Annealing and Precipitation Behavior During Batch Annealing of HSLA Steels

To gain a fundamental understanding of the factors responsible for the kinetics of annealing behavior during batch annealing for high strength low alloy (HSLA) steels, studies have been conducted to analyze the influence of alloy composition, hot band state, cold rolling reduction (CR%), heating rate, soaking temperature and time, etc. on the annealing behavior of HSLA steels during batch annealing process. The recrystallization kinetics was mainly controlled by several key parameters such as stored energy, precipitation and/or solute drag, special grain boundaries, and texture, etc. The combination of Electron Back-Scattered Diffraction (EBSD) technique and the Sub-grain Method was used to construct and analyze stored energy distribution maps before and during the batch annealing process of cold rolled HSLA steels. Precipitation behavior was studied using Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), Transmission Electron Microscopy (TEM), and High Resolution TEM (TEM). Grain boundary characteristic and texture fibers were also analyzed using EBSD scanning data. The results show that different composition and processing parameters would cause different hot band microstructure and different amounts of dislocation density, i.e., stored energy, remained in the alloys after hot rolling deformation. Higher dislocation density in the hot band steel will cause even higher dislocation density in the sheet steel after cold rolling deformation, which will cause higher recrystallization speed at early stages. If precipitates were formed during annealing, their formation would consume part of the stored energy and decreased some driving force. The new formed fine TiC precipitates would also apply certain pinning force on the grain boundaries, which dragged the moving of those boundaries, i.e., lowered the recrystallization speed further. Certain special grain boundaries like Coincident Site Lattice (CSL) boundaries have very low boundary energy and mobility. The higher volume fraction of this kind of boundaries would also slow down the recrystallization process. Texture could not be a critical factor causing the different annealing behavior in this study, since the texture fibers distributions are very similar. Two or more factors might affect the annealing process at the same time. Some factors could be more efficient than others at certain stage or stages

Characterisation of Plastic and Creep Strains From Lattice Orientation Measurements

Electron backscatter diffraction (EBSD) is a powerful technique for measuring crystallographic orientation in polycrystalline materials. This thesis explores the potential of EBSD for characterising localised inelastic strain from lattice orientation measurements. A systematic study under uniaxial isothermal loading conditions was performed to examine the influence of microstructure and deformation conditions on strain-induced lattice orientation changes (misorientation). The study was conducted on both service-aged and un-aged Type 316H stainless steels through a series of monotonic tests in tension, compression and in constant load creep. The study demonstrates that the development of misorientation depends on many factors which need consideration before EBSD can be applied for strain assessment. It is shown that the measured evolution of misorientations is a function of microstructure and grain size. A misorientation-based strain assessment method is proposed which is relatively insensitive to microstructure and grain size. In service-aged steel, the measured evolution of misorientations is shown to be independent of the deformation temperature (between 24°C and 550°C) and deformation mode (tension vs. compression) for strain rates down to about 10-6s-1. Empirical correlations between the accumulated plastic strain and different misorientation metrics are developed for true strains up to 0.23. However, at 550°C the evolution of measured misorientations is shown to be strain rate dependent below 10-6s-1. The potential of EBSD to distinguish plastic strain from creep strain is demonstrated. Misorientation development is shown to occur at a faster rate with increasing strain in plastic than in creep deformation. Similarly, the proportion of twin boundaries in service-aged steel is shown to reduce with increasing strain at a faster rate in creep than in plastic deformation. Two novel methods for creep strain estimation are proposed which utilise the disparities in the misorientation development and twin boundary reduction under the two different deformation regimes. A good correspondence is established between the strain estimates from the proposed methods and those derived from hardness measurements and digital image correlation. The methods are shown to be applicable to real power plant components through successful mapping of plastic and creep strain distributions in weldments after different periods in service

Novel approaches for the chemical, mechanical, and thermal post-processing of polymer components obtained by fused filament fabrication

La creixent demanda de productes de baix cost i fets a mida impulsada per les necessitats del sector industrial contemporani ha promogut el desenvolupament i el perfeccionament de diverses tècniques de processat de materials. En aquest panorama de fabricació en constant canvi, la fabricació per filament fos (FFF), un dels mètodes de fabricació additiva (AM) més estesos per la seva simplicitat tecnològica, posseeix el potencial per a proporcionar respostes a moltes de les necessitats que revela el mercat actual. No obstant, la naturalesa de la construcció capa a capa dels objectes fabricats que permet una flexibilitat geomètrica tan elevada és, tanmateix, una barrera important per a l’ús dels components finals en certes àrees crítiques de la realitat industrial. Aquestes limitacions, com la necessitat d’eliminar les estructures que suporten en la seva construcció a voladissos i forats interns, l’anisotropia mecànica dels components i l’acabat superficial pobre en comparació amb les tècniques de fabricació convencionals, formen part dels grans reptes que ha d’abordar la comunitat AM. A més, la diversitat de materials i equips d’impressió desenvolupats en els últims anys per a ampliar les capacitats de la FFF exigeix l’adaptació dels mètodes de postprocessament existents i la creació d’altres de nous capaços d’aportar solucions efectives a aquestes necessitats. Per conseqüent, aquesta tesi doctoral considera el postprocessat químic, mecànic i tèrmic de components fabricats amb el termoplàstic de grau enginyeril Ultem™ 9085 per mitjà de FFF amb l’objectiu d’aconseguir millores en la seva usabilitat i rendiment mecànic. La investigació que sustenta aquest estudi està basada en un rigorós disseny d’experiments, que inclou una matriu ortogonal de Taguchi i una metodologia de superfície de resposta, acompanyats de les campanyes experimentals suficients per a validar les propostes abordades. De tots els anàlisis que conformen el conjunt d’aquesta tesi, de la que han derivat cinc publicacions científiques en revistes indexades, és possible extreure un bon nombre d’aportacions que s’estimen de gran importància per al progrés de la investigació en AM. D’entre ells, destaquen la validació d’un tractament químic capaç de dissoldre el material de suport de l’Ultem™ 9085 amb un impacte mínim en les prestacions mecàniques del material model, un postprocessat mecànic basat en el brunyit amb bola que ha demostrat produir una reducció significativa de la rugositat de la superfície i una duplicació de la vida a fatiga per flexió de les peces tractades, i una recuita tèrmica combinada amb pressió isostàtica capaç de densificar els components tractats al mateix temps que en millora el seu acabat superficial i redueix les diferències en les propietats mecàniques de peces fabricades utilitzant diferents orientacions d’impressió. Cadascun dels enfocs abordats, així com els procediments que s’han utilitzat per a la seva validació, apareixen meticulosament documentats en aquesta memòria, juntament amb totes les recomanacions pràctiques necessàries per a aplicar les metodologies proposades a altres materials.La creciente demanda de productos de bajo coste y hechos a medida impulsada por las necesidades del sector industrial contemporáneo ha promovido el desarrollo y el perfeccionamiento de múltiples técnicas de procesamiento de materiales. En este panorama de fabricación en constante cambio, la fabricación por filamento fundido (FFF), uno de los métodos de fabricación aditiva (AM) más extendidos por su simplicidad tecnológica, posee el potencial de proporcionar respuestas a muchas de las necesidades que revela el mercado actual. Sin embargo, la naturaleza de la construcción capa a capa de los objetos fabricados que permite una flexibilidad geométrica tan elevada es, al mismo tiempo, una barrera importante para el uso de los componentes finales en ciertas áreas críticas de la realidad industrial. Tales limitaciones, como la necesidad de eliminar las estructuras que soportan en su construcción a salientes y agujeros interiores, la anisotropía mecánica de los componentes y el acabado superficial pobre en comparación con las técnicas de fabricación convencionales, forman parte de los grandes desafíos que debe abordar la comunidad AM. Además, la diversidad de materiales y equipos de impresión desarrollados en los últimos años para ampliar las capacidades de la FFF exige la adaptación de los métodos de postprocesamiento existentes y la creación de otros novedosos, capaces todos de aportar soluciones efectivas a estas necesidades. En consecuencia, esta tesis doctoral aborda el postprocesado químico, mecánico y térmico de componentes fabricados con el termoplástico de grado de ingenieril Ultem™ 9085 mediante FFF con el propósito de conseguir mejoras en su usabilidad y rendimiento mecánico. La investigación que sustenta este estudio está basada en un riguroso diseño de experimentos, que incluye una matriz ortogonal de Taguchi y una metodología de superficie de respuesta, acompañados de las campañas experimentales suficientes para validar las propuestas abordadas. De todos los análisis que conforman el conjunto de esta tesis, de la que han derivado cinco publicaciones científicas en revistas indexadas, es posible extraer un buen número de aportaciones que se estiman de gran importancia para el progreso de la investigación en AM. Entre ellos, destacan la validación de un tratamiento químico capaz de disolver eficazmente el material de soporte del Ultem™ 9085 con un impacto mínimo en las prestaciones mecánicas del material modelo, un postprocesado mecánico basado en el bruñido con bola que ha demostrado producir una reducción significativa de la rugosidad de la superficie y una duplicación de la vida a fatiga por flexión de las piezas tratadas, y un recocido térmico combinado con presión isostática capaz de densificar los componentes tratados al tiempo que mejora su acabado superficial y reduce las diferencias en las propiedades mecánicas de piezas fabricadas utilizando diferentes orientaciones de impresión. Cada uno de los enfoques abordados, así como los procedimientos que se han utilizado para su validación, aparecen minuciosamente documentados en esta memoria, junto con todas las recomendaciones prácticas necesarias para aplicar las metodologías propuestas a otros materiales.The increasing demand for low-cost, custom-made products driven by the needs of the contemporary industrial sector has propelled the development and refinement of multiple material processing techniques. In this ever-changing manufacturing landscape, fused filament fabrication (FFF), one of the most popular additive manufacturing (AM) methods due to its technological simplicity, possesses the potential to provide the required answers to many of today’s marketplace requirements. However, the layered nature of the fabricated objects that enables such high shape flexibility is also a major barrier to implementation in critical application areas. This is attributed to the need to eliminate the supporting structures in overhanging parts and inner holes, the components’ mechanical anisotropy, and the inferior surface finish compared to conventional manufacturing techniques. In addition, the diversity of materials and printing equipment developed in recent years to expand FFF’s capabilities demands the adaptation of existing and novel post-processing methods to address the mentioned issues. Accordingly, this doctoral thesis addresses the chemical, mechanical, and thermal post-processing of components made of the engineering-grade thermoplastic Ultem™ 9085 by FFF to improve their usability and mechanical performance. The research is based on rigorous designs of experiments, which include a Taguchi orthogonal array and a response surface methodology, as well as additional tests to validate the proposed strategies. From the analyses that make the whole of this thesis, out of which five scientific articles published in peer-reviewed journals have been derived, it is possible to extract a substantial number of scientific contributions of great importance for the progress of research in the field of AM. Among them, a solvent-based chemical treatment that effectively dissolves Ultem™ 9085’s support material with minimal impact on the model material’s mechanical performance; the use of ball burnishing as a finishing technique that has proven to produce a significant reduction in surface roughness, and a minimum two-fold increase in the flexural fatigue life of the treated parts; and a thermal annealing treatment combined with isostatic pressing capable of inducing densification and reducing the surface roughness while homogenizing the mechanical properties of parts fabricated using different printing orientations. The considered approaches and the procedures used for their validation are thoroughly documented in this doctoral thesis, together with practical recommendations to apply the proposed methodologies in other materials

Analysis of metallic coatings based in zinc-aluminium-magnesium alloys, in terms of performance and long-term corrosion. Case study: Electrical cable trays selection in project design

[ES] En los últimos años, se han desarrollado numerosos tipos de recubrimientos superficiales frente a la corrosión basados especialmente en aleaciones de cinc-aluminio-magnesio (conocidas como aleaciones "ZM"), como alternativas a los recubrimientos tradicionales basados en cinc (conocidos como "Z"), con el fin de mejorar sus características técnicas y reducir su coste. Los fabricantes de estos nuevos tratamientos reivindican una mayor resistencia a la corrosión, basándose en ensayos de corrosión acelerada y ensayos de campo, estos últimos de muy pocos años de duración. La presente tesis, tiene como principal objetivo la estructuración y análisis de toda la información existente en el actual estado de la técnica, y en particular, el estudio de los ensayos de campo existentes para corroborar su resistencia a la corrosión en distintos tipos de ambientes y a partir de ello, proponer un modelo matemático que facilite su cálculo a largo plazo. Se presenta una revisión del estado de la técnica de recubrimientos metálicos basados en aleaciones ZM, que cubre su evolución en el tiempo, las diferentes calidades y designaciones existentes en el mercado, su estructura y composición, normas internacionales que los regulan y una detallada investigación sobre ensayos de campo en localizaciones de todo el mundo, habiéndose encontrado ensayos de una duración máxima de 6 años. A partir del análisis de estos ensayos de campo, se propone una Metodología para verificar el rendimiento y la evolución de la función corrosión-tiempo, en los diferentes ambientes de exposición, categorizados a través de la norma internacional ISO 9223 (ISO, 2012), que los denomina "categorías de corrosividad", y que abarcan desde C1 (muy bajo) hasta CX (extremo). Este análisis ha clasificado todos los resultados de los ensayos por material, categoría de corrosividad y evolución a lo largo del tiempo. De esta forma, cada categoría de corrosividad ha sido investigada en profundidad, mediante un análisis estadístico, poniendo especial énfasis en la corrosión anual, medida como pérdida de masa (µm / año), la función corrosión-tiempo y su ajuste a un determinado comportamiento. Se han analizado asimismo los recubrimientos Z con el fin de poder comparar ambas alternativas y corroborar la hipótesis de partida, cuyo supuesto principal es la mayor resistencia a la corrosión de las aleaciones ZM frente a los recubrimientos Z. Este análisis ha sido el punto de entrada, para establecer un modelo matemático que determine el rendimiento de la corrosión a largo plazo, con el fin de proporcionar a los profesionales de proyectos en la ingeniería, una herramienta que permita estimar la resistencia a la corrosión y la optimización del coste de una instalación cuando se utilizan diferentes tipos de materiales. El compendio de todo este análisis se ha reflejado en el apartado de Resultados y comentarios. La referida metodología, se ha aplicado a un caso de estudio para mostrar cómo seleccionar la calidad del recubrimiento y su espesor óptimo, así como un cálculo de costes, con el objetivo de garantizar los requisitos de un determinado proyecto, en términos de resistencia a la corrosión y coste. Las conclusiones finales ponen de manifiesto que existen algunas ventajas de las aleaciones ZM frente a recubrimientos Z, principalmente en lo que respecta a la resistencia a la corrosión, al haber encontrado relaciones que pueden duplicar y triplicar su rendimiento, en los períodos para los que hay datos disponibles. Del mismo modo, se han encontrado algunas desventajas, que deben investigarse más a fondo en futuros trabajos de investigación, para dar continuidad a esta tesis. Por ejemplo, la limitación de estos recubrimientos para lograr grandes espesores, la limitada duración de los ensayos de campo, el rendimiento en partes específicas de los componentes (cortes, embuticiones, doblados, soldaduras...), etc.[CA] En els últims anys, s'han desenvolupat nombrosos tipus de recobriments superficials enfront de la corrosió basats especialment en aliatges de zinc-alumini-magnesi (conegudes com a aliatges "ZM"), com a alternatives als recobriments tradicionals basats en zinc (coneguts com a "Z"), amb la finalitat de millorar les seues característiques tècniques i reduir el seu cost. Els fabricants d'aquests nous tractaments reivindiquen una major resistència a la corrosió, basant-se en assajos de corrosió accelerada i assajos de camp, aquests últims de molt pocs anys de duració. La present tesi, té com a principal objectiu l'estructuració i anàlisi de tota la informació existent en l'actual estat de la tècnica, i en particular, l'estudi dels assajos de camp existents per a corroborar la seua resistència a la corrosió en diferents tipus d'ambients i a partir d'això, proposar un model matemàtic que facilite el seu càlcul a llarg termini. Es presenta una revisió de l'estat de la tècnica de recobriments metàl·lics basats en aliatges ZM, que cobreix la seua evolució en el temps, les diferents qualitats i designacions existents en el mercat, la seua estructura i composició, normes internacionals que els regulen i una detallada investigació sobre assajos de camp en localitzacions de tot el món, havent-se trobat assajos d'una duració màxima de 6 anys. A partir de l'anàlisi d'aquests assajos de camp, es proposa una metodologia per a verificar el rendiment i l'evolució de la funció corrosió-temps, en els diferents ambients d'exposició, categoritzats a través de la norma internacional ISO 9223 (ISO, 2012), que els denomina "categories de corrosivitat", i que abasten des de C1 (molt baix) fins a CX (extrem). Aquesta anàlisi ha classificat tots els resultats dels assajos per material, categoria de corrosivitat i evolució al llarg del temps. D'aquesta manera, cada categoria de corrosivitat ha sigut investigada en profunditat, mitjançant una anàlisi estadística, posant especial èmfasi en la corrosió anual, mesura com a pèrdua de massa (µm / any), la funció corrosió-temps i el seu ajust a un determinat comportament. S'han analitzat així mateix els recobriments Z amb la finalitat de poder comparar totes dues alternatives i corroborar la hipòtesi de partida, el supòsit principal de la qual és la major resistència a la corrosió dels aliatges ZM enfront dels recobriments Z. Aquesta anàlisi ha sigut el punt d'entrada, per a establir un model matemàtic que determine el rendiment de la corrosió a llarg termini, amb la finalitat de proporcionar als professionals de projectes en l'enginyeria, una eina que permeta estimar la resistència a la corrosió i l'optimització del cost d'una instal·lació quan s'utilitzen diferents tipus de materials. El compendi de tota aquesta anàlisi s'ha reflectit en l'apartat de Resultats i comentaris. La referida metodologia, s'ha aplicat a un cas d'estudi per a mostrar com seleccionar la qualitat del recobriment i la seua grossària òptima, així com un càlcul de costos, amb l'objectiu de garantir els requisits d'un determinat projecte, en termes de resistència a la corrosió i cost. Les conclusions finals posen de manifest que existeixen alguns avantatges dels aliatges ZM enfront de recobriments Z, principalment pel que fa a la resistència a la corrosió, en haver trobat relacions que poden duplicar i triplicar el seu rendiment, en els períodes per als quals hi ha dades disponibles. De la mateixa manera, s'han trobat alguns desavantatges, que han d'investigar-se més a fons en futurs treballs de recerca, per a donar continuïtat a aquesta tesi. Per exemple, la limitació d'aquests recobriments per a aconseguir grans grossàries, la limitada duració dels assajos de camp, el rendiment en parts específiques dels components (talls, embuticions, doblegats, soldadures...), etc.[EN] In recent years, numerous types of surface corrosion coatings, based especially on zinc-aluminium-magnesium alloys (known as "ZM" alloys), have been developed as alternatives to traditional zinc-based coatings (known as "Z"), to improve its technical characteristics and reduce its cost. The manufacturers of these new treatments claim greater resistance to corrosion, based on accelerated corrosion tests and field tests, the latter lasting only a few years. The main objective of this thesis is the structuring and analysis of all the existing information in the current state of the art, and in particular, the study of the existing field tests to corroborate their resistance to corrosion in different types of environments and based on this, propose a mathematical model that facilitates its long-term calculation. A review of the state of the art of metal coatings based on ZM alloys is presented, which covers their evolution over time, the different qualities and designations existing in the market, their structure and composition, international standards that regulate them and a detailed research on field tests in different locations around the world, having found tests of a maximum duration of 6 years. From the analysis of these field tests, a methodology is proposed to verify the performance and evolution of the corrosion-time function in the different exposure environments, categorized through the international standard ISO 9223 (ISO, 2012), which calls them "corrosivity classes", and which range is from C1 (very low) to CX (extreme). This analysis has classified all the test results by material, corrosivity class and evolution over time. In this way, each corrosivity class has been investigated in depth, through statistical analysis, with special emphasis on annual corrosion, measured as mass loss (µm / year), the corrosion-time function and its adjustment to a certain behaviour. The Z coatings have also been analysed to be able to compare both alternatives and corroborate the main hypothesis, whose main assumption is the greater resistance to corrosion of ZM alloys compared to Z coatings. This analysis has been the entry point to establish a mathematical model that determines the long-term corrosion performance, to provide project engineering professionals, with a tool to estimate the corrosion resistance and optimize the cost of an installation when different types of materials are used. The summary of all this analysis has been reflected in the Results and discussion section. The referred methodology has been applied to a case study to show how to select the quality of the coating and its optimal thickness, as well as a cost calculation, in order to guarantee the requirements of a specific project, in terms of resistance to corrosion and cost. The final conclusions show that there are some advantages of ZM alloys over Z coatings, mainly with regard to corrosion resistance, having found relationships that can double and triple their performance, in the periods for which there are data available. In the same way, some disadvantages have been found, which must be investigated further in future research works, to give continuity to this thesis. For example, the limitation of these coatings to achieve large thicknesses, the limited duration of field tests, the performance of specific parts of the components (cuts, embossments, bends, welds ...), etc.Chenoll Mora, E. (2021). Analysis of metallic coatings based in zinc-aluminium-magnesium alloys, in terms of performance and long-term corrosion. Case study: Electrical cable trays selection in project design [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/167418TESI

Structural and Kinetic Studies of Structure I Gas Hydrates via Low Temperature X-Ray Diffraction and High Resolution Neutron Diffraction

Gas hydrates are materials of interest as sources for clean energy, carbon sequestration, greenhouse gas mitigation, and gas storage. This body of work presents two projects that each separately explore one aspect of the potential found in gas hydrates. Chapter 1 tackles the structural changes found to occur over the CO2 [carbon dioxide] - CH4 [methane] hydrate solid solution. The application here pertains to the sequestration of CO2 in natural gas hydrates found in permafrost regions and ocean floors. As CO2 is injected into the hydrate reservoir, CH4 is released and recovered for energy use. Samples synthesized from liquid water were studied using high-resolution neutron diffraction. Static images of the nuclear scattering density of the free moving gas molecules were determined. Cage occupants and occupancies, the volume change of the unit cell and the individual cages based on composition were determined. Chapter 2 pertains to the decomposition of methane hydrate and a phenomenon termed anomalous preservation. Three samples were studied using in situ low temperature x-ray diffraction as they decomposed over a temperature range of 140 – 260 K and the kinetics were analyzed using the Avrami model. Activation energies and Avrami constants were determined for two temperature ranges within the overall range

Gravity gradient boom and antenna material study Final report

Rigidized woven screen material study for gravity gradient boom and antenn

Microstructure and properties of transparent glass-ceramics

The overall aim of the research programme was to produce a transparent glass-ceramic suitable for high temperature lamp applications, and to correlate microstructural parameters with physical properties. The experimental study included a detailed analysis of the microstructure of a transparent glass-ceramic comprising tetragonal zirconia and zinc aluminate (gahnite) crystals in a high glassy phase. Thermal expansion coefficients were measured for a selection of glass-ceramics and found to be compatible with the expansion coefficients of certain metals used as current leads in lamp construction. Density, microhardness and mechanical strength measurements were determined and correlated with the particle size, volume fraction and mean free path of the crystalline species. The degree of transparency was investigated by optical transmission techniques in the visible and near infra-red ranges. An investigation into the chemical compatibility in selected lamp vapours and at high temperatures was undertaken with good stability occurring for bromine, and sodium iodide and scandium iodide lamps. Electron spin resonance was used to investigate colour centre formation due to sodium vapour exposure, and was also shown to be an invaluable tool in monitoring the crystallization process

Property and microstructural nonuniformity in the yttrium-barium-copper-oxide superconductor determined from electrical, magnetic, and ultrasonic measurements

The purpose of this dissertation was the following: (1) to characterize the effect of pore fraction on a comprehensive set of electrical and magnetic properties for the yttrium-barium-copper-oxide (YBCO) high temperature ceramic superconductor; and (2) to determine the viability of using a room-temperature, nondestructive characterization method to aid in the prediction of superconducting (cryogenic) properties. The latter involved correlating ultrasonic velocity measurements at room temperature with property-affecting pore fraction and oxygen content variations. The use of ultrasonic velocity for estimating pore fraction in YBCO is presented, and other polycrystalline materials are reviewed, modeled, and statistically analyzed. This provides the basis for using ultrasonic velocity to interrogate microstructure. The effect of pore fraction (0.10-0.25) on superconductor properties of YBCO samples was characterized. Spatial (within-sample) variations in microstructure and superconductor properties were investigated, and the effect of oxygen content on elastic behavior was examined. Experimental methods used included a.c. susceptibility, electrical, and ultrasonic velocity measurements. Superconductor properties measured included transition temperature, magnetic transition width, transport and magnetic critical current density, magnetic shielding, a.c. loss, and sharpness of the voltage-current characteristics. An ultrasonic velocity image constructed from measurements at 1mm increments across a YBCO sample revealed microstructural variations that correlated with variations in magnetic shielding and a.c. loss behavior. Destructive examination using quantitative image analysis revealed pore fraction to be the varying microstructural feature

Metodología de detección de óxido residual en superficies de acero inoxidable mediante visión por computador

La presente tesis doctoral es una investigación que propone una alternativa basada en visión por computador a la detección, por parte de un operador humano, de un defecto superficial denominado óxido residual que puede producirse durante el procesamiento de bobinas de acero inoxidable en una línea de recocido y decapado de la industria siderúrgica. Se trata de un defecto cuya eliminación incompleta puede producir problemas operativos durante el procesamiento posterior que va a sufrir la bobina (laminación en frío, recocido final, revestimiento, tintado especial, etc.) afectando claramente a la calidad superficial del producto final. La tesis tiene dos objetivos fundamentales. Un primer objetivo que consiste en la elaboración de una metodología para la detección de óxido residual en superficies de acero inoxidable basada en visión por computador que cumple con una serie de requisitos: detecta el defecto sobre superficies en movimiento de manera fiable, robusta y eficiente, considera una amplia variedad de tipos de acero y acabados superficiales, cuantifica la cantidad de defecto existente sobre la superficie y lo clasifica dimensionalmente y, finalmente, es viable para su aplicación en un entorno industrial agresivo. Un segundo objetivo complementario donde se construye e implanta un sistema de inspección visual automatizado para la detección y clasificación de defectos de óxido residual basado en la metodología previamente elaborada y que permite la obtención de los datos necesarios para su validación. En la memoria de tesis se realiza un estudio del arte sobre detección y clasificación de defectos en la producción de acero y otro, más específico, sobre sistemas para la detección de óxido residual en superficies de acero. El proceso de adquisición de imágenes integra un nuevo sistema de iluminación difusa estroboscópica para inspección de superficies en movimiento que ilumina de forma homogénea la superficie de inspección y evita la formación de sombras provocadas por la topografía de la superficie del material. La estrategia de procesamiento de imágenes para la detección y clasificación dimensional de manchas de defecto integra una nueva técnica de segmentación basada en la umbralización automática del histograma a partir de conocimiento empírico. Para ello, se crea una base de conocimiento constituida por índices estadísticos descriptivos extraídos de una población de imágenes previamente caracterizadas por un experto. Sobre esta base de conocimiento, se construye un modelo matemático empírico basado en una red neuronal que permite establecer un rango de búsqueda del umbral de binarización final. La complejidad del sistema de inspección se reduce mediante una inspección automatizada basada en un muestreo aleatorio simple de la superficie de acero que agiliza la adquisición y el tratamiento de datos. El diseño de la arquitectura de adquisición y procesamiento de imagen, el accionamiento de los movimientos del sistema de inspección visual automatizado y la técnica de inspección basada en muestreo aleatorio han dado lugar a una patente internacional reconocida en varios países