INVESTIGATION OF PLANE-BENDING FATIGUE BEHAVIOR OF 1100-H14 ALUMINUM ALLOY

Öz

In this study, the high-cycle fatigue behavior of aluminum 1100-H14 alloy has been investigated. The main purpose of this study is the investigation of the effects of the rolling direction on tensile and plane-bending fatigue properties at room temperature. A cantilever plane-bending test machine was specially designed and manufactured for this purpose. Aluminum plates were cut in longitudinal and transverse orientations to the rolling direction. The fatigue tests using different deflection amplitudes were conducted under deflection-control and fully-reversed loading (R=-1). Tests were continued up to 107cycles to obtain S-N curves for aluminum alloy plates. Besides the fatigue tests, in addition tensile tests were performed to determine the mechanical
properties of the specimens. As a result, it was observed that tensile strength and yield strength are affected by rolling direction in 2% of average at the room temperature. However, the effect of rolling direction on fatigue strength is greater than 30% in low-cycle region, while decreased nearly zero in high-cycle fatigue region. With respect to the results of the fatigue tests in high-cycle region (HCF, ≈107), the reduction of fatigue traces, similarity of the micro-structure and stable growth direction of the samples of the different texture structures show that the fatigue strength does not affected by the rolling direction. According to results, 1100-H14 aluminum is recommended for use in low cycle region and designs in which are not required to have highfatigue  strength. Also, to help the designers of the practical applications, empirical formulas were given between the tensile and fatigue strengths. 

Anahtar Kelimeler

• 1100-H14 aluminum alloy,plane-bending fatigue,deflection-controlled,low-cycle fatigue (LCF),high-cycle fatigue (HCF),rolling orientation,S-N curves

1100-H14 ALÜMİNYUM ALAŞIMININ DÜZLEMSEL EĞME GERİLMELİ YORULMA DAVRANIŞININ İNCELENMESİ

Öz

Bu çalışmada, 1100-H14 alüminyum alaşımı plakaların yüksek çevrimdeki yorulma davranışları incelenmiştir. Çalışmanın temel amacı, oda sıcaklığında haddeleme doğrultusunun çekme ve düzlemsel eğilmeli yorulma özelliklerine etkisini incelemektir. Bunun için özel olarak ankastre tip düzlemsel-eğme yapan test makinesi tasarlandı ve imal edildi. Yorulma testleri için, alüminyum plakalar haddeleme yönüne paralel ve dik olarak iki farklı yönde kesildiler. Farklı sehim genlikleri kullanılarak sehim-kontrollü ve tam değişken yüklemeli (R=-1) yorulma testi uygulanmıştır. Testlere 107 yük tekrar sayısına kadar devam edilerek alüminyum plakalar için S-Neğrileri elde edildi. Numunelerin mekanik özelliklerinin tespiti için yorulma testlerinin yanı sıra çekme testleri de gerçekleştirildi. Çalışma sonunda, çekme ve akma mukavemetinin oda sıcaklığında haddeleme yönünden ortalama %2 etkilendiği görülmüştür. Ancak haddeleme yönünün yorulma mukavemetine etkisi düşük çevrimli bölgede %30’dan daha büyük iken, yüksek çevrimli yorulma bölgesinde sıfıra kadar inmiştir. Özellikle yüksek çevrimli yorulma (YÇY, ≈107) bölgedeki yorulma testleri sonucunda, farklı tekstür yapısına sahip numunelerde yorulma izlerinin azalması, mikro-yapının benzerliği ve istikrarlı çatlak büyümesi haddeleme yönünün yorulma
mukavemetini etkilememesinin bir kanıtıdır. Sonuçlara göre, 1100-H14 alüminyumun düşük çevrimli bölgede ve yüksek yorulma mukavemeti gerektirmeyen tasarımlarda kullanılması tavsiye edilir. Ayrıca pratik uygulamalarda tasarımcıya yardımcı olmak için çekme ve yorulma mukavemetleri arasındaki ilişkiyi gösteren ampirik formüller verilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• 1100-H14 alüminyum alaşımı, düzlemsel-eğme yorulması, sehim kontrollü, düşük çevrimli yorulma (DÇY), yüksek çevrimli yorulma (YÇY), haddeleme yönü, S- N eğrileri.

Kaynakça

1. Sadeler, R., Totik, Y., Gavgalı, M., Kaymaz, I.,
2. “Improvements of fatigue behaviour in 2014 Al
3. alloy by solution heat treating and agehardening”,
4. Materials and Design, Vol. 25, 439-
5. , 2004.
6. Smith, W.F., Malzeme Bilimi ve Mühendisliği,
7. Çev: Kınıkoğlu, N.G., Literatür Yayınları,
8. İstanbul, 2001.

9. ASM Handbook, ASM International Handbook
10. Committee, Properties and Selection:
11. Nonferrous Alloys and Special-Purpose
12. Materials, The Materials Information Company,
13. A.B.D., Vol. 2, 2005.
14. Değer, M., “Perlitik-Ferlitik ve Küresel
15. Grafitli Dökme Demirlerin Yorulma Dayanımı
16. Üzerine Mikro Yapı ve Yüzey İşlemlerinin
17. Etkisi’’, Doktora Tezi, Selçuk Üniversitesi, Fen
18. Bilimleri Enstitüsü, 1995.
19. Sakin, R., “Bilgisayar Destekli, Çok Numuneli
20. Eğilme Yorulması Test Cihazı Tasarımı ve
21. Cam-Fiber Takviyeli Polyester Kompozitlerde
22. Eğilme Yorulması davranışının incelenmesi”,
23. Doktora Tezi, Balıkesir Üniversitesi, Fen
24. Bilimleri Enstitüsü, 2004.
25. Srivatsan, T.S., “Mechanisms governing cyclic
26. deformation and failure during elevated
27. temperature fatigue of aluminum alloy 7055,
28. International Journal of Fatigue, Vol. 21, 557-
29. , 1999.
30. Srivatsan, T.S., Anand, S., Sriram, S.,
31. Vasudevan, V.K., “The high-cycle fatigue and
32. farcture behavior of aluminum alloy 7055”,
33. Materials Science and Engineering, Vol. A281,
34. -304, 2000.
35. Srivatsan, T.S., Kolar, D., Magnusen, P., “The
36. cyclic fatigue and final fracture behavior of
37. aluminum alloy 2524”, Materials and Desing,
38. Vol. 23, 129-139, 2002.
39. George, T.J., Seidt, J., Shen, M.H., Nicholas, T.,
40. Cross, C.J., “Development of a novel vibration –
41. based fatigue testing methodology”,
42. International Journal of Fatigue, Vol. 26, 477-
43. , 2004.
44. Sutherland, H.J., “On the Fatigue Analysis of
45. Wind Turbines”, Sandia National Laboratories,
46. Albuquerque, New Mexico, A.B.D., 1999.
47. Ünal, E., “Cam Elyaflı Kompozit Malzemelerin
48. Atmosferik Ortamda ve Deniz Ortamında
49. Yorulma Simülasyonu”, Y. Lisans Tezi, Ege
50. Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2006.
51. Mallick, P.K., “Composites Engineering
52. Handbook”, Marcel Dekker, 1997.
53. Kazdal Zeytin, H., Bilal, T., Arısoy, O.,
54. “Alüminyum Alaşımları, Otomotiv
55. Endüstrisinde Uygulamaları ve Geleceği”,
56. Tübitak Marmara Araştırma Merkezi, Proje No:
57. H5602, Gebze, 2000.
58. TS EN 485-2, “Alüminyum ve alüminyum
59. alaşımlarının mekanik özellikleri”, Türk
60. Standartları Enstitüsü, 2005.
61. Er, M., “Yüksek Frekanslı, Genlik Ayarlı
62. Eğilme Yorulması Test Cihazı Tasarımı ve
63. -H14 Alüminyum Levhasının Eğilme
64. Yorulması Davranışının İncelenmesi”, Yüksek
65. Lisans Tezi, Balıkesir Üniversitesi, Fen Bilimleri
66. Enstitüsü, 2005.
67. Kumru, N., “Etial-141, 145 ve 160 Tipi
68. Döküm Alüminyum ile Plaka Tipi
69. Alüminyum Malzemeler için Yorulma
70. Makinesi Tasarımı ve Eğilmeli Yorulma
71. Davranışlarının İncelenmesi”, Doktora Tezi,
72. Celal Bayar Üniversitesi, Fen Bilimleri
73. Enstitüsü, 2007.
74. Ay, İ., Sakin, R., “Balıkesir ilinde
75. Alüminyum’dan Üretilen Eksenel Fan
76. Kanatlarının Kompozit (CTP) Malzemeden
77. Yapılması ve Mekanik Özelliklerin
78. İncelenmesi”, Balıkesir Üniversitesi Bilimsel
79. Araştırma Projesi, BAP 2002/14, Balıkesir, 2006.
80. Paepegem, W.V., Degrieck, J., “Experimental
81. set-up for and numerical modeling of bending
82. fatigue experiments on plain woven glass/epoxy
83. composites”, Composite Structures, Vol. 51, No
84. , 1-8, 2001.
85. ASM Handbook, ASM International Handbook
86. Committee, Cilt 8, Mechanical Testing and
87. Evaluation, the Materials Information Company,
88. A.B.D., 2000.
89. Kayalı, E.S., Ensari, C., Dikeç, E., “Metalik
90. malzemelerin mekanik deneyleri”,
91. İ.T.Ü.Yayınları, İstanbul, 1983.
92. Eryürek, İ.B., “Hasar analizi”, Birsen Yayınevi,
93. İstanbul, 75-79, 117, 1993.
94. Glancey, C. D.; Stephens, R. R. “Fatigue crack
95. growth and life predictions under variable amplitude loading for a cast and wrought
96. aluminum alloy” International Journal of
97. Fatigue, Vol.28, 53-60, 2006.
98. E. Donnelly, D. Nelson, “A study of small crack
99. growth in aluminum alloy 7075-T”,
100. International Journal of Fatigue, Vol.24,
101. –1189, 2002.
102. T. Hassan, Z. Liu, “On the difference of fatigue
103. strengths from rotating bending, four-point
104. bending, and cantilever bending tests”,
105. International Journal of Pressure Vessels and
106. Piping, Vol. 78, 9-30, 2001.
107. Markl ARC. “Fatigue tests of piping
108. components”, Trans ASME 1952,74:287-303.
109. S. Yip (ed.), “Handbook of Materials
110. Modeling”, Springer, Netherlands, 1193, 2005.
111. Berg, D.E., Klimas, P.C., “Fatigue
112. characterization of a wavt blade material”,
113. Proceedings of the Eigth ASME Wind Energy
114. Symposium, 19-23, New Mexico, 1989.
115. Hael Mughrabi, Heinz Werner Höppel, “Cyclic
116. deformation and fatigue properties of very finegrained
117. metals and alloys”, International
118. Journal of Fatigue, Article in Press, Corrected
119. Proof, 2009
120. Cemil Hakan Gür, Jiansheng Pan, “Handbook of
121. Thermal Process Modeling of Steels”, Taylor &
122. Francis Group, U.S.A, Page.173, 2009.
123. Muhammad Afzaal Malik, Iftikhar us Salam,
124. Wali Muhammad, Noveed Ejaz, ”Effect of
125. Microstructural Anisotropy on Mechanical
126. Behavior of a High-Strength Al–Mg–Si Alloy”,
127. Journal of Failure Analysis and Prevention,
128. Vol. 9, No.2, 114-121, 2009.
129. Yuri Estrin, Alexei Vinogradov, “Fatigue
130. behaviour of light alloys with ultrafine grain
131. structure produced by severe plastic deformation:
132. An overview”, International Journal of
133. Fatigue, Vol. 32, No.6, 898-907, 2010.
134. Teng-Shih Shih, Quin-Yang Chung, “Fatigue of
135. as-extruded 7005 aluminum alloy”, Materials
136. Science and Engineering A, Vol. 348, No.1-2,
137. -344, 2003.