مطالعه رفتار خستگی فولاد AISI 1045 با استفاده از دستگاه آزمایش خستگی فراصوتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کاشان بلوار قطب راوند دانشگاه کاشان

2 دانشگاه کاشان

چکیده

در استفاده از فلزات با توجه به پیشرفت‌های صنعتی صورت گرفته و اعمال بارهای دینامیکی بیشتر، نیاز به توجه به مسئله خستگی که به طور تقریبی 90 درصد از شکست اجزای فلزی را شامل می‌شود امری ضروری می‌باشد. برخی از نمونه‌های چنین شکست‌هایی در هواپیما، خودرو، قطارهای سرعت بالا و توربین‌ها یافت می‌شود و همین امر سبب می‌شود تا در طراحی‌های صنعتی توجه ویژه‌ای به مسئله خستگی صورت گیرد. در دو دهه اخیر شاخه جدیدی در عمر خستگی به نام خستگی در چرخه خیلی زیاد (VHCF) مورد توجه محققان قرار گرفته است که دسترسی به این تعداد چرخه (107 به بالا) در عمل با استفاده از دستگاه‌های آزمایش امروزی به دلیل فرکانس پایین، زمان‌بر و در نتیجه پر هزینه می‌باشد و در نتیجه در گذشته مورد توجه نبوده است. از طرفی برای بسیاری از مواد شکست خستگی پس از 107 چرخه‌ی بارگذاری، یعنی در محدوده چرخه خیلی زیاد گزارش شده است. بررسی خواص خستگی در چرخه خیلی زیاد مسئله‌ای قابل توجه برای حصول اطمینان از عمر بلند مدت و قابل اطمینان ماشین آلات و اجزای ساختاری با توجه به مطالبات رو به رشد صنعتی می‌باشد. برای دستیابی به این تعداد چرخه از دستگاه آزمایش خستگی با روش فراصوتی با فرکانس کاری در حدود 20000 هرتز استفاده می‌شود که با توجه به فرکانس کاری بالا، کاهش زمان و دستیابی به چرخه‌های بالا از جمله هدف‌های استفاده از این دستگاه است و می‌توان از آن به منظور مطالعه خواص خستگی در سیکل‌های خیلی زیاد استفاده کرد. در این پژوهش پس از بیان تئوری فرایند، شرح اجزای دستگاه و انجام طراحی‌های صورت گرفته در مورد مبدل ارتعاشاتی و نمونه تست خستگی، دستگاه آزمایش خستگی با روش فراصوتی در فرکانس کاری در حدود 20 کیلو هرتز در آزمایشگاه ساخته شده و سپس رفتار خستگی فولاد AISI 1045 با استفاده از این دستگاه مورد مطالعه قرار می‌گیرد و نمودار تنش-عمر برای این فولاد تا سیکل 108 بدست می‌آید. نتایج حاکی از آن است که عمر خستگی فولاد مورد نظر تا 204 مگاپاسکال کاهش یافته است. در نهایت روند شکست در یک نمونه با توجه به سطح شکست شرح داده شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Study the fatigue behavior of AISI 1045 steel using ultrasonic fatigue test machine

نویسنده [English]

  • S. Amini 1
چکیده [English]

Nowadays industrial developments and applying more dynamic loads on metals have made the issue of fatigue, which approximately cause 90% failure of the metal components to important problem. Some examples of such failures found in aircraft, automotive and high-speed trains and turbines. This resulted in design for industrial for special attention to the issue of fatigue. In the last two decades a new branch called very high cycle fatigue (VHCF) in fatigue life had attend for researchers. Access to this number of cycles (107) and above by using contemporary testing devices due to low frequency, is time-consuming and costly and thus has not been considered in the past. For a lot of material fatigue failure after 107 cycles have been reported, i.e. in the range of very high cycle fatigue. Very high cycle fatigue properties is significant issue for ensuring long life and reliability machines and structural components due to the growing demands of the industry. To achieve this number of cycles the fatigue testing machine with ultrasonic method in frequency about 20,000 Hz was used, and due to high-frequency, time reduction and achieving to high cycle is goal of using this device so can be used to study the properties of very high cycle fatigue. In this study, after describing the process theory, description of components and carry out the design for the vibration transducer and fatigue test specimen fatigue testing machine using ultrasonic method in frequency of about 20 kHz was made in laboratory and then the fatigue behavior of AISI 1045 steel using these device is studied and finally the stress-life curve for this steel was obtained to 108 cycle and The results show that the fatigue life of the steel decreased to 204 MPs. Finally, due to the fracture surfaces the failure of a samples is described.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fatigue
  • Very high cycle
  • Piezoelectric
  • Ultrasonic
  • AISI 1045 steel