مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی خواص مکانیکی و رشد ترک خستگی در آلومینیم نانوساختار شده توسط فرایند ایکپ

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
مرتضی شکیباسرشت 1
محمود ذبیح پور 2
1 کارشناسی ارشد مهندسی هوافضا، دانشکده مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران
2 عضو هیات علمی و دانشیار دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی هوافضا، گروه علمی سازه های هوافضایی
10.52547/mme.22.6.381
چکیده
پرس در کانال‌های هم مقطع زاویه دار (ECAP)[1] یکی از روش‌های پالایش و ریزدانه نمودن مواد فلزی می‌باشد. در این تحقیق عملیات ایکپ به‌روی نمونه‌هایی از آلیاژ 5182، در 1 تا 4 پاس در دمای محیط انجام شده است. بعد از ایکپ‌، نمونه‌‌‌‌‌ها برای بدست آوردن خواص مکانیکی مانند سختی سنجی،‌‌ تست کشش و متالوگرافی آماده شده اند. نتایج حاصل از این آزمایشات نشان داد که خواص مکانیکی مواد ایکپ شده نسبت به حالت معمولی بهبود یافته است. با استفاده از میکروسکوپ روبشی[2] مشاهده شد اندازه‌ی دانه به طور متوسط از 131 میکرومتر در حالت اولیه به 745 نانومتر بعد از فرآیند ایکپ بعد از پاس چهار کاهش پیدا کرده است. نتایج حاصل از سختی سنجی نیز افزایش 213 درصدی را نسبت به حالت معمولی نشان داد. افزایش تنش تسلیم نیز بعد از 4 پاس در حدود 3 برابر می‌باشد. در نهایت، رشد ترک این مواد تحت بارگذاری خستگی با ایجاد پیش ترک مناسب با حالت بدون ایکپ مقایسه شده‌است و مشاهده گردید که رشد ترک در مواد ایکپ شده سریع­ تر می‌باشد و سطح شکست در مقایسه با حالت معمولی هموارتر شده‌است. همچنین انحراف ترک از مسیر خود در مواد ریز ساختار نسبت به حالت معمولی کمتر می­‌باشد. در انتها، با مقایسه نتایج آزمایشگاهی رشد ترک با نتایج حاصل از تحلیل عددی، صحت نتایج عددی اعتبارسنجی و تایید شده ­اند.



[1] Equal Channel Angular Pressing

[2] SEM
کلیدواژه‌ها
ایکپ
خواص مکانیکی
مواد نانو ساختار
رشد ترک خستگی

موضوعات

عنوان مقاله English

Investigation of mechanical properties and fatigue crack growth in nanostructured aluminum by ECAP process

نویسندگان English

Morteza Shakibaseresht 1
Mahmood Zabihpoor 2
1 MSc, Aerospace Engineering, Mechanical Engineering Department, Iran University of Science and Technology
2 Associate professor, Aerospace Engineering Department, Malek Ashtar university of Technology
چکیده English

ABSTRACT
Equal Channel Angular Pressing (ECAP) is one of the methods of refining and fine-graining metal materials. In this research, ECAP operation was performed on samples of 5182 alloy in 1 to 4 passes at ambient temperature. After implementation of the specimens through ECAP, prepared to obtain mechanical properties such as hardness, tensile and metallography. The results of these experiments showed that the mechanical properties of the packed materials through ECAP have improved compared to the normal state. Using a scanning microscope, it was observed that the average grain size decreased from 131 μm in the initial state to 745 nm after the ECAP process after the fourth pass. The results of hardness test also showed a 213% increase compared to normal. The increase in yield stress after 4 passes is about 3 times. Finally, the crack growth of these materials under fatigue loading was compared with the non-ECAP mode by creating a suitable pre-crack. It was observed that crack growth is faster in ECAP materials and the failure surface is smoother compared to normal. Also, the deviation of the crack from its path in microstructure materials is less than normal. Finally, by comparing the Experimental results of crack growth with the results of numerical analysis, the accuracy of the numerical results is validated and confirmed.

کلیدواژه‌ها English

ECAP
Mechanical peroperties
Nano-Structured Materials
fatigue crack growth
R.V. Valier, "Developments in the use of ECAP processing for grain refinement", Rev.Adv.Mat.Sci.Vol.13, 2006, pp.15-25.
R.V. Valier, "Developments in the use of ECAP processing for grain refinement", Rev.Adv.Mat.Sci.Vol.13, 2006, pp.15-25.
J. Cheon lee, "Thermal behavior of aluminum 5083alloy deformed by equal channel angular pressing", Thermochemical Acta, Vol.499, 2010, pp.10-105. [DOI:10.1016/j.tca.2009.11.008]
J. Cheon lee, "Thermal behavior of aluminum 5083alloy deformed by equal channel angular pressing", Thermochemical Acta, Vol.499, 2010, pp.10-105. [DOI:10.1016/j.tca.2009.11.008]
M. Elbert, "Fatigue crack closure under cyclic tension", Fat.Eng.Mech.Vol.2, 1970, pp.37-45. [DOI:10.1016/0013-7944(70)90028-7]
M. Elbert, "Fatigue crack closure under cyclic tension", Fat.Eng.Mech.Vol.2, 1970, pp.37-45. [DOI:10.1016/0013-7944(70)90028-7]
A. Patlan, "overview of fatigue properties of fine grain 5056 Al-Mg alloy processed by ECAP" ,Mat.Sci.Eng.A, Vol.300, 2001, pp.171-82. [DOI:10.1016/S0921-5093(00)01682-8]
A. Patlan, "overview of fatigue properties of fine grain 5056 Al-Mg alloy processed by ECAP" ,Mat.Sci.Eng.A, Vol.300, 2001, pp.171-82. [DOI:10.1016/S0921-5093(00)01682-8]
T. Hanon, "Fatigue behavior of Nano crystalline metals and alloys",Int.J.fatigue .,Vol.27,2005,pp.1147-58. [DOI:10.1016/j.ijfatigue.2005.06.035]
T. Hanon, "Fatigue behavior of Nano crystalline metals and alloys",Int.J.fatigue .,Vol.27,2005,pp.1147-58. [DOI:10.1016/j.ijfatigue.2005.06.035]
A. Vingradov, "Atomic force microscopic study on surface morphology of ultrafine grained materials after tensile testing",Mat.Sci.Eng.A,vol.31,2001,pp.319-321. [DOI:10.1016/S0921-5093(01)01057-7]
A. Vingradov, "Atomic force microscopic study on surface morphology of ultrafine grained materials after tensile testing",Mat.Sci.Eng.A,vol.31,2001,pp.319-321. [DOI:10.1016/S0921-5093(01)01057-7]
A.Y. Vingradov, "cyclic behavior of ultrafine grain titanium produced by ECAP",Mat.Sci.Eng.A, Vol.318,2001,pp.163-173. [DOI:10.1016/S0921-5093(01)01262-X]
A.Y. Vingradov, "cyclic behavior of ultrafine grain titanium produced by ECAP",Mat.Sci.Eng.A, Vol.318,2001,pp.163-173. [DOI:10.1016/S0921-5093(01)01262-X]
A. Patlan, "overview of fatigue properties of fine grain 5056 Al-Mg alloy processed by ECAP", Mat.Sci.Eng.A, Vol.300, 2001, pp.171-82. [DOI:10.1016/S0921-5093(00)01682-8]
A. Patlan, "overview of fatigue properties of fine grain 5056 Al-Mg alloy processed by ECAP", Mat.Sci.Eng.A, Vol.300, 2001, pp.171-82. [DOI:10.1016/S0921-5093(00)01682-8]
M. Kazemi and R.Seifi, "Effects of crack orientation on the fatigue crack growth rate and fracture toughness of AA6063 alloy deformed by ECAP", Materials Science and Engineering: A Volume 733, 2018, Pages 71-79. [DOI:10.1016/j.msea.2018.07.042]
M. Kazemi and R.Seifi, "Effects of crack orientation on the fatigue crack growth rate and fracture toughness of AA6063 alloy deformed by ECAP", Materials Science and Engineering: A Volume 733, 2018, Pages 71-79. [DOI:10.1016/j.msea.2018.07.042]
W.S. LePag et al, "Grain size effects on NiTi shape memory alloy fatigue crack growth" , Journal of Materials Research; Warren dale Vol. 33, Iss. 2, 2018. [DOI:10.1557/jmr.2017.395]
W.S. LePag et al, "Grain size effects on NiTi shape memory alloy fatigue crack growth" , Journal of Materials Research; Warren dale Vol. 33, Iss. 2, 2018. [DOI:10.1557/jmr.2017.395]
http://www.matweb.com/search/DataSheet.html
http://www.matweb.com/search/DataSheet.html
Standard test methods for tension testing wrought cast Aluminum and Magnesium Alloy products".
Standard test methods for tension testing wrought cast Aluminum and Magnesium Alloy products".
ASTM B55M-10(2004).
ASTM B55M-10(2004).
Standard method for Vickers hardness of metallic materials". ASTM E92(2002).
Standard method for Vickers hardness of metallic materials". ASTM E92(2002).
Standard guide for preparation of metallographic Specimens" ASTM E3-01.(2001).
Standard guide for preparation of metallographic Specimens" ASTM E3-01.(2001).
Standard test method for measurement of fatigue crack growth rates". ASTM E647-00.(2001).
Standard test method for measurement of fatigue crack growth rates". ASTM E647-00.(2001).
Abaqus Analysis User's Manual (2019).
Abaqus Analysis User's Manual (2019).
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 22، شماره 6
خرداد 1401
صفحه 381-392