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

Yıl 2010, Cilt: 25 Sayı: 2, 213 - 223, 01.03.2013

Raif Sakin Muharrem Er

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

• Sadeler, R., Totik, Y., Gavgalı, M., Kaymaz, I.,
• “Improvements of fatigue behaviour in 2014 Al
• alloy by solution heat treating and agehardening”,
• Materials and Design, Vol. 25, 439-
• , 2004.
• Smith, W.F., Malzeme Bilimi ve Mühendisliği,
• Çev: Kınıkoğlu, N.G., Literatür Yayınları,
• İstanbul, 2001.
• ASM Handbook, ASM International Handbook
• Committee, Properties and Selection:
• Nonferrous Alloys and Special-Purpose
• Materials, The Materials Information Company,
• A.B.D., Vol. 2, 2005.
• Değer, M., “Perlitik-Ferlitik ve Küresel
• Grafitli Dökme Demirlerin Yorulma Dayanımı
• Üzerine Mikro Yapı ve Yüzey İşlemlerinin
• Etkisi’’, Doktora Tezi, Selçuk Üniversitesi, Fen
• Bilimleri Enstitüsü, 1995.
• Sakin, R., “Bilgisayar Destekli, Çok Numuneli
• Eğilme Yorulması Test Cihazı Tasarımı ve
• Cam-Fiber Takviyeli Polyester Kompozitlerde
• Eğilme Yorulması davranışının incelenmesi”,
• Doktora Tezi, Balıkesir Üniversitesi, Fen
• Bilimleri Enstitüsü, 2004.
• Srivatsan, T.S., “Mechanisms governing cyclic
• deformation and failure during elevated
• temperature fatigue of aluminum alloy 7055,
• International Journal of Fatigue, Vol. 21, 557-
• , 1999.
• Srivatsan, T.S., Anand, S., Sriram, S.,
• Vasudevan, V.K., “The high-cycle fatigue and
• farcture behavior of aluminum alloy 7055”,
• Materials Science and Engineering, Vol. A281,
• -304, 2000.
• Srivatsan, T.S., Kolar, D., Magnusen, P., “The
• cyclic fatigue and final fracture behavior of
• aluminum alloy 2524”, Materials and Desing,
• Vol. 23, 129-139, 2002.
• George, T.J., Seidt, J., Shen, M.H., Nicholas, T.,
• Cross, C.J., “Development of a novel vibration –
• based fatigue testing methodology”,
• International Journal of Fatigue, Vol. 26, 477-
• , 2004.
• Sutherland, H.J., “On the Fatigue Analysis of
• Wind Turbines”, Sandia National Laboratories,
• Albuquerque, New Mexico, A.B.D., 1999.
• Ünal, E., “Cam Elyaflı Kompozit Malzemelerin
• Atmosferik Ortamda ve Deniz Ortamında
• Yorulma Simülasyonu”, Y. Lisans Tezi, Ege
• Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2006.
• Mallick, P.K., “Composites Engineering
• Handbook”, Marcel Dekker, 1997.
• Kazdal Zeytin, H., Bilal, T., Arısoy, O.,
• “Alüminyum Alaşımları, Otomotiv
• Endüstrisinde Uygulamaları ve Geleceği”,
• Tübitak Marmara Araştırma Merkezi, Proje No:
• H5602, Gebze, 2000.
• TS EN 485-2, “Alüminyum ve alüminyum
• alaşımlarının mekanik özellikleri”, Türk
• Standartları Enstitüsü, 2005.
• Er, M., “Yüksek Frekanslı, Genlik Ayarlı
• Eğilme Yorulması Test Cihazı Tasarımı ve
• -H14 Alüminyum Levhasının Eğilme
• Yorulması Davranışının İncelenmesi”, Yüksek
• Lisans Tezi, Balıkesir Üniversitesi, Fen Bilimleri
• Enstitüsü, 2005.
• Kumru, N., “Etial-141, 145 ve 160 Tipi
• Döküm Alüminyum ile Plaka Tipi
• Alüminyum Malzemeler için Yorulma
• Makinesi Tasarımı ve Eğilmeli Yorulma
• Davranışlarının İncelenmesi”, Doktora Tezi,
• Celal Bayar Üniversitesi, Fen Bilimleri
• Enstitüsü, 2007.
• Ay, İ., Sakin, R., “Balıkesir ilinde
• Alüminyum’dan Üretilen Eksenel Fan
• Kanatlarının Kompozit (CTP) Malzemeden
• Yapılması ve Mekanik Özelliklerin
• İncelenmesi”, Balıkesir Üniversitesi Bilimsel
• Araştırma Projesi, BAP 2002/14, Balıkesir, 2006.
• Paepegem, W.V., Degrieck, J., “Experimental
• set-up for and numerical modeling of bending
• fatigue experiments on plain woven glass/epoxy
• composites”, Composite Structures, Vol. 51, No
• , 1-8, 2001.
• ASM Handbook, ASM International Handbook
• Committee, Cilt 8, Mechanical Testing and
• Evaluation, the Materials Information Company,
• A.B.D., 2000.
• Kayalı, E.S., Ensari, C., Dikeç, E., “Metalik
• malzemelerin mekanik deneyleri”,
• İ.T.Ü.Yayınları, İstanbul, 1983.
• Eryürek, İ.B., “Hasar analizi”, Birsen Yayınevi,
• İstanbul, 75-79, 117, 1993.
• Glancey, C. D.; Stephens, R. R. “Fatigue crack
• growth and life predictions under variable amplitude loading for a cast and wrought
• aluminum alloy” International Journal of
• Fatigue, Vol.28, 53-60, 2006.
• E. Donnelly, D. Nelson, “A study of small crack
• growth in aluminum alloy 7075-T”,
• International Journal of Fatigue, Vol.24,
• –1189, 2002.
• T. Hassan, Z. Liu, “On the difference of fatigue
• strengths from rotating bending, four-point
• bending, and cantilever bending tests”,
• International Journal of Pressure Vessels and
• Piping, Vol. 78, 9-30, 2001.
• Markl ARC. “Fatigue tests of piping
• components”, Trans ASME 1952,74:287-303.
• S. Yip (ed.), “Handbook of Materials
• Modeling”, Springer, Netherlands, 1193, 2005.
• Berg, D.E., Klimas, P.C., “Fatigue
• characterization of a wavt blade material”,
• Proceedings of the Eigth ASME Wind Energy
• Symposium, 19-23, New Mexico, 1989.
• Hael Mughrabi, Heinz Werner Höppel, “Cyclic
• deformation and fatigue properties of very finegrained
• metals and alloys”, International
• Journal of Fatigue, Article in Press, Corrected
• Proof, 2009
• Cemil Hakan Gür, Jiansheng Pan, “Handbook of
• Thermal Process Modeling of Steels”, Taylor &
• Francis Group, U.S.A, Page.173, 2009.
• Muhammad Afzaal Malik, Iftikhar us Salam,
• Wali Muhammad, Noveed Ejaz, ”Effect of
• Microstructural Anisotropy on Mechanical
• Behavior of a High-Strength Al–Mg–Si Alloy”,
• Journal of Failure Analysis and Prevention,
• Vol. 9, No.2, 114-121, 2009.
• Yuri Estrin, Alexei Vinogradov, “Fatigue
• behaviour of light alloys with ultrafine grain
• structure produced by severe plastic deformation:
• An overview”, International Journal of
• Fatigue, Vol. 32, No.6, 898-907, 2010.
• Teng-Shih Shih, Quin-Yang Chung, “Fatigue of
• as-extruded 7005 aluminum alloy”, Materials
• Science and Engineering A, Vol. 348, No.1-2,
• -344, 2003.