Computed Tomography for the Eyaluation of the Influence of Porosity on Stress Distribution

• Autorzy: Powązka D. , Brune M. , Eichlseder W. , Leitner H. , Oppermann H.

Warianty tytułu

PL

Tomografia Komputerowa przy ocenie wpływu porowatości na rozkład naprężeń w odlewanych elementach aluminiowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

High pressure die casting of aluminium components leads to the formation of pores, which decrease the fatigue life under cyclic loading. The fatigue life depends on the location, size, form and general volume of porosity. The porosity in die cast aluminium components is not distributed homogeneously and is concentrated in the interior of the component. Furthermore usually a small layer close to the surface is free of porosity. For the evaluation of fatigue life, it is necessary to characterise the porosity precisely. Traditional metallographic investigation methods do not adequantly identify the pores and mostly destroy the material. Modern analysis method, like computed tomography provide the capability of precise identification of porosity. In order to identify the geometry of a pore, a small specimen must be scanned. The result is a three dimensional model of the porc-afflicted material. Subsequently this model can be meshed to a fine degree. In this way a real strain distribution, caused by non-spherical pores, can be calculated using CAE software. Results published in the literature describe precisely two-dimensional and simplified three-dimensional structures. This article illustrates 3D computed tomography investigations of the porosity of cast aluminium components. The results provide an important input for the evaluation of reliable fatigue life calculation methods.

PL

Podczas ciśnieniowego odlewania komponentów aluminiowych powstają pory, które zmniejszają wytrzymałość zmęczeniową materiału. Redukcja wytrzymałości zależy od położenia, rozmiaru oraz kształtu por, które w podzespołach aluminiowych nie są rozłożone jednorodnie, lecz skoncentrowane są w środkowych partiach odlewów, co znacznie utrudnia oszacowanie ich rzeczywistego oddziaływania. Poza tym komponenty aluminiowe zawierają wąski obszar przypowierzchniowy, który jest wolny od por. Tradycyjne metalograficzne metody badań nie identyfikują w pełni porowatości i zwykle niszczą materiał. Nowoczesne metody analizy, takie jak tomografia komputerowa dają możliwość precyzyjnego opisu kształtu błędów, który jest konieczny do dokładnego określenia jego wpływu na wytrzymałość zmęczeniową. Zdefiniowane tą techniką pojedyncze błędy o rzeczywistym kształcie dzielone są na elementy skończone. W ten sposób oblicza się realny, niejednorodny rozkład naprężeń, spowodowany niekulistymi porami o różnych rozmiarach, położonymi w różnej odległości od powierzchni. Wyniki publikowane w literaturze opisują dokładnie dwuwymiarowe oraz uproszczone trójwymiarowe struktury. Niniejsza publikacja przedstawia szczegółowe trójwymiarowe analizy, które stanowią istotny wkład do poprawienia jakości metod prognozowania wytrzymałości zmęczeniowej konkretnych podzespołów aluminiowych.

Słowa kluczowe

EN

casting defect; mechanical properties; non destructive testing; computed tomography; finite element analysis

PL

wada odlewu; właściwości mechaniczne; badania nieniszczące; tomografia komputerowa; analiza elementów skończonych

• Wydawca: Komisja Odlewnictwa Polskiej Akademii Nauk Oddział w Katowicach
• Czasopismo: Archives of Foundry Engineering
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 8, iss. 1 spec.
• Strony: 291--294
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Powązka D.

• Research & Innovation Centre, Numerical Simulation, BMW, Knorrstrasse 147, 80788 Munich, Germany

autor

Brune M.

• Research & Innovation Centre, Numerical Simulation, BMW, Knorrstrasse 147, 80788 Munich, Germany

autor

Eichlseder W.

• Department Product Engineering, Chair Mechanical Engineering, University of Leoben, Franz-Josef-Str. 18, A8700 Leoben, Austria

autor

Leitner H.

• Department Product Engineering, Chair Mechanical Engineering, University of Leoben, Franz-Josef-Str. 18, A8700 Leoben, Austria

autor

Oppermann H.

• Research & Innovation Centre, Numerical Simulation, BMW, Knorrstrasse 147, 80788 Munich, Germany

Bibliografia

• [1] Ch. Fagschlunger, Fatigue Behaviour of Aluminium Die Cast Alloys Considering the Process related Material Inhomogeneities, Dissertation Montanuniversitat Leoben, (2005) (in Germany).
• [2] Ch. Fagschlunger, K. Potter, W. Eichlseder, Assumption of Fatigue Life of Non-Porous Surface in Aluminium Die Casting, MP Materialprüfung, Nr. 48 (2006) 4 (in Germany).
• [3] H. Leitner, W. Eichlseder, Ch. Fagschlunger, Fatigue Life of Aluminium Components: Testing of Complex Components, Giesserei, Nr. 3 (2006) (in Germany).
• [4] H. Mao, J. Brevick, C. Mobley and V. Chandrasekar, Effects of Section Size and Microstructural Features on the Mechanical Properties of Die Cast AZ91D and AM60B Magnesium Alloy, Test Bars, SAE Technical Paper Series, (1999) 1999-01-0927.
• [5] Z. Bonderek, S. Rzadkosz, The phenomena of porosity in castings made of aluminium and magnesium alloys, IV International scientific conference Foundary 2000, Wrocław-Polanica Zdrój, (2000) (in Polish).
• [6] R. Minichmayer, W. Eichlseder, Fatigue Life of Cast Componentsunder Consideration of Secondary Dendrite Arm Spacing and Porosity, Giesserei, Nr. 5 (2003) (in Germany).
• [7] C.M. Sonsino, K Dietrich, Influence of Porosity on Fatigue Strenght of Die-Cast Components, Fraunhoferinstitut für Betriebsfestigkeit (LBF), Darmstadt, Bericht Nr. FB188 (1990) (in Germany).
• [8] B. Maziuk, H. Roth, What You Can’t See Can Hurt You, Quality test & inspection, May (2003).
• [9] H. Roth, 3-D or 2-D-Choosing with Today’s technology, The Magazine for Electronics Assembly, No. 5 (2001).
• [10] H. Roth, Automated offline inspection of solder joints, Circuit Europe-4-th Quarter (2001).
• [11] N. Ekkehard, H. Roth, To Make Inner Structure Visible by Non-Destructive Analysis through Microfocus-Computed Tomography. Carl Hanser Verlag, Munchen; QZ Jahrgang 51 (2006) (in Germany).
• [12] G. Geier, T. Pabel, G. Schindelbacher, Computed Tomography. Possibilities, exccptations and limitation. Giesserei, Nr. 9 (2007) (in Germany).
• [13] Y.X. Gao, J.Z. Yi, P.D. Lee, T.C. Lindley, The effect of porosity on the fatigue life of cast aluminium-silicon alloys, Blackwell Publishing Ltd. 27, 559-570, (2004).
• [14] G. Zhang, C.M. Sonsino, Influence of Porosity on Fatigue Strength of Aluminium Die-Cast Specimens and Components, Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, Nr. 3 (2004) (in Germany).
• [15] H. Wendt, F. Sülflow, S. Eisenberg, Methods of Porosity Evaluation on Cast Components. Assessment Different Methods, Giesserei Nr. 9, 2002 (in Germany).