Badania procesu pękania stopów PA6 i PA7 w warunkach zginania wahadłowego

• Autorzy: Faszynka S. , Rozumek D.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.2.5

Warianty tytułu

EN

Study of the fatigue crack propagation in PA6 and PA7 alloys under cyclic bending conditions

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca zawiera wyniki badań rozwoju pęknięć zmęczeniowych w dwóch stopach aluminium o podobnej mikrostrukturze. Próbki miały karb zewnętrzny, jednostronny o głębokości 2 mm, z promieniem zaokrąglenia dna karbu ρ = 0,2 mm (rys. 2). Do badań wybrano stopy PA6 (EN AW-2017A) i PA7 (EN AW- 2024) zaliczane do stopów o mikrostrukturze α, zawierające fazę międzymetaliczną Al2Cu. Badania doświadczalne rozwoju pęknięć zmęczeniowych prowadzono przy cyklicznym zginaniu na maszynie zmęczeniowej MZGS-100. Próbki jednostronnie utwierdzone poddawano zginaniu przy stałej amplitudzie momentu zginającego Ma = 7,92 N·m, co odpowiadało nominalnej amplitudzie naprężenia normalnego σa = 92,8 MPa. Badania zmęczeniowe wykonano w zakresie wysokiej liczby cykli przy współczynniku asymetrii cyklu R = –1 i częstotliwości obciążenia 28,4 Hz. Przyrosty długości pęknięć mierzono za pomocą mikrometru umieszczonego na mikroskopie przy powiększeniu 25 razy i dokładności 0,01 mm. W tym samym czasie rejestrowano liczbę cykli obciążenia. Wyniki badań zmęczeniowych przy cyklicznym zginaniu przedstawiono na wykresach długości pęknięć a w funkcji liczby cykli N (rys. 5) oraz prędkości wzrostu pęknięć zmęczeniowych da/dN w funkcji zakresu zmian współczynnika intensywności naprężenia ΔK (rys. 6). Pękanie próbek ze stopów aluminium o mikrostrukturze fazy α zachodzi w płaszczyźnie poślizgu przy naprężeniu stycznym prawie niezależnym od orientacji przestrzennej ziarna. Różne powiększenia pęknięć dobrano tak, aby przedstawić drogę głównego pęknięcia około 0,7 mm (rys. 3a, 4a). Rysunki 3b i 4b przedstawiają końcowe długości pęknięć, około 250 μm, powiększone fragmenty rysunków 3a i 4a w celu analizy rozwoju tych pęknięć. Obserwowano wpływ mikrostruktury na ścieżki pękania w próbkach. Na przełomach obserwowano transkrystaliczne pęknięcia przez ziarna fazy α.

EN

The paper contains the research results on the fatigue crack growth in two aluminium alloys with similar microstructure. The specimens had an external, unilateral notch 2 mm deep with a root radius ρ = 0.2 mm (Fig. 2). The chosen PA6 (EN AW-2017A) and PA7 (EN AW-2024) alloys belongs to the α-type alloys and contain the Al2Cu phase. The tests of the fatigue crack growth were performed under cyclic bending at the MZGS-100 fatigue test stand. Unilaterally restrained specimens were subjected to cyclic bending at the constant amplitude moment Ma = 7.92 N·m which correspond to the nominal amplitude of normal stress σa = 92.8 MPa. The fatigue tests were carried out in the high cycle fatigue for the stress ratio R = –1 and the loading frequency 28.4 Hz. The fatigue crack increments were measured with a micrometer located in the portable microscope with magnification of 25 times and accuracy 0.01 mm. At the same time, a number of loading cycles N was registered. The test results under cyclic bending were shown as graphs of the crack length a versus the number of cycles N (Fig. 5) and fatigue crack growth rate da/dN versus changes of stress intensinty factor range ΔK (Fig. 6). Cracks of the specimens made of aluminium alloys of phase α microstructure occur on the slip plane under the shear stress independent on spatial orientation of the grain. Different magnifications were selected in such a way that they present a path of the main crack, about 0.7 mm in length (Figs. 3a, 4a). Figures 3b, 4b present the final cracks course, about 250 μm in length, cut off from Figures 3a, 4a and magnified in order to analyse the cracks development. The effect of the microstructure on the crack paths in specimens was observed. Transcrystalline cracks through grains of the α phase have been usually observed on the fractures.

Słowa kluczowe

PL

cykliczne zginanie; mikrostruktura; karb; ścieżki pękania

EN

cyclic bending; microstructure; notch; crack path

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 2
• Strony: 74--77
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Faszynka S.

• Katedra Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn, Politechnika Opolska

autor

Rozumek D.

• Katedra Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn, Politechnika Opolska

Bibliografia

• [1] Tokarski M.: Metaloznawstwo metali i stopów nieżelaznych. Wyd. Śląsk (1985).
• [2] Rozumek D., Hepner M.: Analiza rozwoju pęknięć zmęczeniowych w stopie aluminium PA6 i stali 10HNAP w oparciu o ich mikrostruktury. Inżynieria Materiałowa 2 (2006) 59÷63.
• [3] Kocańda S.: Zmęczeniowe pękanie metali. WNT, Warszawa (1985).
• [4] Thum A., Petersen C., Swenson O.: Verformung, Spannung und Kerbwirkung. VDI, Duesseldorf (1960).
• [5] Rozumek D.: Mieszane sposoby pękania zmęczeniowego materiałów konstrukcyjnych. Studia i Monografie, z. 241, Politechnika Opolska, Opole (2009).
• [6] Lazzarin P., Tovo R., Meneghetti G.: Fatigue crack initiation and propagation phases near notches in metals with low notch sensitivity. International Journal of Fatigue 19 (1997) 647÷657.
• [7] Fonte M., Reis L., Romeiro F., Li B., Freitas M.: The effect of steady torsion on fatigue crack growth in shafts. International Journal of Fatigue 28 (2006) 609÷617.
• [8] Li H. F., Qian C. F.: Path prediction of I + III mixed mode fatigue crack propagation. Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures 35 (2011) 185÷190.
• [9] Nakamura H., Takanashi M., Itoh T., Wu M., Shimizu Y.: Fatigue crack initiation and growth behavior of Ti-6Al-4V under non-proportional multiaxial loading. International Journal of Fatigue 33 (2011) 842÷848.
• [10] Paris P. C., Erdogan F.: A critical analysis of crack propagation laws. J. of Basic Eng., Trans. American Society of Mechanical Engineers 85 (1960) 528÷534.
• [11] Picard A. C.: The application of 3-dimensional finite element methods to fracture mechanics and fatigue life prediction. Chameleon Press LTD, London (1986) 117÷144.
• [12] Greń J.: Statystyka matematyczna. PWN, Warszawa (1987).