Tool wear evaluations in friction stir processing of commercial titanium Ti–6Al–4V

This research addresses the application of friction stir welding (FWS) of titanium alloy Ti–6Al–4V. Friction stir welding is a recent process, developed in the 1990s for aluminum joining; this joining process is being increasingly applied in many industries from basic materials, such as steel alloys, to high performance alloys, such as titanium. It is a process in great development and has its economic advantages when compared to conventional welding. For high performance alloys such as titanium, a major problem to overcome is the construction of tools that can withstand the extreme process environment. In the literature, the possibilities approached are only few tungsten alloys. Early experiments with tools made of cemented carbide (WC) showed optimistic results consistent with the literature. It was initially thought that WC tools may be an option to the FSW process since it is possible to improve the wear resistance of the tool. The metallographic analysis of the welds did not show primary defects of voids (tunneling) or similar internal defects due to processing, only defects related to tool wear which can cause loss of weld quality. The severe tool wear caused loss of surface quality and inclusions of fragments inside the joining, which should be corrected or mitigated by means of coating techniques on tool, or the replacement of cemented carbide with tungsten alloys, as found in the literature.

Friction and wear of performance of MoDTC and ester-containing lubrificants over steel surfaces under reciprocating conditions

Since the earliest developments of human history, friction has been a major issue. From the invention of the wheel and the use of the first lubricants to the studiesof coated and microtexturized surfaces, significant effort has been put on improvements that couldovercome the resistance to motion. Areview by Holmberg, Andersson and Erdemir[1] shows that, in an average passenger car, about one third of the total energy consumptionis due to friction losses. Of these, another one third is consumed in the engine system. The optimization of the lubricating oil formulation used ininternal combustion enginesis an important way to reduce friction, therefore improving energeticefficiencyand controllingemissions.Lubrication is also a way to assure the required protection to the system by maintaining wear rates in an adequate level, which helps to minimize maintenance costs.

Sulla energia dissipata in alcuni organi di macchina

Questa tesi riguarda l'analisi delle trasmissioni ad ingranaggi e delle ruote dentate in generale, nell'ottica della minimizzazione delle perdite di energia. È stato messo a punto un modello per il calcolo della energia e del calore dissipati in un riduttore, sia ad assi paralleli sia epicicloidale. Tale modello consente di stimare la temperatura di equilibrio dell'olio al variare delle condizioni di funzionamento. Il calcolo termico è ancora poco diffuso nel progetto di riduttori, ma si è visto essere importante soprattutto per riduttori compatti, come i riduttori epicicloidali, per i quali la massima potenza trasmissibile è solitamente determinata proprio da considerazioni termiche. Il modello è stato implementato in un sistema di calcolo automatizzato, che può essere adattato a varie tipologie di riduttore. Tale sistema di calcolo consente, inoltre, di stimare l'energia dissipata in varie condizioni di lubrificazione ed è stato utilizzato per valutare le differenze tra lubrificazione tradizionale in bagno d'olio e lubrificazione a “carter secco” o a “carter umido”. Il modello è stato applicato al caso particolare di un riduttore ad ingranaggi a due stadi: il primo ad assi paralleli ed il secondo epicicloidale. Nell'ambito di un contratto di ricerca tra il DIEM e la Brevini S.p.A. di Reggio Emilia, sono state condotte prove sperimentali su un prototipo di tale riduttore, prove che hanno consentito di tarare il modello proposto [1]. Un ulteriore campo di indagine è stato lo studio dell’energia dissipata per ingranamento tra due ruote dentate utilizzando modelli che prevedano il calcolo di un coefficiente d'attrito variabile lungo il segmento di contatto. I modelli più comuni, al contrario, si basano su un coefficiente di attrito medio, mentre si può constatare che esso varia sensibilmente durante l’ingranamento. In particolare, non trovando in letteratura come varia il rendimento nel caso di ruote corrette, ci si è concentrati sul valore dell'energia dissipata negli ingranaggi al variare dello spostamento del profilo. Questo studio è riportato in [2]. È stata condotta una ricerca sul funzionamento di attuatori lineari vite-madrevite. Si sono studiati i meccanismi che determinano le condizioni di usura dell'accoppiamento vite-madrevite in attuatori lineari, con particolare riferimento agli aspetti termici del fenomeno. Si è visto, infatti, che la temperatura di contatto tra vite e chiocciola è il parametro più critico nel funzionamento di questi attuatori. Mediante una prova sperimentale, è stata trovata una legge che, data pressione, velocità e fattore di servizio, stima la temperatura di esercizio. Di tale legge sperimentale è stata data un'interpretazione sulla base dei modelli teorici noti. Questo studio è stato condotto nell'ambito di un contratto di ricerca tra il DIEM e la Ognibene Meccanica S.r.l. di Bologna ed è pubblicato in [3].

Caratteristiche micromeccaniche di giunzioni friction welding

Studio della caratterizzazione micromeccanica di provini in alluminio 6082 T6 saldati con la tecnica della rotary friction welding, tecnica innovativa nell’ambito delle tecnologie di giunzione solida, che sfrutta il principio della saldatura per attrito. Dopo un'introduzione teorica sulle principali tematiche affrontate e sui principali sistemi di misura usati, verranno effettuate micrografie dei giunti e prove di microdurezza sugli stessi. Si termina riportando i grafici delle microdurezze trovate, in modo da poter confrontare i risultati ottenuti con le caratteristiche del materiale base. Da questi si osserva che: nonostante la qualità accettabile dei giunti, le elevate temperature raggiunte durante la saldatura hanno alterato il trattamento termico del materiale base, che da T6 assume caratteristiche più simili a un T4. In altre parole il materiale saldato presenta caratteristiche micromeccaniche inferiori a quelle nominalmente assegnabili al materiale base.

Analisi di microdurezza su giunti friction welding

Il presente lavoro di tesi si pone come obiettivo la caratterizzazione microstrutturale di una serie di giunti realizzati tramite un innovativo processo di saldatura allo stato solido denominato Rotary Friction Welding. In tale ricerca si descrive il percorso seguito per arrivare a tale caratterizzazione partendo da una discussione delle principali tecniche di saldatura, in particolare quelle per attrito, per passare poi ad un’analisi dettagliata della fase di creazione dei giunti saldati e della successiva fase dedicata alla verifica microstrutturale. I risultati ottenuti, ci forniranno indici di confronto sulla qualità del materiale, sui processi tecnologici, sui trattamenti e su alcune fondamentali proprietà meccaniche

The electron antineutrino angular correlation coefficient a in free neutron decay: Testing the standard model with the aSPECT-spectrometer

The beta-decay of free neutrons is a strongly over-determined process in the Standard Model (SM) of Particle Physics and is described by a multitude of observables. Some of those observables are sensitive to physics beyond the SM. For example, the correlation coefficients of the involved particles belong to them. The spectrometer aSPECT was designed to measure precisely the shape of the proton energy spectrum and to extract from it the electron anti-neutrino angular correlation coefficient "a". A first test period (2005/ 2006) showed the “proof-of-principles”. The limiting influence of uncontrollable background conditions in the spectrometer made it impossible to extract a reliable value for the coefficient "a" (publication: Baessler et al., 2008, Europhys. Journ. A, 38, p.17-26). A second measurement cycle (2007/ 2008) aimed to under-run the relative accuracy of previous experiments (Stratowa et al. (1978), Byrne et al. (2002)) da/a =5%. I performed the analysis of the data taken there which is the emphasis of this doctoral thesis. A central point are background studies. The systematic impact of background on a was reduced to da/a(syst.)=0.61 %. The statistical accuracy of the analyzed measurements is da/a(stat.)=1.4 %. Besides, saturation effects of the detector electronics were investigated which were initially observed. These turned out not to be correctable on a sufficient level. An applicable idea how to avoid the saturation effects will be discussed in the last chapter.

Simulazione FEM e validazione sperimentale del processo di friction welding

Nel seguente elaborato si propone lo sviluppo di un modello agli elementi finiti (FEM) del processo di friction welding del quale, attraverso i dati rilevati da prove sperimentali di validazione termica, vengono valutati i parametri ottimali di simulazione. Ai risultati così ottenuti vengono applicati anche algoritmi per la valutazione della microstruttura e della qualità della saldatura, sviluppati originariamente per l'analisi dell'estrusione: in entrambi i casi a seguito del confronto con le analisi metallografiche dei provini è stato possibile validare ulteriormente il modello creato.

Advanced polymeric materials for applications in technical equipment for snow sports

The thesis is divided in three chapters, each one covering one topic. Initially, the thermo-mechanical and impact properties of materials used for back protectors have been analysed. Dynamical mechanical analysis (DMTA) has shown that materials used for soft-shell protectors present frequency-sensitive properties. Furthermore, through impact tests, the shock absorbing characteristics of the materials have been investigated proving the differences between soft and hard-shell protectors; moreover it has been demonstrated that the materials used for soft-shell protectors maintain their protective properties after multi-impacts. The second chapter covers the effect of the visco-elastic properties of the thermoplastic polymers on the flexural and rebound behaviours of ski boots. DMTA analysis on the materials and flexural and rebound testing on the boots have been performed. A comparison of the results highlighted a correlation between the visco-elastic properties and the flexural and rebound behaviour of ski boots. The same experimental methods have been used to investigate the influence of the design on the flexural and rebound behaviours. Finally in the third chapter the thermoplastic materials employed for the construction of ski boots soles have been characterized in terms of chemical composition, hardness, crystallinity, surface roughness and coefficient of friction (COF). The results showed a relation between material hardness and grip, in particular softer materials provide more grip with respect to harder materials. On the contrary, the surface roughness has a negative effect on friction because of the decrease in contact area. The measure of grip on inclined wet surfaces showed again a relation between hardness and grip. The performance ranking of the different materials has been the same for the COF and for the slip angle tests, indicating that COF can be used as a parameter for the choice of the optimal material to be used for the soles of ski boots.

Non-parametric estimation of the diffusion coefficient of a branching diffusion with immigration

Wir betrachten Systeme von endlich vielen Partikeln, wobei die Partikel sich unabhängig voneinander gemäß eindimensionaler Diffusionen [dX_t = b(X_t),dt + sigma(X_t),dW_t] bewegen. Die Partikel sterben mit positionsabhängigen Raten und hinterlassen eine zufällige Anzahl an Nachkommen, die sich gemäß eines Übergangskerns im Raum verteilen. Zudem immigrieren neue Partikel mit einer konstanten Rate. Ein Prozess mit diesen Eigenschaften wird Verzweigungsprozess mit Immigration genannt. Beobachten wir einen solchen Prozess zu diskreten Zeitpunkten, so ist zunächst nicht offensichtlich, welche diskret beobachteten Punkte zu welchem Pfad gehören. Daher entwickeln wir einen Algorithmus, um den zugrundeliegenden Pfad zu rekonstruieren. Mit Hilfe dieses Algorithmus konstruieren wir einen nichtparametrischen Schätzer für den quadrierten Diffusionskoeffizienten $sigma^2(cdot),$ wobei die Konstruktion im Wesentlichen auf dem Auffüllen eines klassischen Regressionsschemas beruht. Wir beweisen Konsistenz und einen zentralen Grenzwertsatz.

Simulazione numerica del processo rotary friction welding

Costruzione di un modello numerico base per la simulazione del processo Rotary Friction Welding.