مطالعه فرايند انطباق تداخلي و تاثير آن بر عمر خستگي در فولاد سخت

Investigation of Interference fit and its effect on fatigue life in hardened steel

در اين پژوهش فرايند انطباق تداخلي و تاثير آن بر عمر خستگي قطعات سوراخ‌داري از جنس فولاد AISI4340 سخت‌كاري شده به صورت تجربي مورد بررسي قرار گرفت. به اين منظور، پين‌هايي از جنس تنگستن كاربايد درون قطعات فولادي جا زده شده و تحت آزمون خستگي با نسبت بار صفر و فركانس 10 هرتز قرار گرفتند. اين آزمايش‌ها براي نمونه‌هايي با 5 سطح تداخل و دو بار تكرار صورت گرفت. نتايج به دست آمده نشان داد كه نيروي فشاري لازم براي جازني پين در سوراخ با افزايش اندازه تداخل بيشتر مي‌شود. بيشترين مقدار اين نيرو نيز زماني بود كه پين به سطح زيرين نمونه رسيده و بيشترين حجم تغييرشكل انجام گرفت. شبيه‌سازي سه‌بعدي المان‌ محدود فرآيند انطباق تداخلي نشان داد كه توزيع تنش‌هاي پسماند ايجاد شده در ديواره سوراخ به صورت فشاري و در فاصله دورتر از آن كششي مي‌باشند. همچنين نتايج آزمون‌هاي تجربي خستگي حكايت از افزايش عمر خستگي نمونه‌ها تا ميزان انطباق تداخلي 1.5% داشت. در اين سطح، عمر خستگي نسبت به نمونه بدون انطباق، حدود 2.5 برابر است. ولي با افزايش تداخل تا 2%، روند صعودي عمر خستگي متوقف مي‌گردد. بررسي سطح مقطع شكست نمونه‌ها حاكي از آن بود كه ترك‌هاي خستگي در نمونه‌هاي داراي انطباق پرسي از لبه سوراخ شروع به جوانه‌زني مي‌كنند. اين در حالي است كه در نمونه‌هاي بدون تداخل، محل آغاز جوانه‌زني ترك در صفحه مياني سوراخ مي‌باشد.

In this study, interference fit process and its influence on the fatigue life of holed specimens made of AISI4340 hardened steel were investigated experimentally. For this purpose, tungsten carbide pins were fitted into the steel samples and put under fatigue test with zero load ratio and 10 Hz frequency. These experiments were done for specimens with 5 interference levels and two repetitions. Results revealed that the compressive force required for interference fitting the pin in the hole increases as the interference size goes up. The peak force was observed when the pin reached the bottom of the specimen and maximum plastic deformation occurred. 3D finite element modeling of interference fit showed that distribution of residual stress on the hole wall and far away from it were compressive and tensile respectively. Moreover, results of fatigue experiments showed the specimens fatigue life increased up to 1.5% interference fit. In this level, fatigue life is 2.5 times greater than specimen without fitting. However, by increasing interference up to 2%, increasing trend of fatigue life is stopped. Analysis of the fracture surface of samples showed that the fatigue cracks are initiated from the edge of hole at specimens with press fit. While the crack initiation site was in the middle plane of the hole for specimens without fitting.