ارزيابي آسيب‌هاي خستگي، اكسيداسيون و خزش در آلياژ آلومينيوم A356.0 تحت بارهاي چرخه‌اي همدما و ناهمدما

Evaluation of Fatigue, Oxidation and Creep Damages in A356.0 Aluminum Alloy under Cyclic Isothermal and Un-isothermal Loadings

در اين مقاله، آسيب­هاي خستگي، اكسيداسيون و خزش در آلياژ ريخته ­گري آلومينيوم A356.0 (شامل يك آلياژ آلومينيوم - سيليسيوم - منيزيم كه در سرسيلندر موتورهاي احتراق داخلي ديزلي كاربرد دارد.)، تحت بارگذاري­هاي چرخه‌اي همدما و ناهمدما، مطالعه شده است. براي محاسبه آسيب­هاي مختلف، از مدل آسيب مجموع شهيداوغلو استفاده شده است كه در آن، آسيب كلي وارد بر ماده در بارگذاري چرخه‌اي دما بالا را مجموعي از آسيب خستگي در دماي محيط، آسيب اكسيداسيون و آسيب خزش معرفي مي­كند. ثابت­هاي مادي موجود در اين مدل، براساس نتايج تجربي آزمون­هاي خستگي ناهمدما (و يا ترمومكانيكي غيرهم فاز) و خستگي همدما (و يا كمچرخه در دماي ثابت محيط 25 درجه سانتيگراد و 250 درجه سانتيگراد)، براي ماده مورد نظر، محاسبه شده ­اند. نتايج به دست آمده نشان مي­دهد كه آسيب غالب در بارگذاري خستگي ترمومكانيكي غيرهم فاز، شامل پديده اكسيداسيون و در بارگذاري خستگي كم‌چرخه دما بالا، شامل پديده خزش است. همچنين، اين مدل براي آلياژ آلومينيوم A356.0، به طور كلي، دقت مناسبي (در محدوده فاكتور 2±) داشته و در كرنش­هاي كم (عمرهاي زياد)، خطاي آن بيشتر مي­شود. خطاي استاندارد مدل شهيد اوغلو براي خستگي ترمومكانيكي و كم چرخه دما بالا، به ترتيب برابر با 0/006 و 0/005 درصد و ميانگين خطاي نسبي آسيب كلي، به ترتيب برابر با 21 و 10 درصد مي‌باشد.

In this article, fatigue, oxidation and creep damages in the A356.0 aluminum alloy (including an aluminum-silicon-magnesium alloy, which has been used in diesel internal combustion engines) have been investigated under isothermal and un-isothermal cyclic loadings. In order to calculate different damages, Sehitoglu’s model was utilized, in which the total damage in materials under hightemperature cyclic loadings include the fatigue damage, the oxidation damage and the creep damage. Material constants in this model for the mentioned alloy were calculated by experimental data from isothermal fatigue tests (or low-cycle fatigue tests at constant room temperature and at 250°C) and non-isothermal fatigue tests (or out-of-phase thermo-mechanical fatigue tests) were performed on test specimens. Obtained results showed that the main damage under out-of-phase thermo-mechanical fatigue loadings was the oxidation and under high-temperature low-cycle fatigue loadings was the creep phenomenon. In addition, the model used for the A356.0 aluminum alloy had generally a proper accuracy and in lower strains (higher lifetimes), the error was increased. The standard error for Sehitoglu’s model under thermo-mechanical and low-cycle fatigue tests was 0.006 and 0.005%, respectively and the relative error for the total damage was 21 and 10%, respectively.