22066

بررسي و تحليل پديده خستگي بر روي ميله دو لايه آلومينيوم-منيزيم

كارشناسي ارشد

ساخت و توليد - شكل‌دهي

1399/3/7

دكتر رامين هاشمي - دكتر محمد صديقي

مكانيك

قطعات دو يا چندلايه با بهره وري از ويژگي هاي برجسته هر يك از مواد پايه و هم پوشاني آن ها جهت بهبود خواص قطعه به عنوان مجموعه واحد نياز صنعت را برآورده مي سازد. بررسي خستگي قطعات به دليل فراهم آوردن برداشتي هر چه دقيق تر از دوام مواد و دركي عميق تر از رفتار آن ها در ارتباط با يكديگر از اهميت بالايي برخوردار است. در اين پايان نامه، دو روش اكستروژن و چكش كاري دوار جهت ساخت نمونه هاي دو لايه بررسي و رفتار خستگي ميله نهايي تحت بارگذاري خستگي پرچرخه تعيين شد. امكان پذير بودن توليد نمونه هاي دو لايه با تقارن بيشتر به كمك فرايند چكش كاري دوار نسبت به فرايند اكستروژن موجب شد تا روش چكش كاري دوار جهت توليد نمونه هاي نهايي به كار گرفته شود. بررسي نمونه هاي دو لايه حاصل از روش اكستروژن حاكي از ايجاد اتصال مكانيكي قابل قبول ميان دو لايه است. با توجه به نتايج آزمون فشار اين نمونه ها، نمونه هاي داراي هسته منيزيمي با قطر كمتر، داراي استحكام تسليم بالاتر بوده و كرنش نهايي در نمونه هاي دو لايه نسبت به نمونه هاي منيزيم خالص تا 2/4 برابر افزايش يافته است. مقادير مدول الاستيسيته و استحكام نهايي نمونه هاي حاصل از چكش كاري دوار بين مقادير نمونه هاي منيزيمي و آلومينيومي قرار گرفته و استحكام نهايي نمونه دو لايه تحت بار فشاري، 34 درصد بيشتر از مقدار نمونه منيزيمي است. رفتار الاستيك نمونه دو لايه تحت بار فشاري مشابه نمونه آلومينيومي بوده و لايه خارجي آن عمده بار را متحمل مي شود. لايه آلومينيومي موجب به تأخير انداختن جوانه زني ترك و افزايش چشمگير 14 برابري در عمر خستگي منيزيم پايه مي شود. اختلاف بين نمونه هاي دو لايه و آلومينيومي در نمودار نرمال شده خستگي كاهش يافته و در بارگذاري هاي كم، لايه آلومينيومي نقش پررنگ تري دارد. اختلاف ميان مقادير عمر پيشبيني شده و مقادير تجربي با مقدار بارگذاري رابطه مستقيم دارد. با توجه به داده نمودار S-N، ضرايب معادله باسكوين به دو روش حداقل مربعات خطي و درست نمايي بيشينه محاسبه شده و بررسي پراكندگي آماري داده ها نيز انجام شد.

1399/03/26

Investigation of Fatigue Behavior of Aluminum-Magnesium Bimetallic Rod

5/28/2021 12:00:00 AM

Bimetallic and multi-layered components can include prominent features of diverse metals in order to improve the overall functions as one part. Furthermore, investigation of fatigue behavior could provide essential information about durability of parts. Due to the importance of studying fatigue behavior of such parts, this thesis aims to investigate the extrusion and rotary swaging methods for fabricating aluminum/magnesium bimetallic samples and analyze their high cycle fatigue behavior. Samples made by hot extrusion demonstrate acceptable quality and variable hardness at the interface of two layers, which might be an indication for existence of diffusion zones between Al and Mg layers, causing an increase in the hardness values in comparison with the monolithic regions. Based on the compression tests of these rods, samples with smaller magnesium cores exhibit more yield strength and maximum strain (up to 2.4 times) compared to the pure magnesium. Strain softening behavior is observed in the samples which is attributed to the damaged cores at the higher applied strains. Compared to the extrusion method, swaging promises a more reliable approach to produce double-layered samples. The Young’s modulus and ultimate strength of the bimetallic samples are found to be between those of Mg and Al samples. The Al/Mg sample exhibits a significant improvement of 34% in the ultimate compressive strength compared to the monolithic magnesium samples. Similar behavior is observed in the compression test of the double-layered and aluminum samples, where the outer layer seems to undertake the most of the applied load. For the same applied fatigue stress amplitudes, two-layered samples show a significant improvement (up to 14 times) in the fatigue life compared to the pure Mg samples; since the outer layer retards the crack initiation. Statistical analysis and calculation of Basquin's constants (using the least square and maximum likelihood methods) are carried out based on the S-N results.