ferrous metallic materials in...

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.


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.


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

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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.



• 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.



• 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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


Next time

Topic

- Steel Alloy ( เหลกกลาผสม )

- ID of Metal

- การปรบปรงคณสมบตของโลหะดวยวธ Heat Treatment

- Application in Aircraft.

ferrous metallic materials in...

Documents