بررسی تجربی رشد آسیب خستگی با استفاده از روش‌های سنجش تغییرات مدول وتری و میکروسختی در فولاد ضد زنگ 316 کم‌کربن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 دانشگاه تهران*مهندسی مکانیک

3 دانشکده مهندسی مکانیک, دانشگاه تهران, تهران, ایران

چکیده

مکانیک آسیب، ابزار جدیدی در مهندسی مکانیک است. این ابزار به عنوان متمم تئوری پلاستیسیته و مکانیک شکست شناخته می‌شود. در این تحقیق به صورت تجربی فرآیند رشد آسیب خستگی، برای فولاد ضد زنگ 316 اِل، بررسی شده است. به این منظور، با بهره‌گیری از استاندارد آ.اِس.تی.اِم ای466 ،نمونه‌های تست با سطح مقطع مستطیلی، طراحی و تهیه شده است. خواص مکانیکی ماده از طریق آزمایش استخراج گردید. بارگذاری خستگی کم چرخه روی نمونه‌های استاندارد، در حالت تک‌محوره و در دامنه تنش یکسان، فرکانس یکسان و تعداد سیکل بارگذاری متفاوت، انجام شده است. پس از اعمال تست‌های خستگی، به منظور استخراج روند رشد آسیب، تست‌های میکروسختی و بارگذاری-باربرداری بر هر نمونه -به منظور استخراج ارتباط میکروسختی و مدول وتری با تعداد سیکل- اعمال شده است. آزمایش‌های تجربی در شرایط محیط انجام شده است. با استفاده از نتایج حاصل از تست‌های خستگی، بارگذاری-باربرداری و میکروسختی، روند رشد آسیب تحت بارگذاری خستگی کم‌چرخه، استخراج شده است. یک روش برای تخمین آسیب در این تحقیق پیشنهاد شده است. در پایان نتایج حاصل از روش‌های مدول وتری، میکروسختی و پیشنهادی با یکدیگر مقایسه شده‌اند. روند رشد آسیب از روش پیشنهادی تطابق خوبی با روش مدول وتری دارد. مقدار آسیب بحرانی از روش مدول وتری 0/38 و از روش میکروسختی، 0/41 بدست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation of Fatigue Damage Development Using Microhardness and Chord Modulus Variation Methods in Stainless Steel 316L

نویسندگان [English]

  • meysam kalhor 1
  • Seyed Mahdi Ganjiani 2
  • arsalan azami 3
1 Department of mechanical engineering, university of tehran, iran
3 Department of mechanical engineering, University of tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this research, an experimental study of the fatigue damage growth process has been investigated for 316L stainless steel. For this purpose, using ASTM E466 fatigue special standard, testing samples with rectangular cross-section, has been drawn and prepared. The mechanical properties of the material were extracted through the test. Uniaxial low cycle fatigue has been performed at similar stress amplitudes, similar frequency, and various loading cycles. After carrying out fatigue tests, in order to derivation damage development process, microhardness and loading-unloading tests –deriving relation of microhardness and chord modulus with strain- has been performed too. Experimental tests have been carried out under environmental conditions. The Damage development process was achieved, using results of fatigue, loading-unloading, and microhardness tests. A method for estimating damage is proposed in this research. In the end, the results of the methods of the chord modulus, microhardness and purposed are compared with each other. The damage growth process of the purposed method has a good fit with the method of chord modulus. The obtained critical damage was 0.38 by using the chord modulus method and 0.41, by microhardness

کلیدواژه‌ها [English]

  • Damage growth
  • Low cycle Fatigue؛ Damage measurement؛ Microhardness؛ Chord Modulus

مراجع

[1] G.R. Halford, Fatigue and durability of structural materials, Asm International, 2006.
[2] L.M. Kachanov, Time of the rupture process under creep conditions, Isv. Akad. S.S.R., Old. Tech., (nauk) (1958) 26-31.
[3] R. G, p,Finite deformation consitutiv rlations including ductile damage.In: Proceeding of the IUTAM Symposium on Three Dimensional Constiutive Relation and Ductile Fracture, Amsterdam . North-Holland, 1981.
[4] J. Lemaitre, How to use damage mechanics, Nuclear engineering and design, 80(2) (1984) 233-245.
[5] J. Lemaitre, A continuous damage mechanics model for ductile fracture, Journal of engineering materials and technology, 107(1) (1985) 83-89.
[6] J. Lemaitre, J. Dufailly, Damage measurements, Engineering Fracture Mechanics, 28(5-6) (1987) 643.166
[7] R. Billardon, J. Dufailly, J. Lemaitre, A procedure based on Vickers’ micro-hardness tests to measure damage fields, in:  Structural mechanics in reactor technology, 1987.
[8] J.-L. Chaboche, Continuum damage mechanics: Part II—Damage growth, crack initiation, and crack growth, Journal of applied mechanics, 55(1) (1988) 65-72.
[9] W.H. Tai, Plastic damage and ductile fracture in mild steels, Engineering Fracture Mechanics, 37(4) (1990) 853-880.
[10]   W. TIE-GUN, Unified CDM model and local criterion for ductile fracture. II: Ductile fracture local criterion based on the CDM model, Engineering Fracture Mechanics, 42(1) (1992) 185-193.
[11]   N. Bonora, A nonlinear CDM model for ductile failure, Engineering Fracture Mechanics, 58(1-2) (1997) 11-28.
[12]   D. Ye, Z. Wang, An approach to investigate prenucleation fatigue damage of cyclically loaded metals using Vickers microhardness tests, International journal of fatigue, 23(1) (2001) 85-91.
[13]   U. Olofsson, T. Telliskivi, Wear, plastic deformation and friction of two rail steels—a full-scale test and a laboratory study, Wear, 254(1-2) (2003) 80-93.
[14]   A. Mkaddem, F. Gassara, R. Hambli, A new procedure using the microhardness technique for sheet material damage characterisation, Journal of Materials Processing Technology, 178(1-3) (2006) 111-118.
[15]    B. Guelorget, M. François, J. Lu, Microindentation as a local damage measurement technique, Materials letters, 61(1) (2007) 34-36.
[16]    C. Tasan, J. Hoefnagels, M. Geers, Indentation-based damage quantification revisited, Scripta materialia, 63(3) (2010) 316-319.
[17]    M. Ganjiani, Identification of damage parameters and plastic properties of an anisotropic damage model by micro-hardness measurements, International Journal of Damage Mechanics, 22(8) (2013) 1089-1108.
[18]    X. Yuan, W. Yu, S. Fu, D. Yu, X. Chen, Effect of mean stress and ratcheting strain on the low cycle fatigue behavior of a wrought 316LN stainless steel, Materials Science and Engineering: A, 677 (2016) 193-202.
[19]  C. Cai, W. Ma, S. Zhao, Y. Mu, Experimental analysis and discussion on the damage variable of frozen loess, Advances in Materials Science and Engineering, 2017 (2017) 1689251-1689264 .
[20]    Product data bulletin, 316/316L Stainless Steel, in, AK Steel Corporation 9227 Centre Pointe Drive West Chester, 2018.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 52، شماره 10
دی 1399
صفحه 2679-2690

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار