para se vencer grandes vãos. Há uma nova realidade para o uso de perfis castelados, agora em aço inoxidável. Este trabalho apresenta uma análise comparativa entre vigas casteladas e vigas de alma cheia em perfis IPE, baseadas na norma europeia, no método da resistência contínua; e, também, através de um modelo em elementos finitos desenvolvido no programa Ansys. Este trabalho tem como objetivo verificar o comportamento e a resistência à flexão das vigas casteladas em aço inoxidável. As não-linearidades físicas e geométricas foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente desta estrutura. A não-linearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de von Mises e da lei constitutiva tensão versus deformação multi-linear, de forma a exibir um comportamento elasto-plástico com encruamento. A não-linearidade geométrica foi considerada a partir de uma formulação de Lagrange atualizado. Os resultados numéricos das vigas em estudo foram avaliados quanto aos modos de falha e da distribuição de tensões. Os momentos resistentes analíticos foram comparados com os resultados do modelo numérico apresentando valores satisfatórios e a favor da segurança.

Dynamic buckling of an inclined strut

The dynamic compressive response of a sandwich plate with a metallic corrugated core is predicted. The back face of the sandwich plate is held fixed whereas the front face is subjected to a uniform velocity, thereby compressing the core. Finite element analysis is performed to investigate the role of material inertia, strain hardening and strain rate hardening upon the dynamic collapse of the corrugated core. Three classes of collapse mode are identified as a function of impact velocity: (i) a three-hinge plastic buckling mode of wavelength equal to the strut length, similar to the quasi-static mode, (ii) a 'buckle-wave' regime involving inertia-mediated plastic buckling of wavelength less than that of the strut length, and (iii) a 'stubbing' regime, with shortening of the struts by local fattening at the front face. The presence of strain hardening reduces the regime of dominance of the stubbing mode. The influence of material strain rate sensitivity is evaluated by introducing strain rate dependent material properties representative of type 304 stainless steel. For this choice of material, strain rate sensitivity has a more minor influence than strain hardening, and consequently the dynamic collapse strength of a corrugated core is almost independent of structural dimension. © 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A trapped field of 17.6 T in melt-processed, bulk Gd-Ba-Cu-O reinforced with shrink-fit steel

The ability of large-grain (RE)Ba2Cu3O7-δ ((RE)BCO; RE = rare earth) bulk superconductors to trap magnetic fields is determined by their critical current. With high trapped fields, however, bulk samples are subject to a relatively large Lorentz force, and their performance is limited primarily by their tensile strength. Consequently, sample reinforcement is the key to performance improvement in these technologically important materials. In this work, we report a trapped field of 17.6 T, the largest reported to date, in a stack of two silver-doped GdBCO superconducting bulk samples, each 25 mm in diameter, fabricated by top-seeded melt growth and reinforced with shrink-fit stainless steel. This sample preparation technique has the advantage of being relatively straightforward and inexpensive to implement, and offers the prospect of easy access to portable, high magnetic fields without any requirement for a sustaining current source. © 2014 IOP Publishing Ltd.

NIP a-Si : H solar cells on stanless steel with p-type nc-Si : H window layer

The successful application of boron-doped hydrogenated nanocrystalline silicon as window layer in a-Si: H nip solar cells on stainless steel foil with a thickness of 0.05 mm is reported. Open circuit voltage and fill factor of the fabricated solar cell were 0.90V and 0.70 respectively. The optical and structural properties of the p-layers have been investigated by using UV-VIS and Raman spectroscopy. It is confirmed that the p-layer is hydrogenated nanocrystalline silicon with a wide optical gap due to quantum size effect.

The main factor influencing the tensile properties of surface nano-crystallized graded materials

The improved mechanical properties of surface nano-crystallized graded materials produced by surface severe plastic deformation ((SPD)-P-2) are generally owing to the effects of the refined structure, work-hardened region and compressive residual stress. However, during the (SPD)-P-2 process, residual stress is produced simultaneously with work-hardened region, the individual contribution of these two factors to the improved mechanical properties remains unclear. Numerical simulations are carried out in order to answer this question. It is found that work hardening predominates in improving the yield strength and the ultimate tensile strength of the surface nano-crystallized graded materials, while the influence of the residual stress mainly emerges at the initial stage of deformation and decreases the apparent elastic modulus of the surface nano-crystallized graded materials, which agrees well with the experimental results. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Identification of MnCr2O4 nano-octahedron in catalysing pitting corrosion of austenitic stainless steels

Pitting corrosion of stainless steels, one of the classical problems in materials science and electrochemistry, is generally believed to originate from the local dissolution in MnS inclusions, which are more or less ubiquitous in stainless steels. However, the initial location where MnS dissolution preferentially occurs is known to be unpredictable, which makes pitting corrosion a major concern. In this work we show, at an atomic scale, the initial site where MnS starts to dissolve in the presence of salt water. Using in situ ex-environment transmission electron microscopy (TEM), we found a number of nano-sized octahedral MnCr2O4 crystals (with a spinel structure and a space group of Fd (3) over barm) embedded in the MnS medium, generating local MnCr2O4/MnS nano-galvanic cells. The TEM experiments combined with first-principles calculations clarified that the nano-octahedron, enclosed by eight {1 1 1} facets with metal terminations, is "malignant", and this acts as the reactive site and catalyses the dissolution of MnS. This work not only uncovers the origin of MnS dissolution in stainless steels, but also presents an atomic-scale evolution in a material's failure which may occur in a wide range of engineering alloys and biomedical instruments serving in wet environments. (C) 2010 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

The effect of metal transfer modes and shielding gas composition on the emission of ultraafine particles in MAG steel welding

The present study aims to characterize ultrafine particles emitted during gas metal arc welding of mild steel and stainless steel, using different shielding gas mixtures, and to evaluate the effect of metal transfer modes, controlled by both processing parameters and shielding gas composition, on the quantity and morphology of the ultrafine particles. It was found that the amount of emitted ultrafine particles (measured by particle number and alveolar deposited surface area) are clearly dependent from the main welding parameters, namely the current intensity and the heat input of the Welding process. The emission of airborne ultrafine particles increases with the current intensity as fume formation rate does. When comparing the shielding gas mixtures, higher emissions were observed for more oxidizing mixtures, that is, with higher CO2 content, which means that these mixtures originate higher concentrations of ultrafine particles (as measured by number of particles. by cubic centimeter of air) and higher values of alveolar deposited surface area of particles, thus resulting in a more hazardous condition regarding welders exposure.

Caracterização mecânica e análise da resistência à corrosão em diferentes solos, de aços inoxidáveis duplex

O aço inoxidável é um material de alta durabilidade e resistência, utilizado nos mais diversos setores comerciais. O conhecimento das suas características e propriedades é essencial para uma escolha mais seletiva e vantajosa. Pretende‐se com este trabalho, estudar as propriedades mecânicas, a resistência ao desgaste e o comportamento, em ambientes mais agressivos de três tipos de aços inoxidáveis duplex, produzidos pela OUTOKUMPU e comercialmente conhecidos pelas designações LDX 2101, SAF 2507 e o SAF 2205. Para tal efeito foram realizados ensaios de Dureza Vickers, antes e após dobragem; ensaios de tracção em duas diferentes situações: seguindo a norma NP EN 10002‐ 1:2006 e após a realização de alguns ciclos de carga e descarga; ensaio de Impacto à temperatura ambiente e após arrefecimento criogénico; ensaio de resistência à corrosão. Também foi feito o estudo de resistência ao desgaste com base na técnica de micro‐abrasão por esfera rotativa e o estudo metalográfico. Foi também objetivo deste trabalho, relacionar o uso dos referidos aços duplex e as consequências que esse uso tem para o meio ambiente, bem como o seu comportamento quando exposto a condições extremas. Para tal, foram colocadas amostras dos referidos aços, em dois tipos de solos com condições de humidade e acidez diferentes analisando o seu estado após imersão em solo com condições controladas durante 272 dias.