Upload
others
View
4
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
July 20042009 Lecture Side
Lecture by
Suradet TantrairatnInstructor and Researcher
Chapter Twoweek2
January 2009
Ferrous Metallic Materials in Aircraft
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Quiz #1
1) ในการเลอกวสด มปจจยใดในการตดสนใจเลอกใชวสดบาง ( บอกมา 3 ขอ )
2) จงเรยงลาดบ ความแขงแรง ของวสดดงตอไปน ( จากนอยไปมาก )
ไนลอน , วสดผสม คารบอน-อพอกซ , โลหะผสมคารบอน , ไนลอน
3) เนองจากปจจยทางดานนาหนกมผลในเชงพาณชยคอนขางมาก จงพยายามหาวธในการลดนาหนกของวสด สามารถทาไดอยางไร ในทางวสดศาสตร
4) จงอธบายคณสมบตเดนของ Ceramic
5) วสดชนดใดมแนวโนมทจะถกนามาปรบปรงคณสมบต และนามาใชมากขน ในอนาคต
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Load in Aircraft
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
CFD Program
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Properties of Materials
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Stress and Strain
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Stress distribution
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Stress analysis
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Ferrous Metal
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Manufacture Process
กระบวนการเตาเบสกออกซเจน ( basic oxygen furnace; BOF )
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Metal Transform Process
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Phase (Review)
• A phases is simply a form of material possessing a characteristic structure and properties.
• A phases has a definable structure, a uniform and identifiable chemistry.
• And distinct boundaries or interfaces that separate it from other different phases.
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Equilibrium Phase Diagrams (Review)
• is a graphic mapping of the natural tendencies of a material or a material system.
• There are three primary variable to be considered: temperature, pressure and composition
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Pressure-Temperature (P-T) diagram (Review)
Diagram maps the stable form of water for various conditions.The region boundaries denote the melting and boiling point.It has important to make freeze drying.
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Complete solubility in both liquid and solid states(Review)
• Liquidus line – เหนอเสนน
เปนสารละลายในเฟสเหลว
• Solidus line – ดานลางของ
เสนนเปนสารละลายในเฟส
ของแขง
ree ing range etween theliquidus and olidus
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Three-phase reactions (Review)
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Cooling Curve of Iron
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Phase Diagram of IronPhase Diagram of Iron--Iron CarbideIron Carbide©
AIR
BUS
UK
LTD
200
2. A
ll rig
hts
rese
rved
. Con
fiden
tial a
nd p
ropr
ieta
ry d
ocum
ent.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Phase and Structure in DiagramPhase and Structure in Diagram
1) เหลกเดลตา ( Delta Iron ) อยทชวง 1,394 – 1,538 C มสภาวะเปนสารละลายของแขง โดยคารบอนจะละลายอยไดสงสด 0.09% ทอณหภม 1,495 C ซงเปนอณหภมทเกดปฏกรยาเพอรเทกตก เหลกเดลตามระบบผลกแบบ BCC คงรปไดทอณหภม 1,394 C
2) เหลกแกมมา ( Gamma Iron หรอ Austenite ) เหลกชนดนมสถานะเปนสารละลายของแขง โดยคารบอนสามารถละลายไดสงสด 2.11% ทอณหภม 1,148 C คณลกษณะจะออน เหนยว แมเหลกดดไมตด มโครงสรางผลกแบบ FCC
3) เหลกแอลฟา ( Alpha Iron หรอ Ferrite ) มสถานะเปนสารละลายของแขง คารบอนละลายไดสงทสด 0.0218% ทอณหภม 727 C มผลกแบบ BCC สมบตออนและเหนยว และไมมสภาพความเปนแมเหลกในชวง 770 – 912 C
4) ซเมนไทต ( Cementite หรอ Iron Carbide ) ( Fe3C ) เปนสารประกอบ มสมบตทแขงและเปราะ ประกอบไปดวยคารบอน 6.67%
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Phase and Structure in DiagramPhase and Structure in Diagram
5) เพรลไลต ( Pearlite ) เปนโครงสรางทเกดจากปฏกรยายเทกตอยด ประกอบไปดวยโครงสรางเฟอรไรสลบกบซเมนไทตเปนชน ๆ โครงสรางชนดนมความแขงแรงสง เพราะเกดจากโครงสรางทออนของเฟอรไรตสลบกบโครงสรางทแขงของซเมนไทต
6) เลเดบไรต ( Ledeburite ) เปนโครงสรางทเกดจากปฏกรยายเทกตก โดยมสวนผสมคารบอน 4.3% ทอณภม 1,148 C ของเหลวเยนตวลงกลายเปนของแขง 2 ชนดคอ ออสเทนไนตและซเมนไทต
7) เลเดบไรตทรานฟอรม ( Ledeburite Transformed ) เปนโครงสรางทเกดจากการเปลยนสภาพของออสเทนไนตในโครงสรางยเทกตก โดยออสเทนไนตดงกลาวจะใหปฏกรยายเทกตอยดกลายเปนโครงสรางเพรลไลต ซงโครงสรางทงสองเปนโครงสรางของเหลกหลอสขาว ( white cast iron)
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Iron-Carbon Equilibrium Diagram
•Eutectoid
•Eutectic
•Peritectic
• Steel, compose primarily of iron and carbon
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
ปฏกรยาในแผนภาพเฟสของเหลกกบคารบอน
1. ปฏกรยาเพอรเทกตก เกดขนทอณหภม 1,495 C ทเปอรเซนตคารบอน 0.17% โดยของเหลวทมปรมาณคารบอน 0.53% เขารวมตวกบสารละลายของแขง เดลตา ทมปรมาณคารบอน 0.09% แลวเกดเปนสารละลายของแขงชนดใหมคอ Austenite หรอ เหลกแกรมมา ทมสถานะเปนสารละลายของแขงมปรมาณคารบอน 0.17%
L (0.53%C) + เหลกเดลตา (0.09%C) <-----> เหลกแกรมมา (0.17%C)
2. ปฏกรยายเทกตก เกดจากของเหลวทมปรมาณคารบอน 4.3% ทาปฏกรยายเทกตกทอณหภม 1,148 C แลวกลายเปน แกรมมา และ Cementite
L (4.3%C) <-----> เหลกแกรมมา ( 2.11%C ) + Cementite (6.67%C)
3. ปฏกรยายเทกตอยด เกดขนดงน
เหลกแกรมมา (0.77%C) <-----> เหลกแอลฟา (0.0218%C) + Cementite(6.67%C)
Ledeburite
Pearlite
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Iron-Carbon Equilibrium Diagram
• a body-cubic solid that is stable down to 1394oC, know as delta-ferrite.
• From 1394oC to 912oC (FCC), know as austenite.• Alpha-ferrite (BCC) below 912oC
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Iron-Carbon Equilibrium Diagram
• At 1495oC, a peritectic reaction.• At 1148oC, a eutectic with composition of 4.3% carbon• 2.11% carbon are classified by the general term cast
iron• At 727oC, a eutectoid with composition of 0.77% carbon.
Alloy with less than 2.11% carbon, know as steels
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Steels and the simplified iron-carbon diagram
•The key transition will be the conversion of austenite to the two-phase ferrite plus carbide mixture.
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
โครงสรางเหลกยเทกตอยด
•Austenite0.77%C; FCC Ferrite0.02%C; BCC + Cementite6.67%C
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
โครงสรางเหลกไฮโปยเทกตอยด
•Hypoeutectoid steels (ferrite + pearlite) less than eutectoid composition
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
โครงสรางเหลกไฮเปอรยเทกตอยด
Hypereutectoid steels (cementile + pearlite) greater than eutectoid composition
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Mechanical Properties of Fe C system (1)
Hypoeutectoid Hypereutectoid
Pearlite (med)
Ferrite (soft) Pearlite (med)
Cementite (hard)
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Mechanical Properties of Fe C system (2)
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Classification of Ferrous Metals
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Phase Diagram of IronPhase Diagram of Iron--Iron CarbideIron Carbide
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Plain-Carbon Steel
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Plain-Carbon Steel
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Plain-Carbon Steel
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Plain-Carbon Steel
- ใชงานกวางขวาง
- Recycle ไดงาย
- ตนทนตาทสดในตระกลวสดกลมเหลก
• ขอจากดเหลกกลา Plain-Carbon มดงนคอ
- ไมสามารถถกทาใหมความแขงแรงเกน 100,000 psi (690MPa) โดยปราศจากการ
สญเสยความเหนยวและความแขงแรง
- มความแขงแกรงตาทอณหภมตา
- มความทนทานตอการกดกรอนและออกซเดชนตา
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Steel
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Plain-Carbon Steel and Low Alloy Steel
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Cast Iron
•Iron-carbon alloys with more than 2.11%•Wide variety properties.•Contains iron, carbon, silicon, manganese, sulfur, phosphorous
• อาจทาใหเกด Graphite หรอ Cementite• Graphite form by slow cooling• Cementite form by fast cooling
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Cast Iron
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Cast Iron
•Graphiteเยนตวลงชาๆ
ปรมาณคารบอน C, Si สงใชเวลาบมตว
มสวนผสมของ S, P, Al, Mg, Sn, Cu, Co•Cementite
เยนตวลงเรว
ปรมาณคารบอน C, Si ตามสวนผสมของ Ti, V, Cr, Zr, Mn, Mo
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Cast Iron
Gray Iron
Malleable IronWhite Iron
Nodular Iron
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Cast Iron
• Gray cast iron มการละลายของคารบอนคอนขางสมบรณ อยในรปของกราไฟท ใชใน engine block และ เครองยนตสนดาปภายใน
• White cast iron การทาใหเหลกหลอเยนเรวจะทาใหไดเหลกหลอเปนสขาว จะมความแขงแรงทางอดด มความตานทานตอการสกด
• Nodular cast iron เหลกหลอ 3.5 % C และ 2.5 % Si มการเตมธาตผสมของ แมกนเซยม โซเดยม ซเรยม แคลเซยม ลเธยม และธาตอนๆ จะทาใหไดเหลกหลอกราไฟทกลมทมความเหนยวด ใชทา crankshaft, rocker arm และลกสบ
• Malleable cast iron เปนการอบออนเหลกหลอขาว
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Designations,Compositions And Applications for Cast Irons
©AI
RBU
S U
K LT
D 2
002.
All
right
s re
serv
ed. C
onfid
entia
l and
pro
prie
tary
doc
umen
t.
Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2
Next time
Topic
- Steel Alloy ( เหลกกลาผสม )
- ID of Metal
- การปรบปรงคณสมบตของโลหะดวยวธ Heat Treatment
- Application in Aircraft.